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.
Derzeit wird mehrgleisig an der Verbesserung der Effizienz vieler verschiedener Techniken zur Gewinnung von Solarenergie gearbeitet. Den Forschern ist es gelungen, bei den neuartigen Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen einen Wirkungsgrad von fast 30, genauer gesagt 29,15 % zu erreichen. Dies ist ein weiterer Rekord in dieser Kategorie.
Quelle Bild: Pixabay
Eine spanische Arbeitsgruppe hat einen Weg gefunden, ein räumlich begrenztes Magnetfeld in einiger Entfernung von der Quelle zu erzeugen. Dazu nutzt das Team um Rosa Mach-Batlle von der Universitat Autònoma de Barcelona zylindrisch 
angeordnete, stromdurchflossene Drähte, die ein magnetisches Metamaterial bilden. Die Kontrolle des Magnetismus, die für eine Vielzahl von Technologien unerlässlich ist, wird durch die Unmöglichkeit beeinträchtigt, ein Maximum an Magnetfeld im freien Raum zu erzeugen. Hier schlagen die Forscher eine Strategie vor, die auf negativer Permeabilität basiert, um diese strenge Einschränkung zu überwinden. Sie demonstrieren experimentell, dass ein aktives magnetisches Material das Feld eines geraden Stromdrahtes in einem Abstand emulieren kann. Ihre Strategie führt zu einer noch nie dagewesenen Fokussierung von Magnetfeldern im leeren Raum und ermöglicht die Fernlöschung von Magnetquellen, was einen Weg zur Manipulation von Magnetfeldern in unzugänglichen Regionen eröffnet. PhysRevLett https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.177204
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Ein Team chinesischer Wissenschaftler hat einen Quantencomputer entwickelt, der nach Ansicht seiner Autoren die Überlegenheit der Quanten demonstriert. Der Vorteil des Jiuzhang-Rechners manifestiert sich in der Rechengeschwindigkeit. Nach Angaben des chinesischen Forscherteams benötigte ihr Quantencomputer nur 200 Sekunden, um Berechnungen durchzuführen, für die der schnellste herkömmliche Computer Millionen von Jahren benötigen würde.
Nature https://www.nature.com/articles/d41586-020-03434-7
Im Oktober letzten Jahres bestätigten Vertreter von Google einen früheren Medienbericht über das Erreichen der Quantenüberlegenheit. Der von ihnen geschaffene Sycamore-Computer schien ein lang erwarteter Durchbruch im Quantencomputing zu sein. Google-Ingenieure berichteten, dass ihr Quantencomputer in etwas mehr als drei Minuten ein Problem gelöst hat, für das selbst die besten konventionellen Maschinen Tausende von Jahren brauchen würden.
Quantencomputer können herkömmliche Maschinen weit übertreffen. Das Ziel ist es, die so genannte "Quanten-Supremacy" zu erreichen, die einen enormen Rechenvorteil gegenüber herkömmlichen Computern darstellt. Der Sycamore-Computer hat diesen Vorteil nur in einem ganz bestimmten Fall erreicht. Das Experiment der Google-Ingenieure bestand darin, zufällige Operationen auf Qubits durchzuführen und das Ergebnis abzulesen. Der resultierende Satz von Ziffern, die in einem Binärsystem kodiert sind, wurde daraufhin überprüft, ob ihre Verteilung wirklich zufällig ist. Diese Berechnungen sind nicht besonders nützlich, haben aber große Auswirkungen auf die Rechenleistung des Geräts.
Bild Quelle: Nature https://www.nature.com/articles/d41586-020-03434-7; Hansen Zhong
Das seit langem bestehende und äußerst komplexe wissenschaftliche Problem der Struktur und des Verhaltens von Proteinen wurde durch das neue System der künstlichen Intelligenz AlphaFold gelöst. DeepMind-Wissenschaftler haben gezeigt, dass die von ihnen geschaffene künstliche Intelligenz vorhersagen kann, welche dreidimensionale Form Proteine aus Aminosäuresequenzen bilden werden.
Die Vorhersage, welche dreidimensionale Form ein Protein annehmen wird, ist den Wissenschaftlern seit einem halben Jahrhundert ein Rätsel. Die Fähigkeit, die Struktur von Proteinen anhand ihrer Aminosäuresequenz genau vorherzusagen, wäre ein großer Segen für die Biowissenschaften und die Medizin. Sie würde die Bemühungen, die Bausteine der Zellen zu verstehen, erheblich beschleunigen und eine schnellere Entwicklung neuer Medikamente ermöglichen.
Die vom Team von DeepMind entwickelte künstliche Intelligenz hat sich mit dem Problem befasst. Es ist ein mit Google verbundenes Unternehmen, das viele Erfolge bei der Entwicklung fortschrittlicher Algorithmen vorzuweisen hat. Vor einigen Jahren hat ihr AlphaGo-Programm den Meister des Go mehrfach ausgespielt. Ein weiterer ihrer künstlichen Intelligenz, bekannt als AlphaStar, erwies sich als besser als 99,8% der Spieler im Echtzeit-Strategiespiel StarCraft II. Das Erreichen ihrer neuen künstlichen Intelligenz - AlphaFold - übertrifft jedoch die guten Ergebnisse in Spielen.
Heute mal wieder aus der Reihe Star Trek lässt grüßen oder Naniten 2.0. Wir haben vor kurzem über die Entwicklung von Mikrorobotern berichtet (Steuerung eines mikroskopisch kleinen Roboters im Inneren des Körper. Vielversprechende erste Testergebnisse). Die Entwicklungen auf dem Gebiet scheinen sehr stark an „Fahrt“ aufgenommen zu haben.
Forschern der Schweizerischen Technischen Hochschule ETH Zürich ist es gelungen, mittels 3D-Lithographie einen Miniatur-Medizinroboter aus Metall und Kunststoff zu bauen. Die daraus resultierenden Roboterkonstruktionen sind nicht mehr als einen Viertelmillimeter lang und können in medizinischen Anwendungen durch ein Magnetfeld gesteuert werden.
Heute mal wieder aus der Reihe Star Trek lässt grüßen oder Naniten 2.0. Wir haben vor kurzem über die Entwicklung von Mikrorobotern berichtet (Steuerung eines mikroskopisch kleinen Roboters im Inneren des Körper. Vielversprechende erste Testergebnisse). Die Entwicklungen auf dem Gebiet scheinen sehr stark an „Fahrt“ aufgenommen zu haben.
Forschern der Schweizerischen Technischen Hochschule ETH Zürich ist es gelungen, mittels 3D-Lithographie einen Miniatur-Medizinroboter aus Metall und Kunststoff zu bauen. Die daraus resultierenden Roboterkonstruktionen sind nicht mehr als einen Viertelmillimeter lang und können in medizinischen Anwendungen durch ein Magnetfeld gesteuert werden.
Die Ingenieure an der University of Texas in Austin haben den bisher kleinsten Datenspeicher entwickelt. Die Studie, deren Ergebnisse kürzlich in Nature Nanotechnology (https://www.nature.com/articles/s41565-020-00789-w)veröffentlicht 
wurden, basiert auf einer Entdeckung, die vor zwei Jahren gemacht wurde, als ein rekordverdächtig dünneres Gerät namens "Atomizer" zur Speicherung von Informationen gebaut wurde. In dieser neuen Arbeit haben die Wissenschaftler die Größe weiter reduziert und die Querschnittsfläche auf nur noch einen Quadratnanometer verringert.
Bild Quelle: Pixabay
Ein neues Material kann beim Bau von Quantencomputern helfen. Supraleiter sind Materialien, in denen Strom fließt, ohne auf Widerstand zu stoßen. Normalerweise ist sein Weg einseitig, aber es wurde ein Material entdeckt, in dem Strom gleichzeitig in zwei Richtungen fließen kann. Science (https://science.sciencemag.org/content/366/6462/238)
Dieser ungewöhnliche Supraleiter ist der so genannte b-Bi2Pd, der aus kristallinem Wismut und Palladium aufgebaut ist. Wenn wir aus einer dünnen Materialschicht einen Ring formen, stellt sich heraus, dass der Strom in ihm gleichzeitig im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn fließen wird. Die Entdecker des Phänomens sagen voraus, dass es in der nächsten Generation von Quantencomputern zum Einsatz kommen wird, die dank der direkten Nutzung der Gesetze der Quantenphysik in der Lage sein werden, Berechnungen viel schneller durchzuführen als ihre modernen Gegenstücke.
Bild Quelle: Superpositioned Qubit / Johns Hopkins University
Forscher der Universität Tel Aviv und des Shamir Medical Center haben einige Schlüsselaspekte der menschlichen Zellalterung gestoppt und rückgängig gemacht. In ihrer Forschung verwendeten sie die so genannte hyperbare 
Sauerstofftherapie.
Jedes Mal, wenn sich eine Zelle in unserem Körper repliziert, verlieren wir ein Stück unserer Jugend. Alles durch Verkürzung der Telomere, d.h. der Strukturen, die unsere Chromosomen vor Schäden beim Kopieren schützen. Das Verständnis dieses Prozesses gilt als der "Heilige Gral" der Alterungsbiologie. Forscher aus Israel behaupten, dass es ihnen in einer kleinen Studie mit 26 Patienten gelungen sei, den Prozess der Verkürzung umzukehren und damit die Länge der Telomere zu verlängern.Eine Beschreibung der Studie wurde in der Zeitschrift "Aging" veröffentlicht.
Bild Quelle: Tel Aviv University (TAU)
Wie lässt sich der Alterungsprozess umkehren?
Die Umwandlung von Kohlendioxid in Ethylalkohol und andere wertvolle Substanzen wird durch von Dr. Wojciech Stępniowski entwickelte Katalysatoren ermöglicht. Katalysatoren bestehen aus Nanoprints, haben riesige Oberflächen, die genügend Platz für die an der Reaktion beteiligten Partikel bieten.
Um Kohlendioxid zu anderen Substanzen zu reduzieren, werden elektrochemische Methoden eingesetzt, darunter - Katalysatoren. Dabei handelt es sich um Stoffe, die die chemische Reaktion ermöglichen und erleichtern, sich aber nicht an ihr beteiligen. Als Ergebnis einer solchen Reaktion können die Kohlenwasserstoffe hergestellt werden, die zur Herstellung von Polymeren - den beliebten Kunststoffen - benötigt werden. Aus CO2 kann man auch Ethylalkohol für verschiedene Anwendungen gewinnen, zum Beispiel als Treibstoff für Autos.
Bild Quelle: Pixabay
Dank der von dem israelischen Start-up-Unternehmen vorgestellten Technologie kann der Ton direkt auf die Ohren übertragen werden, ohne dass Kopfhörer oder Ohrstöpsel erforderlich sind. Der SoundBeamer 1.0, wie seine Schöpfer es ausdrücken, erzeugt eine "akustische Blase" um die Ohren des Zuhörers, und niemand außer dem Empfänger hört irgendwelche Geräusche. Das vom Noveto Systems Start-up entwickelte System verwendet ein Sensorsystem, um die Position der Ohren zu lokalisieren. Das Auffinden des Zielbereichs erlaubt es, Töne zu senden, die außer dem Benutzer niemand hören kann. Interessanterweise verfolgt das Gerät die Position des Kopfes während des Hörens, um Änderungen in der Position der Ohren vorzunehmen, so dass Sie Musik hören können, während Sie sich bewegen. Sie müssen jedoch innerhalb der Reichweite der Sensoren des Geräts bleiben.
Wie funktioniert das?
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