Читаем Журнал "Компьютерра" №705 полностью

Журнал "Компьютерра" №705

Новый рекорд разрешения для электронного микроскопа установила команда специалистов из США и Германии. Потребовалось три года напряженной работы, прежде чем просвечивающий сканирующий электронный микроскоп с коррекцией аберраций добрался до пяти сотых нанометра с предыдущих семи.

В просвечивающем электронном микроскопе (TEM) пучок электронов в вакууме фокусируется на тонком образце, а набор детекторов регистрирует порождаемые при их взаимодействии электроны и рентгеновское излучение. Если пучок сделать достаточно узким и добавить устройство для перемещения образца, то такой микроскоп можно превратить в сканирующий. Высокого разрешения этим приборам мешают добиться сферические и хроматические аберрации - искажения, которые очень похожи на аберрации в оптике. Они возникают из-за того, что пролетающие на разном расстоянии от оси микроскопа электроны фокусируются в разных точках оси, а хроматические аберрации обусловлены разбросом в скорости полета электронов. И если в оптике с подобными искажениями научились бороться давно, вплотную подойдя к дифракционному пределу разрешения микроскопов в половину длины волны, то в электронной микроскопии все гораздо сложнее. Дело в том, что создаваемые внешними полями электронные линзы с цилиндрической симметрией принципиально не могут избавиться от этих аберраций. К тому же очень трудно обеспечить и одинаковую скорость движения электронов. Поэтому обычное разрешение электронного микроскопа отличается примерно в сто раз от длины волны электрона.

Для исправления сферических и хроматических аберраций в электронных микроскопах приходится отказываться от цилиндрической симметрии полей и применять для коррекции поля с очень сложной геометрией, создаваемые квадруполями, гексаполями и более изощренными системами. Но сложные поля трудно поддерживать с нужной точностью, и в них повышается вероятность развития всевозможных электронных и электромеханических неустойчивостей. Вот почему каждый новый шаг в повышении разрешения электронных микроскопов дается со все большим трудом. А эти приборы часто нечем заменить, поскольку популярные сканирующие туннельные и атомно-силовые микроскопы не могут заглянуть под поверхность образца; есть существенные ограничения и у других методов микроскопии.

"Рекордная" установка была создана на базе серийно выпускаемого самого мощного электронного микроскопа Titan фирмы FEI. К нему, при поддержке исследователей из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, была добавлена система исправления аберраций немецкой компании CEOS. Теперь ученые могут разглядеть каждый отдельный атом и достаточно точно измерить расстояние между ними. ГА

Просвечиваем мозги

Любопытную технологию, которая, быть может, позволит компьютерам легко "считывать" наши мысли и чувства, разрабатывают сегодня в американском Университете Тафта. Если проект окажется успешным, то достаточно будет надеть на голову недорогой шлем с инфракрасными светодиодами и фотоприемниками, чтобы наладить неформальный диалог с машиной.

Новую технологию чтения мыслей и чувств называют функциональной спектроскопией в ближней инфракрасной области (fNIRS). Она работает примерно так же, как и хорошо себя зарекомендовавшая функциональная магнитно-резонансная томография (fMRI). Этот метод позволяет по изменению количества кислорода в гемоглобине крови судить о возбуждении или покое нейронов тех или иных областей головного мозга. Отличие в том, что в новом методе не нужен сложный и дорогой томограф. Наши ткани полупрозрачны для инфракрасного излучения, но определенные длины волн хорошо поглощаются гемоглобином. Слабый свет инфракрасных светодиодов шлема проникает на несколько сантиметров в мозг и там поглощается и рассеивается. Регистрируя это излучение, можно определить, в какой области мозга нейроны в данный момент возбуждены. Остается только обучить компьютер правильно реагировать на те или иные возбуждения.

В первых простейших экспериментах добровольцам давали задания разной степени сложности и по измеренному возбуждению мозга судили, насколько трудны они были для выполнения. Результаты измерений совпали с опросом испытуемых в 83 процентах случаев. Теперь можно попытаться смоделировать и более сложные ситуации, особенно если воспользоваться данными о специализации различных областей мозга, полученными с помощью ЯМР-томографов.

Разумеется, рассчитывать на то, что соединенный с таким шлемом компьютер действительно научится читать мысли и предугадывать желания, пока не приходится. Но и уже доказанная способность прибора определять трудность задания может оказаться полезной во многих ситуациях, например при оценке состояния операторов и диспетчеров. ГА