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July 05 2015

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July 04 2015

Efficiency, please.
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June 24 2015

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Initiative NEW RADIO
Amateurfunkgeräte für die Zukunft!
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June 22 2015

June 20 2015

Google Research Blog: Inceptionism: Going Deeper into Neural Networks

Artificial Neural Networks have spurred remarkable recent progress in image classification and speech recognition. But even though these are very useful tools based on well-known mathematical methods, we actually understand surprisingly little of why certain models work and others don’t. (...)

One way to visualize what goes on is to turn the network upside down and ask it to enhance an input image in such a way as to elicit a particular interpretation. (...)

The techniques presented here help us understand and visualize how neural networks are able to carry out difficult classification tasks, improve network architecture, and check what the network has learned during training. It also makes us wonder whether neural networks could become a tool for artists—a new way to remix visual concepts—or perhaps even shed a little light on the roots of the creative process in general.
This orange battery was built by photographer Caleb Charland (previously) as part of his ongoing alternative energy photographs using fruit, vegetables, and other objects to create light for his long-exposure photographs. The electricity powering the lightbulb inside the orange is generated through a chemical reaction between citric acid and the zinc nails inserted into each wedge. I think this is by far the most lovely piece he’s done in the series, but before you start work on a bunch of orange lights to keep on the nightstand, the light generated was so dim this particular photograph required a 14 hour exposure.
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June 07 2015

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Hubo wird Weltmeister [Mathlog]

Team KAIST hat mit dem DRC-Hubo gestern in Pomona/Kalifornien die DARPA Robotics Challenge gewoonen, einen von DARPA (einer Behörde des US-Verteidigungsministeriums) organisierten Wettbewerb für humanoide Roboter.

KAIST steht übrigens für “Korea Advanced Institute for Science and Technology” und ist die führende Technische Universität in Korea. (Formal ist auch mein Institut, das “Korea Institute for Advanced Study”, dem KAIST angegliedert, räumlich sind wir allerdings fast 150 Kilometer vom Hauptsitz in Daejeon entfernt.) Ich hatte vor 2 Jahren mal einen Artikel über das Discovery Center in Daejeon geschrieben, dessen Attraktion die humanoiden Roboter sind, die in einer 20-minütigen Show zum Beispiel auf Zurufe reagieren und mit den Kindern Schere-Stein-Papier spielen.

Auf YouTube gibt es schon ein neues Video über den diesjährigen Wettbewerb. Das Video ist fast 4 Stunden lang, aber es ist auch schon interessant, einfach mal zwischendurch an ein paar Stellen beliebig hineinzuklicken. Wie man sieht, ging es vor allem um den Einsatz von Robotern als Katastrophenhelfer.

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Darpa Robotics Challenge: Hubo ist der beste Roboter für den Katastrophenfall

Ein Ventil öffnen, Auto fahren und weitere Aufgaben mussten Roboter bei einem Wettbewerb des US-Verteidigungsministeriums möglichst schnell bewältigen. Der Gewinner Hubo schaffte den Parcours in weniger als 45 Minuten - und hat seinen Erbauern 2 Millionen US-Dollar Preisgeld verschafft. (Roboter, Technologie)
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June 06 2015

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3-D printing tough biogel structures for tissue engineering or soft robots

Lasagna? No, an open lattice of 3-D printed material, with materials having different characteristics of strength and flexibility indicated by different colors (credit: the researchers)

Researchers at three universities have developed a new way of making tough — but soft and wet — biocompatible hydrogel materials into complex and intricately patterned shapes. The process might lead to scaffolds for repair or replacement of load-bearing tissues, such as cartilage. It could also allow for tough but flexible actuators for future robots, the researchers say.

The new process is described in a paper in the journal Advanced Materials, co-authored by MIT associate professor of mechanical engineering Xuanhe Zhao and colleagues at MIT, Duke University, and Columbia University.

Zhao says the process can produce complex hydrogel structures that are “extremely tough and robust,” but still allow for encapsulating cells in the structures. That could make it possible to 3D-print complex biostructures.

Biocompatible structures

Hydrogels are defined by water molecules encased in rubbery polymer networks that provide shape and structure. They are similar to natural tissues such as cartilage, which is used by the body as a natural shock absorber.

While synthetic hydrogels are commonly weak or brittle, a number of them that are tough and stretchable have been developed over the last decade. However, making tough hydrogels has usually involved “harsh chemical environments” that would kill living cells encapsulated in them, Zhao says.

The new hydrogel materials are generated by combining polyethylene glycol (PEG) and sodium alginate, which synergize to form a hydrogel tougher than natural cartilage. The materials are benign enough to synthesize together with living cells — such as stem cells — which could then allow high viability of the cells, says Zhao, who holds a joint appointment in MIT’s Department of Civil and Environmental Engineering.

3-D printing strong, flexible biomaterials

3-D printed tough, biocompatible PEG–alginate–nanoclay hydrogels in ear and nose shapes (credit: Sungmin Hong et al./ Advanced Materials)

Previous work was not able to produce complex 3-D structures with tough hydrogels, Zhao says. The new biocompatible tough hydrogel can be printed into diverse 3-D structures such as a hollow cube, hemisphere, pyramid, twisted bundle, multilayer mesh, or physiologically relevant shapes, such as a human nose or ear.

The new method uses a commercially available 3D-printing mechanism, Zhao explains. “The innovation is really about the material — a new ink for 3-D printing of biocompatible tough hydrogel,” he says, specifically, a composite of two different biopolymers.

“Each [material] individually is very weak and brittle, but once you put them together, it becomes very tough and strong. It’s like steel-reinforced concrete.”

The PEG material provides elasticity to the printed material, while sodium alginate allows it to dissipate energy under deformation without breaking. A third ingredient, a biocompatible “nanoclay,” makes it possible to fine-tune the viscosity (how easily it flows) of the material, improving the ability to control its flow through the 3D-printing nozzle.

The material can be made so flexible that a printed shape, such as a pyramid, can be compressed by 99 percent, and then spring back to its original shape, Sungmin Hong, a lead author of the paper and a former postdoc in Zhao’s group, says; it can also be stretched to five times its original size. Such resilience is a key feature of natural bodily tissues that need to withstand a variety of forces and impacts.

Such materials might eventually be used to custom-print shapes for the replacement of cartilaginous tissues in ears, noses, or load-bearing body joints, Zhao says. Lab tests have already shown that the material is even tougher than natural cartilage.

Enhancing resolution

The next step in the research will be to improve the resolution of the printer, which is currently limited to details about 500 micrometers (0.5 millimeters) in size, and to test the printed hydrogel structures in animal models. “We are enhancing the resolution,” Zhao says, “to be able to print more accurate structures for applications.”

The technique could also be applied to printing a variety of soft but tough structural materials, he says, such as actuators for soft robotic systems.

“This is really beautiful work that demonstrates major advances in the utilization of tough hydrogels,” says David Mooney, a professor of bioengineering at Harvard University who was not involved in this work. “This builds off earlier work using other polymer systems, with some of this earlier work done by Dr. Zhao, but the demonstration that one can achieve similar mechanical performance with a common biomedical polymer is a substantial advance.

“It is also quite exciting that these new tough gels can be used for 3-D printing, as this is new for these gels, to my knowledge.”

The work was supported by the National Institutes of Health, the Office of Naval Research, AOSpine Foundation, and the National Science Foundation.

Abstract of 3D Printing of Highly Stretchable and Tough Hydrogels into Complex, Cellularized Structures

A 3D printable and highly stretchable tough hydrogel is developed by combining poly(ethylene glycol) and sodium alginate, which synergize to form a hydrogel tougher than natural cartilage. Encapsulated cells maintain high viability over a 7 d culture period and are highly deformed together with the hydrogel. By adding biocompatible nanoclay, the tough hydrogel is 3D printed in various shapes without requiring support material.

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May 16 2015

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The Strandbeest: Art and Engineering.

Created by Dutch artist Theo Jansen, the Strandbeest is created by rudimentary objects such as PVC piping, wood and sails and contains no electrical or motorised parts; it is instead powered by the wind. 

The Strandbeest has steadily evolved into more complex working structures. Some even having the ability to store wind power in the absence of a breeze, being able to nail pins into the sand when wind power becomes too great, and even sensing when they have entered the water or encountered an object so they can then avoid the obstruction. 

Theo Jansen is ever improving and changing these creatures, and does have a final plan for them saying: “over time, these skeletons have become increasingly better at surviving the elements such as storms and water, and eventually I want to put these animals out in herds on the beaches, so they will live their own lives”.


Oh wow.

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May 14 2015

Electron – Die elektrische Rakete [Was geht?]

Wer noch meinen Artikel “Angriff der Miniraketen” im Hinterkopf hat erinnert sich vielleicht an diese Rakete. Da wir nun die auch etwas mehr über Raketentriebwerke wissen, lohnt sich ein zweiter Blick.

Das besondere an der Electron sind die “Rutherford” Triebwerke. Wie viele Raketentriebwerke, werden auch diese mit Kerosin und flüssigem Sauerstoff angetrieben. Das funktioniert noch ganz klassisch. Aber das Problem ist ja immer, das Zeug in das Triebwerk hinein zu pumpen und das macht man hier zum ersten mal mit elektrischen Pumpen. (Das hier ist die zweite Stufe. Die Batterien sind schätzungsweise die grauen Kästen.) Die Idee ist nicht wirklich neu und wurde auch schon wissenschaftlich untersucht.



Der erste Gedanke ist eigentlich, dass das nicht gehen sollte. Nach allem was man über die Elektrofahrzeuge gehört hat, kommen Batterien niemals an die Energiedichte von Benzin oder Kerosin heran. Und das stimmt auch. Aber bei einem Raketentriebwerk wird die Sache komplizierter. Anders als ein Auto, muss die Rakete ihren eigenen Sauerstoff mit schleppen. Das ist schon sehr viel Masse. Das Atomgewicht von Sauerstoff beträgt 16, Kohlenstoff wiegt 12 und Wasserstoff 1.

Der Kohlenstoff verbrennt zusammen mit zwei Sauerstoffatomen zu CO₂. Zu einem Kohlenstoffatom mit Gewicht 12, kommen zwei Sauerstoffatome mit Gewicht 16 hinzu. Der Sauerstoff wiegt also fast 3 mal so viel wie der Kohlenstoffanteil des Kerosins. Normalerweise bekommen wir davon nichts mit, denn der Sauerstoff kommt nicht aus dem Tank, sondern aus der Luft. Beim Wasserstoff ist es noch schlimmer. Das Sauerstoffatom in H₂O wiegt 8 mal so viel wie die beiden Wasserstoffatome.

Kerosin besteht nun im wesentlichen aus Kohlenwasserstoffketten, in denen sich Gruppen von einem Kohlenstoffatom und zwei Wasserstoffatomen aneinander reihen. Jede dieser Gruppen hat ein Atomgewicht von 14 und braucht drei Sauerstoffatome mit einem Gewicht von 48 um verbrannt zu werden. Das Gewicht wird mehr als vervierfacht. Das allein reicht aber nicht im Ansatz, um dem mit einer Batterie konkurrenz zu machen. Wenn im Hauptstromverfahren der gesamte Treibstoff benutzt wird und auch die Abwärme noch durch die Brennkammer hindurch kommt, hat die elektrische Pumpe keine Chance.

Aber dieses Verfahren ist aufwändig und führt zu komplexen Triebwerken. Wenn es einfach, klein und billig sein soll, braucht man etwas anderes und meistens ist das ein Gas-Generatorzyklus im Nebenstromverfahren.

Wir erinnern uns: Das Problem ist, dass die Turbine niemals die Temperaturen aushalten würde, wenn man Kerosin und Sauerstoff in der optimalen Mischung verbrennt. Man muss zusätzlich Kerosin einspritzen, damit die Temperaturen niedrig bleiben. Der Unterschied beim Nebenstromverfahren ist, dass das Abgas mit dem zusätzlichen Kerosin durch den Auspuff nach draußen geht, ohne nennenswert Schub zu erzeugen. Das typische Mischverhältnis für so einen Gasgenerator liegt unter 0,5. Das heißt, dass halb so viel Sauerstoff wie Kerosin verwendet wird. Dabei müsste es für die optimale Energieausbeute eigentlich bei 3,4 liegen. Schon sinkt die Energiedichte des Treibstoffs auf etwa ein Achtel des üblichen Wertes.

Dazu kommt noch, dass die Turbine bestenfalls die Hälfte der Energie auch in Arbeit umwandelt, der Elektromotor hingegen fast alles. Und wenn man das alles zusammen nimmt, dann haben die neuesten Batterien gegen die ineffizientesten Turbopumpen geradeso eine Chance. Und die gibt man ihr gerne, denn im Vergleich zu anderen Triebwerken wird mit Elektropumpen (der grüne und der rote Zylinder) alles sehr viel einfacher.


Das Ergebnis ist ein elegantes, kleines Triebwerk, mit sehr gutem spezifischem Impuls und miserablem Schub/Gewichtsverhältnis. Normalerweise liegt dieses Verhältnis bei Werten von etwa 1:80 bis 1:150. Das kleine Rutherford Triebwerk mit 1,8 Tonnen Schub dürfte also nur etwa 12-24 kg wiegen. Tatsächlich habe ich noch keine Gewichtsangabe gefunden.

Aber die Leute im Nasaspaceflight-Forum haben einiges zusammengetragen, mit dem man zumindest ein paar Schätzungen anstellen kann. Eine Batterie die 3 Minuten lang 80kW leistet, braucht eine Kapazität von 4kWh. Wenn man der Wikipedia glauben darf, wiegen Lithium-Polymer Batterien (die hier verwendet werden) allein wenigstens 16kg um diese Kapazität zu erreichen. Dazu kommt noch das Gewicht für eine robuste Verpackung und dem ganzen Rest des Triebwerks. Insgesamt dürfte das Triebwerk etwas mehr als 30kg wiegen, bei einem Verhältnis von 1:50 bis 1:60.  Das gilt aber nur für die neun Triebwerke der ersten Stufe.

Das Triebwerk der zweiten Stufe muss etwa doppelt so lang arbeiten und dürfte eine etwa 40kg schwere Batterien mit sich tragen. Dazu kommt noch die viel größere Düse, die im Vakuum für mehr Schub sorgt (2,2 Tonnen), aber eben auch mehr wiegt.

Zusätzliches Gewicht ist in der obersten Stufe besonders ärgerlich. Denn jedes Kilo zusätzliche Masse in der letzten Stufe, ist ein Kilo weniger Nutzlast. Dazu kommt, dass die zweite Stufe noch Masse für ein zusätzliches kleines Steuertriebwerk braucht. Ein Triebwerk allein kann zwar die Lage der Rakete im Raum beliebig ändern, kann aber die Rakete nicht um die eigene Achse drehen. Dafür braucht es zumindest noch ein weiteres bewegliches Triebwerk oder zwei starre Düsen. Dem Bild nach zu urteilen, kommt dafür eine einfache Kaltgasdüse zum Einsatz.

Nun liegt die Nutzlast nur noch bei etwa 100kg in dem angestrebten, Sonnensynchronen Orbit und man schleppt ein über 50kg schweres Triebwerk mit. Ideal ist das alles nicht, aber für eine Rakete in dieser Größe im Prinzip gar nicht schlecht. Mit der weiteren Entwicklung der Batterietechnik könnte die Rakete auch ganz ohne Verbesserungen des Triebwerks an sich eine größere Nutzlast bekommen.

Falls die Electron erfolgreich ist, ist es durchaus möglich, dass noch ganz andere Hersteller auf diese Technik zurückgreifen werden.

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May 11 2015

Coandă effect
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May 10 2015

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140 year old wind up archer from Japan


NO BUT THESE ARE REALLY COOL THIS IS AN AUTOMATON AND THERE ARE REALLY AMAZING AUTOMATONS LIKE there’s one called the musician, she plays the fucking piano and she’s not just a music box, her little fingers are actually pressing keys and producing music oh and she BREATHES, then there’s the draughtsman who DRAWS FUCKING PICTURES and the writer, which is like the coolest of them all, he can WRITE WORDS and not only that, but the letters inside him which allow him to write can be REORDERED so he can write any sentence that’s 40 letters long! Not only that but the writer inks his own quill and shakes it to keep the ink from spilling.



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