Интеграция физики и коммуникационных сетей для улучшения процесса управления
Исследование
Области управления технологическими процессами в настоящее время включает в себя информационные технологии, распределенные вычисления, новый технологический процесс, и гораздо более подробные сведения о физическом мире, чем когда-либо ранее, отмечает Эрик B. Ydstie, профессор химической инженерии университета Карнеги-Меллона Univ. (Питсбург, Пенсильвания). Для того, чтобы решить эти задачи, "Мы должны развивать управление подходов к обеспечению слияния связи, вычислительные и физический мир", он предлагает. В частности, добавляет он, "мы должны улучшить наши возможности для моделирования и описания поведения сложных систем на более высоком уровне абстракции, развитие архитектур, которые включают различные классы моделей и контроллеров для различных масштабов, а также решать более различных задач в области контроля".
Классическая теория линейного управления преподается в большинстве студентов классов обеспечивает хорошую основу для такого развития событий, но расширения и изменения необходимы, чтобы это было выгодно для расширенной задачи, говорит он. Его главная сила в том, что она отделяет физике процесса и позволяет разрабатывать методы зависят от области применения. Многие важные идеи и методы были разработаны с помощью этого подхода. Его основные слабости, которые в настоящее время становится очевидным, что методы, разработанные с этой точки зрения может оказаться довольно абстрактно, трудно применять.
За последние несколько десятилетий, исследования сконцентрировала свое внимание на расширении охвата классической управления для разработки более комплексных подходов к процессу управления. Два подхода были приняты - оснащение моделей для обработки данных, а также разработки методов управления для нелинейных моделей, основанных на физических описаний. К сожалению, многие в результате событий требует использования еще более абстрактным и сложным математическим аппаратом, а иногда от этого поля появляются эзотерические, Ydstie комментарии.
Поле также стал более раздробленным, как контроль задач и процессов, часто разделенных на более мелкие и более управляемые части и к югу от проблем. Классическим и легко передается, например то, как мы разорвать химические, биологические или процесса управления на более мелкие единицы и сосредоточить внимание на контроль за подзадач самостоятельно. Другой пример, который труднее общаться с неправительственными организациями, экспертами в этой области, то, как мы отдельной оценки состояния и управления. "Тот факт, что принципы разделения являются важными и широко используются в моделировании и управления нет ничего удивительного," Ydstie указывает. "Вызывает удивление то, что мы добились большого прогресса в понимании того, как делимитация границ системы и создать условия, которые позволяют` детали для усреднения ", когда мы клея подсистем снова вместе".
Ydstie обсуждает этот вопрос более подробно в мартовском номере журнала Айше. Он предполагает, что подходы, основанные на процессе физики и описания сети могут обеспечить лучшее будущее. Он приходит к выводу, представляя "постмодернистский взгляд" контроля дизайн системы: поведение комплексная система управления является более сложным, чем можно предположить из его компонентов.
Лучший способ Дизайн реактивных систем извлечения для восстановления биопрепарата
Одновременное реакции и жидкость / жидкостной экстракции является полезным не только для восстановления продукта, но это может улучшить урожайность и могут преодолеть ограничения равновесия реакции и продукт торможения, особенно в биопереработки, когда обычные методы разделения, как дистилляция, не могут быть использованы, объяснить Раджарам А. Пай, Майкл Ф. Мэлоун и Майкл Ф. Doherty химического факультета инженерии Univ. Массачусетс (Амхерст). (Doherty в настоящее время находится университет Калифорнии в Санта-Барбаре.)
Методы проектирования для одновременной реакции и жидкость / жидкостной экстракции для разбавленных и концентрированных системы были разработаны более 30 лет назад. Эти методы основаны на ряде упрощающих предположений, таких, как постоянное соотношение фаз, прекрасно несмешивающихся растворителей и постоянными коэффициентами раздела. Совсем недавно, геометрический метод для разработки жидкость / жидкость экстракторы, который позднее был продлен на дизайн одновременной реакции и жидкость / жидкость системы добычи, была разработана. Эта процедура вмещает изменения потоков вдоль каскада реакторов экстракторы, когда термодинамических параметров, необходимых для модели жидкой фазы, не-idealities доступны, Мэлоун говорит.
Теперь ученые Университета Массачусетса разработали новый метод для разработки каскада жидкость / жидкость реактора вытяжками. Такой подход разлагает дизайн проблему в проблему фазовых равновесий для перевозчика / вода смесь, а затем накладывает реакции других видов. Проблема фазовых равновесий описывает инертный жидкость / жидкость равновесия между водой в водном питания и органических перевозчика в растворителе. Модели решается геометрический метод упоминалось ранее. Реакция на которую накладывается учета распределения компонентов между двумя жидкими фазами использованием коэффициентов распределения. Предполагается, что реактивные части раздела сами между органической и водной фазах, не изменяя перевозчика / вода жидкость / жидкость равновесия. Разложения особенно точные небольшого количества реактивной составляющих. Кроме того, хорошим приближением, если реагирующего компонента присутствует в значительных количествах, но проживает в основном только в одной из жидкой фазы, как это часто бывает в случае реактивных биологических систем, Мэлоун указывает.
Разработана методика обсуждается более подробно и проиллюстрировать двумя примерами для восстановления органических соединений в процессе брожения, отвары в мартовском номере журнала Айше.
Сверхкритического CO, уменьшает использование растворителей в полимерных обработка
Virginia Tech (Блэксбург) химического машиностроения профессор Дон Бейрд развивается процесс заменить токсичные растворители, используемые в производстве акриловых полимеров с сверхкритического диоксида углерода. Замена растворителей с СО2 значительно снизить затраты на производство акриловых полимеров, а также за счет восстановления и утилизации растворителей, говорит он. Он также отмечает, что СО2 не токсичен, не горит, химически инертны, полностью возмещению, и недорого. Проблемы, Бейрд объясняет, заключаются в разработке камеру, которая может принести газа по сравнению с сверхкритических состояния в нормальное атмосферное давление для предотвращения вспенивания полимерного, а также разработать метод, который позволит СО2 быстро взаимодействуют с акриловых полимеров в процессе производства.
Научно-исследовательский центр Фокусы "Об отходах объектов в городских районах
Центр для опасных веществ в городских условиях был установлен в размере Джонса Хопкинса Univ. (Балтимор, штат Мэриленд) обеспечить техническую помощь группам населения, государственных, муниципальных и местных экологических регуляторов и промышленности в отношении брошенных земельных участков и зданий, которые могут содержать опасные материалы (например, черных полей). Он будет делать это за счет создания инструментов для оценки рисков, связанных с опасными отходами сайтов и разработки новых способов очистки загрязняющих веществ. Среди его проектов:
* Тесты и компьютерные модели для выявления химических веществ, которые присутствуют в злачном объектов и определить, являются ли они распространяется от места через осадков или на борту ветреной частиц пыли
* Использование лазерные дальномеры, изменения радара, который использует свет вместо радиоволн, для определения атмосферных загрязнителей и отслеживать их передвижения через городской атмосфере
* Метода, позволяющего определить, насколько быстро похоронили загрязнителей перемещения через почву в результате инфильтрации осадков и подземных вод
* Тест для определения токсичности и мобильности хрома в сточных сайте
* Фильтр, который может превратить токсичных паров пылесосом из отходов сайта в безвредные смеси соли, воды и углекислого газа.
Инженеры университета Джона Хопкинса, а также Univ. Мэриленд, Морган-во Моск., Univ. Коннектикута и Нью-Джерси технологический институт будет участвовать в центре, который был создан по 5 лет, 5,2 млн. долл. США гранта охране окружающей среды США.
Смыв с Сахар Удаление загрязнителей почвы
Новые химически расширения промывки технология, использующая циклодекстрина, типа сахара из кукурузного крахмала, в настоящее время разрабатывается Томас Бовинг, доцент кафедры наук о Земле в Univ. Род-Айленда (Кингстон).
Благодаря химической структуре циклодекстрина, многие токсичные вещества, такие, как растворители, пестициды и полициклические ароматические углеводороды, притягиваются к нему. Чтобы очистить место, Бовинг введет циклодекстрина решение в загрязненной почвы и грунтовых вод. После того как материал прошла сквозь землю и привлекла загрязняющих веществ, она будет перекачиваться из-под земли. Загрязняющие вещества затем удаляются из циклодекстрина так сахара можно использовать повторно.
Бовинг продемонстрируют процесс на военном объекте в штате Вирджиния начале этой весны. Проект финансируется за счет субсидии из США кафедра экологической безопасности обороны технологии Программа сертификации.
Углеродных нанотрубок может привести Лучше Батареи
Исследователи из Univ. из Северной Каролины (Чапел Хилл), показали, что углеродные нанотрубки примерно в два раза плотность энергии графита, и это может привести к longerlasting батареи, предлагает Отто З. Zhou, адъюнкт-профессор физики и астрономии.
Большинство аккумуляторы литий-ионных батарей, которые используют графит или углеродистых материалов в качестве одного из электродов, окислительно-восстановительных реакций, протекающих на электродах создают поток электронов, которые генерируют и хранения электроэнергии. "С графита, мы можем хранить, обратимо, взимается 1 литий-ионный на каждые шесть атомов углерода в графите, но с нанотрубками, мы можем хранить взимается 1 литий-ионный для каждого 3 атомов углерода, а также обратимо," Zhou объясняет.
UNC ученые создали нанотрубки одностенных углеродных подвергая углеродной мишени для интенсивного лазерного излучения. По химической обработки, они смогли открыть закрытые концы нанотрубок и уменьшения их длины. "Это позволяет диффузии ионов лития в глубь пространства нанотрубок и сокращает время диффузии", говорит Чжоу. "Мы считаем, что это является основанием для расширения возможностей хранения данных".
Используя взрывоопасности кремния в миниатюрных устройств пластин кремния можно сделать в крошечных взрывчатых веществ, которые могут когда-нибудь быть использованы для химически анализ проб в полевых условиях или служить в качестве источников питания для миниатюрных электронных датчиков, в зависимости от химиков Univ. Калифорнии в Сан-Диего. Ученые знали, что на базе кремния взрывных взорвется при смешивании с нитратом калия. Тем не менее, исследователь Фредерик В. Mikulec обнаружили, что замена гадолиния нитрат калия нитрат имел тот же эффект, и гадолиния произвели очень полным сгоранием пламени.
Отсутствие химических примесей составляет гадолиний-и-кремниевых взрывных идеальным для использования в прибор, который может выполнить экспресс-анализ химического токсичных металлов и других элементов в этой области, объяснить Mikulec и Майкл Сейлор, профессор химии и биохимии . Как правило, проба подземных вод, принятых для лабораторных и проанализированы в эмиссионный спектрометр - в которых грунтовые воды смешиваются с другими химическими веществами, и сожжены, и цвета в результате пламени соответствуют определенных химических веществ. "Мы показали, что вы можете миниатюризации этой аналитической лаборатории с использованием пористого кремния и нитратов гадолиния в нечто, что, как малый, так и диаметра человеческого волоса. Так что если ты в поле, вы можете выполнить спектрометрии пламени мгновенно выбросов с помощью устройства, умещается в ладони, "Матрос говорит.
Он добавляет, что этот миниатюрный взрыв кремния также могут быть полезны в качестве источника двигательной microelectrical механические системы (MEMS), так и механизм самоуничтожения в информационно-коллекторных устройств для обеспечения безопасности или военного назначения.
Опытный завод для тестирования Гибкая топлива Battlefield
Syntroleum корпорации (Tulsa, OK) планирует приступить к реализации программы опытно-промышленной установки для разработки морских основе топлива - завод, а также тестирование синтетически сделал (газ-жидкость) JP-8 топлива в военных дизельное топливо и турбин двигателей. Конгресс США недавно ассигновал 3,5 млн. долл. США для программы, и надеется, Syntroleum договариваться на контракт с кафедра обороны.
Syntroleum считает, что его процесс преобразования природного газа в жидкое топливо и смазочные материалы могут быть сокращены до уровня ниже 2000 баррелей, и что она может быть баржи или корабля монтажа для морских основе производства или перевозятся в качестве крупных модулей на суше производства.
Компания считает, что предварительные тесты показали, что его синтетического авиатоплива весит меньше за галлон, и имеет больше энергии на единицу массы, чем топливо для реактивных двигателей в настоящее время используется военными. Таким образом, на большие расстояния миссии, самолет CS транспорта потенциально может нести гораздо более полезной нагрузки на таком же расстоянии в связи со снижением веса топлива. Первые тесты также показали, что топливо примерно на 11% больше водорода на единицу массы, чем дизельное топливо, и почти вдвое больше, метанола и очень чистого сжигания, которая может сделать его пригодным для применения на топливных элементах.
Производство кремниевых наночастиц в конструкторе Цвета
Процесса, разработанные в Univ. Иллинойс (шампанское) создает наночастиц кремния в отдельных дискретных размеров, которые флуоресцируют в разные цвета. Маленький синий, зеленый, желтый и красный люминесцентных частиц.
"Наличие определенных размеров частиц и излучения в красной, зеленой и синей диапазон составляет частиц полезны для электронных дисплеев и флэш-памяти", говорит профессор физики Мунир Nayfeh. "Доброкачественной природы кремния также дает полезную частиц в качестве маркеров для пометки биологически опасных материалов", добавляет он. Текущий медицинских и биологических изображений использует красители маркеров, которые могут разрушить при фотовозбуждении, светлой комнате или высоких температур, говорит он. Новых частиц кремния не только photostable, но они также являются ярко - свет от одной частицы могут быть легко обнаружены, отмечает он. Флуоресцирующих частиц при ударе ультрафиолетового света или с двух фотонов инфракрасного света, последний из которых можно неинвазивным проникать в человеческие ткани.
Для преобразования объемного кремния в наночастицы, Nayfeh и его коллеги используют электрохимический процесс, который предполагает постепенное погружение кремниевых пластин в травителе ванна плавиковой кислоты и перекиси водорода при применении электрического тока. Процесс разрушает поверхностный слой материала, оставляя тонкий сети слабо взаимосвязанных наноструктур. Пластины удаляется из травителя и погрузился кратко в ультразвуковой ванне, где хрупкая сеть наноструктуры рассыпается на отдельные частицы, которые могут быть легко разделены на разные группы размеров.
Новый способ управления реакционной
Группа ученых исследовательского института Скриппса (Ла-Хойя, Калифорния) нашла способ ускорить реакцию, как она протекает без присутствия автокатализаторов (продукт реакции, которая выступает в качестве катализатора производить больше продукции). По словам Джулиуса Rebek-младший, режиссер, профессор Скагс Институт химической биологии им удалось достичь autoamplification путем проведения реакции в присутствии димерных нанокапсулы, которые похожи на два одинаковых яиц, что половина может закрыть около реагентов молекулы, наложение ареста его от остальной части молекул в растворе. Нанокапсулы инкапсуляции молекул нужного размера и формы, и препятствует их реакционной способности.
В экспериментах в Rebek, поглощенных молекул dicyclohexylcarbodimide (ДКК), одной из реагентов. Когда ДКК молекулы смешиваются с молекулами р-toluic кислоты и р-этил-анилина, они реагируют на формы амида и мочевины молекулы. Но когда ДКК молекулы смешиваются с нанокапсулы первых, реакция протекает гораздо медленнее, в первом, так nanoencapsulation эффективно снижает концентрацию ЗАО "ДКК" в растворе.
Тем не менее, реакция ускоряется во времени, так как продукты реакции поместится нанокапсулы. И, как амиды и мочевины молекул производятся, они вытесняют ДКК молекул, освобождая их реагировать. В результате существенно цепной реакции.
