Studi awal menunjukkan bahwa turunan vertisilin A dapat membunuh jenis sel glioma tertentu. Ahli kimia MIT untuk pertama kalinya berhasil menciptakan di laboratorium molekul jamur yang disebut vertisilin A. Senyawa ini pertama kali ditemukan lebih dari 50 tahun yang lalu dan telah dikenal potensinya sebagai agen antikanker. Meskipun (…)

JetMedia Digital Agency

Peneliti MIT menelusuri fosil kimia di bebatuan kuno hingga ke nenek moyang demosponge saat ini. Sebuah tim ahli geokimia di MIT telah menemukan tanda-tanda menarik pada batuan purba bahwa beberapa hewan paling awal di bumi mungkin merupakan nenek moyang spons laut yang ada saat ini. Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan dalam Proceedings of the National Academy of (…)

JetMedia Digital Agency

Insinyur MIT telah mengembangkan perangkat ultrasonik yang dengan cepat melepaskan air dari bahan penyerap yang digunakan dalam pemanenan di atmosfer. Dengan mengocok molekul air hingga bebas alih-alih memanaskannya, sistem ini meningkatkan efisiensi secara dramatis. Didukung oleh sel surya kecil, mesin ini dapat menjalankan beberapa siklus per hari. Kemajuan ini dapat membuat sistem air minum bertenaga udara di luar jaringan listrik menjadi jauh (…)

JetMedia Digital Agency

Peneliti MIT menemukan bukti nyata superkonduktivitas inkonvensional pada graphene trilayer yang dipelintir dengan sudut ajaib. Sistem pengukuran baru mereka mengungkapkan celah superkonduktor yang tajam dan berbentuk V – bukti mekanisme pemasangan baru yang tidak seperti pada superkonduktor tradisional. Terobosan ini menyoroti perilaku kuantum pada material ultra-tipis dan dapat mempercepat pencarian superkonduktivitas pada suhu ruangan. Superkonduktor: Alam (…)

JetMedia Digital Agency

Fisikawan MIT telah meluncurkan cara inovatif untuk menjelajahi bagian dalam atom yang tersembunyi, tanpa memerlukan penumbuk partikel besar-besaran. Dengan mengikat atom radium dengan fluorida untuk membentuk molekul radium monofluorida, mereka menggunakan elektron atom itu sendiri sebagai alat untuk memasuki inti atom sejenak dan membawa kembali “pesan” halus tentang strukturnya. Menyelidiki (…)

JetMedia Digital Agency

Temuan ini dapat memberikan pendekatan baru untuk memperbaiki kerusakan jaringan yang disebabkan oleh pengobatan radiasi atau kemoterapi. Sebuah studi baru dari MIT menemukan bahwa mengonsumsi makanan tinggi asam amino sistein dapat membantu memulihkan dan meremajakan usus kecil. Para peneliti menemukan bahwa sistein mengaktifkan jalur sinyal kekebalan yang memungkinkan sel induk (…)

RisalahPos.com Network

Peneliti MIT secara dramatis menurunkan tingkat kesalahan pengeditan utama, sebuah teknik dengan janji untuk mengobati berbagai gangguan genetik. Metode pengeditan genom yang disebut pengeditan utama suatu hari nanti dapat mengobati banyak penyakit dengan memperbaiki gen yang rusak sehingga berfungsi dengan benar. Teknik ini, bagaimanapun, memiliki risiko kecil untuk menciptakan perubahan yang tidak diinginkan yang mungkin (…)

RisalahPos.com Network

Atom radioaktif super pendingin dapat membuat sinar neutrino seperti laser, berpotensi membuka jalan baru untuk mempelajari partikel-partikel yang sulit dipahami ini dan bahkan memungkinkan bentuk komunikasi baru.

Setiap instan, neutrino melewati tubuh kita dan benda -benda di sekitar kita tanpa meninggalkan jejak. Lebih kecil dari elektron dan lebih ringan dari foton, partikel -partikel seperti hantu ini adalah partikel besar yang paling banyak di alam semesta.

Massa yang tepat dari neutrino masih belum diketahui. Karena mereka sangat kecil dan jarang berinteraksi dengan materi, mengukurnya sangat menantang. Untuk menyelidiki ini, para ilmuwan menggunakan reaktor nuklir dan akselerator partikel besar untuk membuat atom yang tidak stabil yang membusuk menjadi beberapa produk sampingan, termasuk neutrino. Fasilitas ini menghasilkan balok neutrino yang dapat dipelajari para peneliti untuk sifat -sifat seperti massa.

DENGAN Fisikawan sekarang menggambarkan pendekatan yang jauh lebih ringkas dan efisien untuk menghasilkan neutrino yang dapat dilakukan di atas meja.

Dalam makalah yang muncul di Surat Ulasan Fisikpara fisikawan memperkenalkan konsep untuk “laser neutrino”-ledakan neutrino yang dapat diproduksi oleh laser-cooling gas atom radioaktif hingga suhu lebih dingin daripada ruang antarbintang. Pada suhu dingin seperti itu, tim memprediksi atom harus berperilaku sebagai salah satu entitas kuantum, dan peluruhan radioaktif secara sinkron.

Pembusukan atom radioaktif secara alami melepaskan neutrino, dan fisikawan mengatakan bahwa dalam keadaan kuantum yang koheren ini harus berakselerasi, bersama dengan produksi neutrino. Efek kuantum ini harus menghasilkan sinar neutrino yang diamplifikasi, secara luas mirip dengan bagaimana foton diperkuat untuk menghasilkan cahaya laser konvensional.

“Dalam konsep kami untuk laser neutrino, neutrino akan dipancarkan pada tingkat yang jauh lebih cepat daripada biasanya, seperti laser memancarkan foton dengan sangat cepat,” kata rekan penulis studi Ben Jones PhD ’15, seorang profesor fisika di University of Texas di Arlington.

Sebagai contoh, tim menghitung bahwa laser neutrino seperti itu dapat direalisasikan dengan menjebak 1 juta atom Rubidium-83. Biasanya, atom radioaktif memiliki waktu paruh sekitar 82 hari, yang berarti bahwa setengah atom peluruhan, menumpahkan jumlah neutrino yang setara, setiap 82 hari. Para fisikawan menunjukkan bahwa, dengan mendinginkan rubidium-83 ke keadaan kuantum yang koheren, atom-atom harus mengalami peluruhan radioaktif hanya dalam beberapa menit.

“Ini adalah cara baru untuk mempercepat peluruhan radioaktif dan produksi neutrino, yang menurut saya, belum pernah dilakukan,” kata rekan penulis Joseph Formaggio, Profesor Fisika di MIT.

Tim berharap untuk membangun demonstrasi meja kecil untuk menguji ide mereka. Jika berhasil, mereka membayangkan laser neutrino dapat digunakan sebagai bentuk komunikasi baru, yang dengannya partikel dapat dikirim langsung melalui bumi ke stasiun dan habitat bawah tanah. Laser neutrino juga bisa menjadi sumber radioisotop yang efisien, yang, bersama dengan neutrino, adalah produk sampingan dari peluruhan radioaktif. Radioisotop semacam itu dapat digunakan untuk meningkatkan pencitraan medis dan diagnostik kanker.

Kondensat yang koheren

Untuk setiap atom Di alam semesta, ada sekitar satu miliar neutrino. Sebagian besar dari partikel -partikel yang tidak terlihat ini mungkin telah terbentuk pada saat -saat pertama setelah Big Bangdan mereka bertahan dalam apa yang oleh fisikawan disebut sebagai “latar belakang neutrino kosmik.” Neutrino juga diproduksi setiap kali nukleus atom bersatu atau pecah, seperti dalam reaksi fusi pada inti matahari, dan dalam peluruhan normal bahan radioaktif.

Beberapa tahun yang lalu, Formaggio dan Jones secara terpisah dianggap sebagai kemungkinan baru: Bagaimana jika proses alami produksi neutrino dapat ditingkatkan melalui koherensi kuantum? Eksplorasi awal mengungkapkan hambatan mendasar dalam mewujudkan hal ini. Bertahun-tahun kemudian, ketika membahas sifat-sifat tritium ultracold (isotop hidrogen yang tidak stabil yang mengalami peluruhan radioaktif) mereka bertanya: dapatkah produksi neutrino ditingkatkan jika atom radioaktif seperti tritium dapat dibuat begitu dingin sehingga dapat dibawa ke dalam keadaan kuantum yang dikenal sebagai condensate bose-bosestein?

Kondensat Bose-Einstein, atau BEC, adalah keadaan materi yang terbentuk ketika gas partikel tertentu didinginkan hingga dekat nol absolut. Pada titik ini, partikel -partikel diturunkan ke tingkat energi terendah dan berhenti bergerak sebagai individu. Dalam pembekuan dalam ini, partikel -partikel dapat mulai “merasakan” efek kuantum satu sama lain, dan dapat bertindak sebagai satu entitas yang koheren – fase unik yang dapat menghasilkan fisika eksotis.

Bec telah direalisasikan dalam sejumlah atom jenis. (Salah satu contoh pertama adalah dengan atom natrium, oleh MIT Wolfgang Ketterle, yang berbagi Hadiah Nobel Fisika 2001 untuk hasilnya.) Namun, tidak ada yang membuat BEC dari atom radioaktif. Untuk melakukannya akan sangat menantang, karena sebagian besar radioisotop memiliki waktu paruh pendek dan akan membusuk sepenuhnya sebelum mereka bisa didinginkan cukup untuk membentuk BEC.

Namun demikian, Formaggio bertanya -tanya, apakah atom radioaktif dapat dibuat menjadi BEC, apakah ini akan meningkatkan produksi neutrino dalam beberapa cara? Dalam mencoba menyelesaikan perhitungan mekanik kuantum, ia pada awalnya menemukan bahwa tidak ada efek seperti itu.

“Ternyata herring merah-kami tidak dapat mempercepat proses pembusukan radioaktif, dan produksi neutrino, hanya dengan membuat kondensat Bose-Einstein,” kata Formaggio.

Sinkron dengan optik

Beberapa tahun kemudian, Jones meninjau kembali gagasan itu, dengan bahan tambahan: superradiance-fenomena optik kuantum yang terjadi ketika kumpulan atom pemancar cahaya dirangsang untuk berperilaku sinkronisasi. Dalam fase yang koheren ini, diprediksi bahwa atom harus memancarkan ledakan foton yang “superradiant,” atau lebih bersinar daripada ketika atom biasanya tidak sinkron.

Jones mengusulkan untuk formaggio bahwa mungkin efek superradiant yang serupa dimungkinkan dalam kondensat Bose-Einstein radioaktif, yang kemudian dapat menghasilkan ledakan neutrino yang serupa. Para fisikawan pergi ke papan gambar untuk mengerjakan persamaan mekanika kuantum yang mengatur bagaimana atom yang memancar cahaya berubah dari keadaan awal yang koheren menjadi keadaan superradiant. Mereka menggunakan persamaan yang sama untuk mengetahui apa yang akan dilakukan atom radioaktif dalam keadaan BEC yang koheren.

“Hasilnya adalah: Anda mendapatkan lebih banyak foton lebih cepat, dan ketika Anda menerapkan aturan yang sama untuk sesuatu yang memberi Anda neutrino, itu akan memberi Anda banyak neutrino lebih cepat,” Formaggio menjelaskan. “Saat itulah potongan-potongan itu diklik bersama, superradiance dalam kondensat radioaktif dapat memungkinkan emisi neutrino seperti laser yang dipercepat ini.”

Untuk menguji konsep mereka secara teori, tim menghitung bagaimana neutrino akan diproduksi dari awan 1 juta atom Rubidium-83 yang didinginkan super. Mereka menemukan bahwa, dalam keadaan BEC yang koheren, atom-atom secara radioaktif membusuk pada tingkat yang semakin cepat, melepaskan balok neutrino seperti laser dalam beberapa menit.

Sekarang para fisikawan telah menunjukkan secara teori bahwa laser neutrino dimungkinkan, mereka berencana untuk menguji ide dengan pengaturan meja kecil.

“Seharusnya cukup untuk mengambil bahan radioaktif ini, menguapkannya, menjebaknya dengan laser, mendinginkannya, dan kemudian mengubahnya menjadi kondensat Bose-Einstein,” kata Jones. “Maka itu harus mulai melakukan superradiance ini secara spontan.”

Pasangan ini mengakui bahwa percobaan semacam itu akan membutuhkan sejumlah tindakan pencegahan dan manipulasi yang cermat.

“Jika ternyata kita dapat menunjukkannya di lab, maka orang dapat memikirkan: dapatkah kita menggunakan ini sebagai detektor neutrino? Atau bentuk komunikasi baru?” Kata formaggio. “Saat itulah kesenangan benar -benar dimulai.”

Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan buletin ScitechDaily.

Alat koreksi warna yang disebut “Seasplat” menunjukkan fitur bawah air dalam warna yang tampak lebih benar untuk hidup.

Lautan dipenuhi dengan kehidupan, namun sebagian besar masih tersembunyi kecuali diamati dari jarak yang sangat dekat. Air bertindak seperti tabir alami, membungkuk dan hamburan cahaya sambil juga meredupkannya saat bergerak melalui media yang padat dan memantulkan partikel tersuspensi yang tak terhitung jumlahnya. Karena itu, secara akurat menangkap warna yang sebenarnya dari benda bawah air sangat sulit tanpa pencitraan close-up.

Peneliti di DENGAN Dan Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) telah menciptakan sistem analisis gambar yang menghilangkan banyak distorsi optik lautan. Alat ini menghasilkan visual adegan bawah laut yang tampak seolah -olah air telah dihilangkan, memulihkan warna alami mereka. Untuk mencapai hal ini, tim menggabungkan alat koreksi warna dengan model komputasi yang mengubah gambar menjadi “dunia” bawah air tiga dimensi yang dapat dieksplorasi secara virtual.

Tim ini menamai alat “Seasplat,” menggambar inspirasi dari fokus bawah airnya dan teknik pemecahan Gaussian 3D (3DG). Metode ini menjahit banyak gambar bersama -sama untuk membentuk representasi 3D lengkap dari suatu adegan, yang kemudian dapat diperiksa secara rinci dari sudut pandang apa pun.

“Dengan Seasplat, ia dapat memodelkan secara eksplisit apa yang dilakukan air, dan sebagai hasilnya, dalam beberapa hal dapat menghilangkan air, dan menghasilkan model 3D yang lebih baik dari adegan bawah air,” kata mahasiswa pascasarjana MIT Daniel Yang.

Para peneliti menerapkan seasplat pada gambar dasar laut yang diambil oleh penyelam dan kendaraan bawah air, di berbagai lokasi, termasuk Kepulauan Virgin AS. Metode ini menghasilkan “dunia” 3D dari gambar yang lebih benar, lebih jelas, dan bervariasi dalam warna, dibandingkan dengan metode sebelumnya.

Terumbu karang dan kesehatan laut

Para peneliti mencatat bahwa Seasplat bisa menjadi alat yang berharga bagi ahli biologi kelautan yang mempelajari kondisi ekosistem laut. Misalnya, ketika robot bawah air mensurvei dan memotret terumbu karang, Seasplat dapat memproses gambar secara real time dan membuat model warna tiga dimensi yang benar. Para ilmuwan kemudian dapat “terbang” melalui lingkungan digital ini dengan kecepatan mereka sendiri, memeriksanya untuk detail seperti tanda -tanda awal pemutihan karang.

“Pemutihan terlihat putih dari dekat, tetapi bisa tampak biru dan kabur dari jauh, dan Anda mungkin tidak dapat mendeteksinya,” kata Yogesh Girdhar, seorang ilmuwan rekan di Whoi. “Pemutihan karang, dan karang yang berbeda jenisbisa lebih mudah dideteksi dengan citra seasplat, untuk mendapatkan warna yang sebenarnya di lautan. ”

Girdhar dan Yang akan menyajikan makalah merinci seasplat di IEEE International Conference tentang Robotika dan Otomasi (ICRA). Rekan penulis studi mereka adalah John Leonard, profesor teknik mesin di MIT.

Optik air

Cahaya berperilaku berbeda dalam air daripada di udara, mengubah penampilan dan kejernihan benda. Selama beberapa tahun terakhir, para ilmuwan telah mencoba merancang metode yang mengoreksi warna untuk memulihkan penampilan asli fitur bawah air. Banyak dari upaya ini yang diadaptasi teknik yang awalnya dikembangkan untuk digunakan di darat, seperti yang digunakan untuk mengembalikan kejelasan dalam kondisi berkabut. Salah satu contoh penting adalah algoritma “Sea-Thru,” yang dapat mereproduksi warna realistis tetapi membutuhkan kekuatan komputasi yang sangat besar, membuatnya tidak praktis untuk menghasilkan model tiga dimensi adegan laut.

Pada saat yang sama, para peneliti telah memajukan teknik percikan 3D Gaussian, yang memungkinkan gambar adegan digabungkan dan diisi untuk membuat rekonstruksi tiga dimensi yang mulus. Model -model ini mendukung “Sintesis Tampilan Novel,” yang memungkinkan pemirsa untuk mengeksplorasi adegan 3D tidak hanya dari titik pandang asli gambar tetapi juga dari sudut atau jarak lain.

Tetapi 3DGS hanya berhasil diterapkan pada lingkungan keluar dari air. Upaya untuk mengadaptasi rekonstruksi 3D dengan citra bawah air telah terhambat, terutama oleh dua efek bawah laut optik: hamburan balik dan pelemahan. Backscatter terjadi ketika cahaya memantulkan partikel-partikel kecil di laut, menciptakan kabut seperti kerudung. Atenuasi adalah fenomena dimana cahaya panjang gelombang tertentu dilemahkan, atau memudar dengan jarak. Di lautan, misalnya, benda merah tampak memudar lebih dari objek biru bila dilihat dari jauh.

Keluar dari air, warna benda tampak kurang lebih sama terlepas dari sudut atau jarak dari mana mereka dilihat. Namun, dalam air, warna dapat dengan cepat berubah dan memudar tergantung pada perspektif seseorang. Ketika metode 3DGS berusaha menjahit gambar di bawah air ke dalam keseluruhan 3D yang kohesif, mereka tidak dapat menyelesaikan objek karena hamburan balik air dan efek atenuasi yang mendistorsi warna objek pada sudut yang berbeda.

“Satu mimpi penglihatan robot bawah air yang kita miliki adalah: bayangkan jika Anda bisa menghilangkan semua air di laut. Apa yang akan Anda lihat?” Kata Leonard.

Dalam karya baru mereka, Yang dan rekan-rekannya mengembangkan algoritma yang mengoreksi warna yang memperhitungkan efek optik hamburan balik dan atenuasi. Algoritma menentukan sejauh mana setiap piksel dalam suatu gambar pasti telah terdistorsi oleh hamburan balik dan efek atenuasi, dan kemudian pada dasarnya menghilangkan efek akuatik tersebut, dan menghitung apa yang harus dilakukan oleh warna piksel yang sebenarnya.

Yang kemudian mengerjakan algoritma yang mengoreksi warna ke dalam model percikan Gaussian 3D untuk membuat seasplat, yang dapat dengan cepat menganalisis gambar bawah air dari sebuah adegan dan menghasilkan versi virtual 3D yang benar dari adegan yang sama yang dapat dieksplorasi secara rinci dari sudut dan jarak apa pun.

Menguji di seluruh lautan

Tim menerapkan Seasplat ke beberapa adegan bawah laut, termasuk gambar yang diambil di Laut Merah, di Karibia di lepas pantai Curaçao, dan Samudra Pasifik, dekat Panama. Gambar-gambar ini, yang diambil tim dari dataset yang sudah ada sebelumnya, mewakili berbagai lokasi laut dan kondisi air. Mereka juga menguji seasplat pada gambar yang diambil oleh robot bawah air yang dikendalikan dari jarak jauh di Kepulauan Virgin AS.

Dari gambar masing-masing adegan laut, Seasplat menghasilkan dunia 3D warna sejati yang dapat dieksplorasi oleh para peneliti, misalnya, memperbesar dan memperkecil adegan dan melihat fitur-fitur tertentu dari berbagai perspektif. Bahkan ketika melihat dari sudut dan jarak yang berbeda, mereka menemukan benda -benda di setiap adegan mempertahankan warna asli mereka, daripada memudar seperti yang mereka lakukan jika dilihat melalui lautan yang sebenarnya.

“Setelah menghasilkan model 3D, seorang ilmuwan dapat ‘berenang’ melalui model seolah-olah mereka sedang menyelam, dan melihat hal-hal dengan detail tinggi, dengan warna asli,” kata Yang.

Untuk saat ini, metode ini membutuhkan sumber daya komputasi yang besar dalam bentuk komputer desktop yang akan terlalu besar untuk dibawa ke atas robot bawah air. Namun, Seasplat dapat bekerja untuk operasi yang tertambat, di mana kendaraan, diikat ke kapal, dapat mengeksplorasi dan mengambil gambar yang dapat dikirim ke komputer kapal.

“Ini adalah pendekatan pertama yang dapat dengan sangat cepat membangun model 3D berkualitas tinggi dengan warna yang akurat, di bawah air, dan itu dapat membuatnya dan membuatnya cepat,” kata Girdhar. “Itu akan membantu mengukur keanekaragaman hayati, dan menilai kesehatan terumbu karang dan komunitas laut lainnya.”

Referensi: “Seasplat: Mewakili adegan bawah laut dengan pemecahan 3D Gaussian dan model pembentukan gambar yang di -ground secara fisik” oleh Daniel Yang, John J. Leonard dan Yogesh Girdhar, 25 September 2024, Arxiv.
Doi: 10.48550/arxiv.2409.17345

Pekerjaan ini didukung, sebagian, oleh Investasi dalam Dana Sains di WHOI, dan oleh Yayasan Sains Nasional AS.

Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan buletin ScitechDaily.

Ilmuwan MIT telah mengidentifikasi materi baru yang aneh: superkonduktor yang juga bertindak seperti magnet. Menggunakan penumpukan khusus lapisan graphene dari grafit, mereka mengamati perilaku ganda ini – sesuatu yang dianggap mustahil sampai sekarang. Selama lebih dari seabad, para ilmuwan percaya bahwa magnet dan superkonduktor pada dasarnya tidak kompatibel, seperti mencampur minyak dengan (…)

RisalahPos.com Network