Digital Think Tank (DTT)

Science Tank

Herzlich Willkommen in unser Rubrik „Science Tank“. In diesem Bereich der Webpräsenz beschäftigen wir uns interdisziplinär mit relevanten Entdeckung aus der Welt der Wissenschaften (Physik, Mathematik, Informatik, Medizin u.v.m). Dabei publizieren wir wichtige Errungenschaften aus der Welt mit einem besonderen Focus auf die wissenschaftliche Umgebung in Göttingen. Viel Spaß und bleiben Sie neugierig.     

KI liest Gesichtsbilder aus Gehirnströmen

Die Universität Helsinki hat ein Werkzeug der Künstlichen Intelligenz entwickelt, mit dem Sie sich ein Bild davon machen können, was Ihr Gehirn zu einem bestimmten Zeitpunkt denkt. Nach dem Lesen der Hirnströme von Personen, die gebeten werden, sich auf das Bild einer Person zu konzentrieren, erzeugt der KI-Algorithmus Gesichtsbilder, die die Teilnehmer anschauen.Diese Forschung, die in der Zeitschrift "Nature Scientific Reports" beschrieben wurde, bestand darin, mehrere Übungsphasen durchzuführen und dann den Algorithmus zu testen.

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Wissenschaftler haben die Menge der Materie im Universum genau berechnet

Eines der wichtigsten Ziele in der Astronomie ist die genaue Messung der Gesamtmenge der Materie im Universum. Dies ist selbst für die fortgeschrittensten Mathematiker eine sehr schwierige Aufgabe. Ein Team von Wissenschaftlern der Universität von Kalifornien in Riverside hat solche Berechnungen durchgeführt.Die Forschung wurde im Astrophysical Journal veröffentlicht. Das Wissenschaftlerteam stellte fest, dass die bekannte Materie 31 Prozent der Gesamtmenge an Materie und Energie im Universum ausmacht. Die restlichen 69 Prozent sind dunkle Materie und Energie.

Dunkle Materie

- Wenn die gesamte Materie im Universum gleichmäßig im Raum verteilt wäre, gäbe es im Durchschnitt nur etwa sechs Wasserstoffatome pro Kubikmeter", sagt Forschungschef-Autor Mohamed Abdullah von der University of California, Riverside. Der Wissenschaftler betont jedoch, dass die meiste Materie eigentlich dunkle Materie ist. - Wir können also nicht wirklich über Wasserstoffatome sprechen, sondern über Materie, die die Kosmologen noch nicht verstehen", sagt er. Dunkle Materie emittiert oder reflektiert kein Licht, so dass sie sehr schwer zu erkennen ist. Aber ihre Existenz wird durch ihre Gravitationswirkung verraten. Auf diese Weise erklären Wissenschaftler die Anomalien in der Rotation von Galaxien und die Bewegung von Galaxien in Galaxienhaufen. Wissenschaftler versuchen immer noch herauszufinden, was genau die Natur der dunklen Materie ist und was sie erzeugt, aber trotz jahrelanger Forschung stehen sie auf der Stelle.
Es wird angenommen, dass die Dunkle Materie im Universum nicht baryonisch ist. Es besteht wahrscheinlich aus noch unentdeckten subatomaren Partikeln. Da es aber nicht wie normale Materie mit Licht in Wechselwirkung tritt, kann es nur durch Gravitationseffekte beobachtet werden, die nicht erklärt werden können, es sei denn, es gibt mehr Materie, als man sehen kann. Aus diesem Grund glauben die meisten Experten, dass dunkle Materie im Universum allgegenwärtig ist und einen starken Einfluss auf seine Struktur und Entwicklung hat.
Abdullah erklärt, dass eine der guten Techniken zur Bestimmung der Gesamtmenge der Materie im Universum darin besteht, die Anzahl der beobachteten Galaxien ausgewählten Volumeneinheiten und mathematischen Modellen gegenüberzustellen. Da moderne Galaxien aus Materie entstanden sind, die sich über Milliarden von Jahren aufgrund der Schwerkraft verändert hat, ist es möglich, die Menge der Materie im Universum vorherzusagen.

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Leuchtende Gravitonen?

Wenn wir die Welt in einem ausreichend kleinen Maßstab betrachten, stellen wir fest, dass sie eine körnige Struktur hat. Physiker haben Materieteilchen, Licht und die meisten Wechselwirkungen nachgewiesen - aber kein Experiment hat die körnigen Eigenschaften der Schwerkraft enthüllt.

Viele Physiker glauben, dass die Schwerkraft von massenlosen "Gravitonen" getragen werden muss, aber die Wechselwirkung mit bekannten Teilchen ist zu schwach, um nachgewiesen werden zu können. Einige Theoretiker sind auf die Idee gekommen, dass die Existenz der Gravitation bestätigt werden kann, wenn sich bei intensiven Gravitationsphänomenen, wie der Verschmelzung von Schwarzen Löchern, eine signifikante Anzahl von Gravitonen ansammelt. Im März veröffentlichte Physical Review Letters eine Analyse, die zeigt, dass solche gewalttätigen Katastrophen Gravitonen aus dem Schatten holen können.

Wo Energie ist, da ist auch Schwerkraft. Douglas Singleton, ein Physiker der California State University, der an der neuen Studie nicht beteiligt war, behauptet, dass Photonen - massenlose Pakete von Strahlungsenergie - sich in extrem seltenen Fällen spontan in Gravitationsteilchen umwandeln können. Das Gegenteil kann auch  passieren: Gravitonen werden zu Photonen. Die neue Analyse betrachtet den Mechanismus, durch den Gravitonen milliardenfach so viele Photonen freisetzen können, wie frühere Studien gezeigt haben, was die Bestätigung ihrer Existenz erleichtern würde.

Raymond Sawyer, Autor der Arbeit und Physiker an der Universität von Kalifornien, Santa Barbara, sagt, dass eine grobe Schätzung auf der Grundlage der Dichte der Gravitonen in der Nähe des Kollisionsortes von Schwarzen Löchern nahe an der Zahl liegt, die nachweisbare Strahlung erzeugen würde.

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Weltraumkrise

Eines der beiden Ergebnisse verschiedener Messungen der Expansionsrate des Universums muss falsch sein - aber welches?


Zu Beginn des XXI Jahrhunderts schien das kosmologische Standardmodell vollständig zu sein. Es enthält viele Geheimnisse - natürlich auch voller fruchtbarer Gebiete für weitere Forschung - definitiv. Aber im Allgemeinen befand sich alles auf einem „Haufen“: Etwa zwei Drittel des Universums waren dunkle Energie (das mysteriöse Ding, das seine Ausdehnung beschleunigt), etwa ein Viertel war dunkle Materie (das mysteriöse Ding, das die Entwicklung seiner Struktur bestimmt), und 4% oder 5% waren "gewöhnliche" Materie (d.h. das, was wir, die Planeten, die Sterne, die Galaxien und alles, was wir schon immer, die letzten Jahrzehnte nicht mitgerechnet, als ein vollständiges Universum betrachtet haben). Dies war ein logisches Ganzes.

...Nicht so schnell. Oder, genauer gesagt, zu schnell!

In den letzten Jahren gab es eine Diskrepanz zwischen zwei Methoden zur Messung der Expansionsrate des Universums - einer Größe, die als Hubble-Konstante (H0) bezeichnet wird. Die Methode, die darin bestand, mit Messungen im heutigen Universum zu beginnen und zu immer früheren Stadien zurückzugehen, ergab durchweg einen Wert H0. Die Messungen, die in den frühesten Stadien des Universums begannen und bis in die Gegenwart zurückreichten, lieferten jedoch ebenso übereinstimmend einen anderen Wert - einen, aus dem hervorgeht, dass das Universum schneller expandiert, als wir dachten.

Bild Quelle: Pixelbay

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Neue superschwere Isotope könnten bald produziert werden

Wie stehen die Chancen, neue Isotope superschwerer Elemente zu erzeugen? Forscher stellten die vielversprechendsten Kanäle für die Herstellung einer breiten Palette von Isotopen mit Ordnungszahlen von 112 bis 118 vor.
Berechnungen, die von polnischen Wissenschaftlern in Zusammenarbeit mit einer Gruppe von Wissenschaftlern aus Dubna (Russland) durchgeführt wurden, ermöglichen es ihnen, mit der bisher nicht verfügbaren Genauigkeit die Chancen für die Erzeugung neuer Isotope superschwerer Elemente vorherzusagen. Die Wissenschaftler stellten die vielversprechendsten Kanäle zur Herstellung einer breiten Palette von Isotopen mit den Ordnungszahlen 112 bis 118 in verschiedenen Kernkollisionskonfigurationen vor, die zu ihrer Bildung führten. Die Vorhersagen bestätigen mit ausgezeichneter Kompatibilität die experimentellen Daten, die für bereits getestete Verfahren zur Verfügung stehen.

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WO2020060606 Cryptocurrency Sytem Using Body Activity Data

Heute mal eine Anekdote aus der Welt der Patente. Wir hören von vielen Menschen, insbesondere Fragen bezüglich einer gewissen Offenlegung WO2020060606. Obwohl, um ganz ehrlich zu sein, sind es weniger Fragen als fertige Meinungen zu dem Thema. Auch in diversen Social Media Portalen sorgt besagte Patentschrift für skurrile „Informationen“ und Kommentare.   

Quelle Bild: WO2020060606 

Es handelt sich dabei um eine Patentanmeldung des Unternehmens MICROSOFT TECHNOLOGY LICENSING, LLC. Vorab vielleicht zum Hintergrund der „Fragen“. Die Zahlenkonstellation 606060 ist für viele ungewöhnlich und wird sehr schnell zu 666 übersetzt, was ja allgemein als Zahl des Bösen angesehen wird….

Des Weiteren wird das Wesen dieser Patentanmeldung, gewollt oder nicht gewollt, komplett falsch verstanden und wird sogar durch diverse Quellen falsch dargestellt. Es wird behauptet, dass die Ansprüche des Patents einen Mikrochip beschreiben, der in die Menschen implantiert werden und sie überwachen soll. Die Offenlegung der Schrift fand am 26.03.2020, also recht synchron mit der COVID-19 Situation, statt. Wir finden es darüber hinaus ein wenig traurig, dass die Fragesteller und Publizisten sich nicht ein mal die Mühe machen die Schrift korrekt durchzulesen.

Hier ein paar Fakten dazu, die hoffentlich für Aufklärung sorgen:

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Roboter betrieben mit Alkohol

Traditionell arbeiteten die "Muskeln" kleiner Roboter mit externen Stromquellen oder Batterien. Im letzteren Fall erhöhte sich dadurch das Gewicht und die Größe des Roboters erheblich. Die besten Batterien haben eine Energiedichte von etwa 1,8 Megajoule pro Kilogramm. Dies ist ein Bruchteil dessen, was aus tierischem Fett gewonnen wird, nämlich etwa 38 MJ/kg. Die von RoBeetle verwendeten methanolbetriebenen Muskeln können durch katalytische Verbrennung ein Energieniveau von bis zu 20 MJ/kg erreichen.


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Der Dzhanibekov Effekt

Heute mal etwas aus dem Bereich Physik für Wissbegierige:  Der Dzhanibekov Effekt, auch das Tennis Racket Theorem genannt erklärt eine Instabilität rotierender Körper mit drei verschiedenen Trägheitsmomenten. Das Trägheitsmoment gibt den Widerstand eines Körpers gegenüber Änderung seiner Rotationsbewegung an. Es hängt von der jeweiligen Rotationsachse und der Geometrie ab. Das Verständnis der Dynamik klassischer Hamiltonianischer Systeme ist nach wie vor ein entscheidendes Ziel mit einer Vielzahl von Anwendungen, die weit über ihre mathematische Umschreibung hinausgehen. Im Fall von integrierbaren Systemen mit wenigen Freiheitsgraden basiert ein effizienter Ansatz auf einer geometrischen Analyse zur Charakterisierung der dynamischen Eigenschaften des mechanischen Systems. Solche geometrischen Phänomena sind typischerweise der Ursprung für die Robustheit bestimmter Effekte, die experimentell beobachtet werden können. eines davon ist der sog. Dzhanibekov Effekt oder auch Tennisschläger-Effekt genannt.




Dschanibekow-Effekt in der Schwerelosigkeit der ISS

Eine exzellente und detaillierte theoretische Herleitung des Phänomens finden Sie hier (https://arxiv.org/pdf/1606.08237.pdf). Mit einer die ein wenig gröber ist, die dennoch das Phänomen erklärt setzen wir uns hier auseinander. Leider sind hier einige Vorkenntnisse aus der Dynamik starrer Körper notwendig:

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Ingenieure erstellten ein interaktives Papier

Vielleicht werden wir in naher Zukunft in der Lage sein, unsere Geräte, wie z.B. Laptops oder Tabletts, mit einem gewöhnlichen Blatt Papier zu bedienen. Die Ingenieure der Purdue University haben eine Technologie entwickelt, die es uns ermöglicht, eine interaktive Tastatur aus Papier herzustellen. Die Ingenieure der Purdue University haben ein Verfahren entwickelt, das es ermöglicht, Papier oder Karton mit "hochfluorierten Molekülen" zu beschichten. Das Papier wird dadurch staub-, öl- und wasserfest, d.h. Sie können mehrere Lagen von Leiterplatten darauf drucken, ohne dass die Tinte verwischt.

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Hologramme wie bei Star Wars.


Mit sorgfältig präparierten Nanomaterialien gelang es Wissenschaftlern der Tokyo University of Agriculture and Technology, den Laserstrahl so zu „biegen“, dass ein holografisches Bild mit bisher unerreichten Eigenschaften entstand, das von Beobachtern mit den aus der "Star Wars"-Serie bekannten Hologrammen verglichen wurde. Dank der neuen Technik wurde das Bild eines rotierenden Globus geschaffen. Die Arbeit des japanischen Forscherteams wurde in der Zeitschrift "Optics Express" beschrieben.

Video auf Youtube https://youtu.be/O1fHIcPXEjE

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Co-Design von Elektronik mit Mikrofluidik für eine nachhaltigere Kühlung

Das Wärmemanagement ist eine der wichtigsten Herausforderungen für die Zukunft der Elektronik. Mit der ständig zunehmenden Datengenerierungs- und Kommunikationsrate sowie dem ständigen Drang, Größe und Kosten industrieller Wandlersysteme zu reduzieren, ist die Leistungsdichte der Elektronik gestiegen. Infolgedessen hat die Kühlung mit ihrem enormen Energie- und Wasserverbrauch immer größere Auswirkungen auf die Umwelt, und es werden neue Technologien benötigt, um die Wärme auf nachhaltigere Weise - d.h. mit weniger Wasser- und Energiebedarf - zu gewinnen. Die Einbettung der Flüssigkeitskühlung direkt in den Chip ist ein vielversprechender Ansatz für ein effizienteres Wärmemanagement. Allerdings werden Elektronik und Kühlung selbst bei modernsten Ansätzen getrennt behandelt, so dass das volle Energiesparpotenzial der eingebetteten Kühlung ungenutzt bleibt.

Mitentworfene mikrofluidisch gekühlte elektrische Vorrichtung

Quelle Bild: Nature 585, 211216 (2020)

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