Исследователи из TU Delft создали микрочиповый датчик в форме паутины, который очень хорошо резонирует в изоляции от шума комнатной температуры. Учёные смогли заставить наномеханический датчик вибрировать без влияния внешних шумов. В этом помогли нанотехнологии и машинное обучение. Такое исследование пригодится для изучения гравитации и темной материи и не только.
Группе исследователей удалось разработать один из самых точных в мире микрочипов. Устройство может функционировать при комнатной температуре.
В работе с маломасштабными вибрирующими объектами самое сложное — уберечь их хрупкое состояние от внешнего теплового шума. Холодильники, способные поддержать требуемую температуру, близкую к абсолютному нулю, стоят по полмиллиона евро за штуку.
Однако при чём здесь паутина? Авторы исследования заметили, что по обычной паутине, которую можно найти в достаточно грязном углу квартиры, можно отслеживать вибрации. Причём вибрации хорошо улавливаются внутри паутины, в то время как вибрации снаружи практически не найдут отклика. Так почему бы не воспользоваться миллионами лет эволюции?
Эксперименты и симуляции стоили очень дорого и отнимали много времени, поэтому группа исследователей решила прибегнуть к байесовской оптимизации — оптимизации гиперпараметров самого машинного обучения. К удивлению исследователей, алгоритм предложил относительно простую паутину из 150 различных паутинных конструкций, которая состоит всего из шести нитей, собранных вместе обманчиво простым способом.
Компьютерное моделирование показало, что устройство может работать при комнатной температуре, при которой атомы сильно вибрируют, но при этом из окружающей среды проходит минимум энергии — другими словами, такая система обладает более высокой добротностью. На основе этой новой конструкции исследователи создали микрочип с ультратонкой, нанометровой пленкой из керамического материала — нитрида кремния.
Команда протестировала модель, заставляя «паутину» микрочипа вибрировать. Они измеряли время, необходимое для прекращения вибраций. Результат был впечатляющим: учёные практически не обнаружили потерь энергии за пределами «паутины» микрочипа: вибрации двигались по кругу внутри, не касаясь
внешней стороны.
Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials Rising Stars Issue.