Energie simpelweg uit de lucht ‘zuigen’ zou in de toekomst mogelijk kunnen zijn, zeggen Australische wetenschappers. Ze ontdekten een enzym dat elektriciteit opwekt met waterstof uit de atmosfeer.
Elektriciteit uit de lucht halen, lijkt een droom. Onmogelijk is het echter niet. In de natuur gebeurt het al. Sommige bacteriën blijken namelijk in staat te zijn lucht als ‘voedingsbron’ te gebruiken en zetten waterstof, dat in zeer geringe hoeveelheden als molecuul voorkomt in de atmosfeer, om in energie. Dit trucje passen ze met name toe op plekken waar weinig andere voedingsstoffen voorhanden zijn, zoals op grote diepte in zee, op de Zuidpool of in vulkaankraters. Hoe die bacteriën het precies voor elkaar krijgen, was lang niet bekend.
Australische wetenschappers hebben nu een bepaalde bacteriesoort, de in de bodem levende Mycobacterium smegmatis, aan een nader onderzoek onderworpen. Ze ontdekten dat het organisme diverse eiwitten produceert die elektriciteit kunnen opwekken uit waterstof.
Het team wist één van deze eiwitten, een enzym genaamd Huc, uit de bacterie te isoleren. Met geavanceerde microscopen onthulden ze de structuur en werking ervan. De resultaten zijn vorige week gepubliceerd in het wetenschappelijk tijdschrift Nature.
Het enzym blijkt enkele verrassende eigenschappen te bezitten. Zo is het erg efficiënt: ook bij extreem kleine concentraties waterstof in de lucht – zo klein dat de onderzoekers ze zelfs met hun gevoeligste detectoren niet meer konden meten – wist Huc nog steeds waterstofdeeltjes te ‘vangen’ en er een stroompje mee te produceren.
Daarnaast werkt het enzym ook buiten de bacterie naar behoren. Het is daar bovendien ook nog erg stabiel: Huc blijft stug elektriciteit opwekken bij temperaturen tussen 80 en -80 graden Celsius en kan lang worden bewaard.
‘Over het geheel gezien is Huc veel stabieler en werkt het veel efficiënter dan we gehoopt hadden’, zegt onderzoeksleider Rhys Grinter van de Monash-universiteit in Melbourne. ‘Dat is één van de dingen die dit verhaal zo spannend maken.’
Dankzij de gunstige eigenschappen voorzien de wetenschappers voor het enzym een rooskleurige toekomst als belangrijk bestanddeel van een ‘natuurlijke batterij’. Een laag Huc zou apparaten kunnen voorzien van elektriciteit die letterlijk uit de lucht komt vallen.
Daarmee kan het een chemische batterij, een zonnepaneel of een manier om met fossiele brandstof stroom op te wekken overbodig maken. ‘Dan kun je mogelijk apparaatjes aandrijven die een kleine, maar continue hoeveelheid elektrische stroom nodig hebben, zoals een horloge of een simpel computercircuit,’ stelt Grinter.
Althans, als er alleen beschikking is over ‘normale’ lucht uit de atmosfeer. ‘Wanneer het eiwit geconcentreerd waterstof krijgt aangevoerd, produceert het meer elektriciteit. In dat geval zien wij mogelijkheden om het op te nemen in brandstofcellen voor grotere apparaten, zoals een smartphone of zelfs een elektrische auto.’
Daarvoor moeten wel nog de nodige stappen worden gezet, merkt Grinter op. ‘Op dit moment kunnen we slechts een aantal milligram Huc produceren – wat voor experimenten voldoende is. Voor toepassingen in elektronica willen we de productie opschalen naar grammen en uiteindelijk kilo’s. Dat proberen we onder meer door de bacteriën zo aan te passen dat ze meer Huc produceren.’
Gaat het enzym daarmee een grote rol spelen in de apparaten van de toekomst? Microbioloog Nico Claassens van Wageningen University and Research, niet betrokken bij de studie, is sceptisch. ‘De ideeën van de onderzoekers klinken een beetje als wishful thinking. Met de totale hoeveelheid waterstof die in een normale kamer in de lucht zit, kan Huc een ledlamp grofweg een halve minuut laten branden. Het lijkt mij vooral nuttig voor kleine apparaten op plekken waar weinig brandstof voorhanden is, zoals op bergtoppen of in poolgebieden. Net zoals ook bacteriën het alleen op extreme plekken gebruiken.’
Toepassingen in brandstofcellen, met toevoer van geconcentreerde waterstof, ziet hij ook niet direct van de grond komen. ‘Huc zal hierin niet snel de plek innemen van de metalen die nu voor de omzetting van waterstof naar elektriciteit zorgen. Hoewel die metalen duur en zeldzaam zijn, werken ze waarschijnlijk veel sneller dan de enzymen.’
Desondanks is Claassens enthousiast over het onderzoeksresultaat. ‘Het is uniek dat de onderzoekers de werking van dit enzym zo nauwkeurig onthullen. Fascinerend dat we nu begrijpen hoe deze bacteriën kunnen overleven met lucht als energiebron.’
Daarnaast meent hij dat Huc op een andere manier nuttig kan zijn. ‘In de toekomst zal waterstof een belangrijke brandstof worden. Omdat Huc hier zo ontzettend gevoelig voor is, kan het uitstekend werken als sensor voor weglekkend waterstof. Daarmee voorkom je dat de hoeveelheid waterstof in de atmosfeer toeneemt – het gas draagt in zeer kleine mate bij aan het broeikaseffect – en ga je bovenal onnodig brandstofverlies tegen’, aldus Claassens.
Het Canadese deeltjesexperiment SNO+ heeft neutrino’s gevangen die zijn ontstaan in kerncentrales honderden kilometers verderop. Het is dus mogelijk om de activiteit van kernreactoren op afstand te monitoren.
Een handjevol lichtflitsen, meer hebben ze na 190 dagen meten niet in handen. Toch staan de natuurkundigen van het Sudbury Neutrino Observatory (SNO+) te juichen. Na jaren van onderzoek presenteren ze in het wetenschapsblad Physical Review Letters bewijs dat hun detector veertien neutrino’s heeft gezien die zijn ontstaan in kerncentrales in de wijde omgeving. Zo’n meting op afstand vertelt wat er in de reactor gebeurt zonder dat je in de centrale hoeft te zijn.
Volgens de onderzoekers komt meer dan de helft van de gevangen neutrino’s uit de Canadese kerncentrales in Bruce, Darlington en Pickering in de staat Ontario, tussen de 240 en 350 kilometer van de detector. De rest kan uit nog eens vijftien reactorkernen in Canada en zo’n honderd in de VS komen. SNO+ kan de neutrino’s niet herleiden naar afzonderlijke kernreactoren, omdat tijdens het meetproces de informatie over de beweging van het neutrino verloren gaat.
Neutrino’s ontstaan in allerlei nucleaire reacties, zoals de kernfusie in het centrum van de zon en kernsplijting in kerncentrales. Deze ‘spookdeeltjes’ zijn de meest voorkomende vorm van materie in het heelal, maar zien zul je ze nooit. Neutrino’s glippen namelijk zonder stoppen door de dikste afscherming. Zo vliegen ze moeiteloos door de meters gewapend beton om een kernreactor heen, en zelfs dwars door de aarde. Heel zelden reageert een neutrino met normale materie. Daar maken neutrinodetectoren gebruik van.
SNO+ gebruikt een twaalf meter brede tank ultrazuiver water om een minieme fractie van alle langskomende neutrino’s te detecteren. De detector staat in de Canadese nikkelmijn Creighton, 2 kilometer onder de grond. Het dikke rotsdak boven de detector zorgt ervoor dat de gevoelige installatie nauwelijks last heeft van andere deeltjes uit het heelal, zoals kosmische straling.
‘SNO+ is oorspronkelijk ontworpen om energierijke neutrino’s uit het verre heelal te vangen’, zegt deeltjesfysicus Elisabeth Falk aan de Universiteit van Sussex, een van de wetenschappers achter het onderzoek. ‘Zulke neutrino’s zijn interessant als bron van informatie over bijvoorbeeld supernova’s, maar ook omdat ze misschien een rol speelden bij het verdwijnen van alle antimaterie in de begintijd van het universum.’
Net als de veel grotere neutrinodetectoren KM3NeT en IceCube zoekt SNO+ naar het zwakke lichtsignaal dat ontstaat als een neutrino op een atoomkern waterstof in water knalt. De detectoren vinden vooral neutrino’s die ontstaan in de zon of bij supernova’s, omdat die meer energie hebben. Ook reactorneutrino’s zijn al eerder gemeten met gespecialiseerde detectoren zoals KAMLAND.
Volgens expert in neutrinowaarnemingen Ernst-Jan Buis van de Technische Universiteit Delft, zelf niet verbonden aan SNO+, is de meting van reactorneutrino’s door het experiment een prestatie op zich. ‘Water-cherenkov-detectoren zoals SNO+ zijn meestal niet gevoelig genoeg om neutrino’s van deze lage energie te meten.’
De meting ging dan ook niet zonder slag of stoot. De onderzoekers moesten veel moeite doen om hun 14 reactorneutrino’s te vinden. Die zaten namelijk verstopt in de ruis van andere meetsignalen, zoals van natuurlijk radioactief verval van thorium en uraan in de aardkorst.
De grootste storingsbron in de jacht op reactorneutrino’s bleek het glas van de lichtdetectoren in SNO+, zegt Falk. Die bevatten een vleugje radioactief materiaal dat minieme lichtflitsen uitzendt, net zoals de lichtflits die een reactorneutrino verraadt. ‘We zagen wel 10.000 keer meer van die stoorsignalen dan reactorneutrino’s. Gelukkig meet je dit stoorsignaal vooral in die ene lichtdetectoren waar het ontstaat, terwijl de flits van een reactorneutrino door de hele tank zichtbaar is. Zo konden we ze uit elkaar houden.’
Wat heb je nou precies aan een apparaat dat van flinke afstand kan zien hoe hard een kerncentrale draait? Volgens Elisabeth Falk zou je die informatie kunnen gebruiken om erachter te komen of iemand splijtstof achterover drukt, of zelfs een reactor gebruikt om plutonium voor kernwapens te kweken. ‘Als je ter plekke inspecties uit kunt voeren, is dat natuurlijk beter. Maar dat is niet altijd een optie, zoals in Noord-Korea of Iran.’
Reactorexpert Bryan van der Ende van het Canadese laboratorium voor kernonderzoek, zelf niet betrokken bij het onderzoek, zet wel vraagtekens bij die mogelijke toepassing. Voor toezicht houden op afstand zijn volgens hem een stuk gedetailleerdere metingen nodig zijn dan SNO+ nu presenteert. ‘Als je wil weten of een reactorbeheerder zich aan de regels houdt, moet je kunnen zien hoeveel en welke soort kernreacties er in de loop der tijd plaatsvinden. In 190 dagen maar veertien neutrino’s meten, die ook nog eens van verschillende reactoren komen, is niet genoeg.’
Ook Ernst-Jan Buis is nog sceptisch over nucleair toezicht met neutrinodetectoren. ‘Het probleem blijft dat neutrino’s zo lastig te meten zijn, dat je grote installaties nodig hebt.’ Een ‘kleine’ opstelling met maar een paar ton detectiemateriaal heeft volgens Buis maar een paar kilometer meetbereik. ‘Het liefst wil je je detector ergens plaatsen waar weinig storingsbronnen zijn. Maar voor een monitoringssysteem heb je dat niet voor het uitkiezen.’
Toch heeft de prestatie van SNO+ potentieel, denkt Van der Ende. ‘Een neutrinodetector met een bereik van honderden kilometers betekent dat je geheime reactoren in een gebied op kunt sporen. Dat zijn precies de soort installaties waar iemand zou proberen om illegaal plutonium te kweken.’ .
Spookdeeltje
Elke seconde razen er biljoenen neutrino’s door je lijf, afkomstig van kernfusie in de zon. Maar in een mensenleven botst er gemiddeld maar één met een atoom in je lijf, zo laag is de kans dat deze spookdeeltjes op andere materie reageren.
Wolfgang Pauli voorspelde de ongrijpbare deeltjes in 1930 om gaten in de theorie van radioactief verval te dichten. Het duurde tot 1956 voor experimenten het neutrino ook echt waarnamen.
Toen de quantumcomputer van Google eind vorig jaar een wormgat simuleerde, haalde dat wereldwijd de kranten. Een nieuw onderzoek zet echter vraagtekens bij de simulatie.
De eerste simulatie van een wormgat op een quantumcomputer bood misschien toch geen nauwkeurige weergave van zo’n tunnel in de ruimtetijd. De simulatie haalde vorig jaar de kranten, maar nu heeft een andere groep onderzoekers de simulatie onderzocht. Zij hebben een aantal problemen gevonden die de bewering ondermijnen dat het een succesvolle simulatie betrof.
De simulatie laat een zogeheten ‘holografisch wormgat’ zien. Het woord ‘holografisch’ verwijst naar een manier om natuurkundeproblemen te versimpelen met technieken uit de quantummechanica. Die versimpeling was hier toegepast, maar belangrijk is dat de simpelere, holografische versie van het wormgat nog steeds complex genoeg is om iets te zeggen over het origineel. Net zoals een tweedimensionaal hologram iets kan onthullen over de driedimensionale details van een object.
In november 2022 maakten natuurkundige Maria Spiropulu van het California Institute of Technology en haar collega’s bekend dat zij de quantumcomputer van Google, Sycamore, hadden gebruikt om een holografisch wormgat te simuleren. Ze zeiden ook dat ze signalen door het gesimuleerde wormgat hadden gestuurd. Dat deden ze met quantumteleportatie, een fenomeen waarbij informatie over een quantumtoestand aan de ene kant van het systeem wordt verzonden en aan de andere kant tevoorschijn komt.
De onderzoekers zeiden dat de resultaten van de simulatie uitpakten zoals verwacht. Nu hebben natuurkundige Norman Yao van de Universiteit van Californië, Berkeley, en zijn collega’s de details van de studie bekeken. Zij vonden drie grote problemen die volgens hen bewijzen dat de simulatie niet goed laat zien hoe wormgaten zich gedragen.
Het eerste probleem heeft te maken met hoe het gesimuleerde wormgat reageerde op de signalen die erdoorheen werden gestuurd. De theorie zegt dat dit schommelingen in het systeem zou veroorzaken. Het is dan net alsof het wormgat trilt, maar uiteindelijk zou het weer moeten bedaren. In het oorspronkelijke onderzoek leek dit ook daadwerkelijk te gebeuren, maar alleen wanneer de onderzoekers het gemiddelde namen over veel verschillende tests. Als Yao en zijn collega’s naar elke test afzonderlijk keken, bleef het wormgat oneindig lang trillen. Dat klopt niet met de verwachtingen van hoe een wormgat zich gedraagt.
Het tweede probleem ging over de signalen zelf. Een van de kenmerken van een echt wormgat – en dus ook van een goede holografische variant van een wormgat – is dat het signaal dat eruit komt er hetzelfde uitziet als wanneer het erin ging. Yao en zijn team ontdekten dat dit weliswaar klopte voor sommige signalen, maar niet voor alle. Het signaal bleef alleen gelijk wanneer het leek op de signalen die de onderzoekers ook hadden gebruikt in het algoritme dat het systeem vereenvoudigde
Het laatste, grootste probleem, gaat om een quantumverschijnsel dat size winding wordt genoemd. Size winding treedt op als een holografisch beeld op de juiste manier een bijzondere zwaartekrachtsituatie, zoals een wormgat, representeert. Bij het onderzochte systeem verdween de size winding echter als het model groter of gedetailleerder werd gemaakt. De kloppende size winding die de eerste onderzoekers zagen, is dus misschien slechts toevallig ontstaan bij een specifieke omvang van het model.
Spiropulu reageeert dat deze problemen niet gelden voor de gehele simulatie, maar alleen voor afzonderlijke onderdelen ervan. ‘De onderzoekers zeggen iets over [de gecombineerde eigenschappen van de simulatie], terwijl ze alleen kijken naar de afzonderlijke quantumsystemen van ons model’, zegt ze. Ze houdt vol dat ‘wij eigenschappen hebben waargenomen die consistent zijn met wormgatteleportatie.’
Toch hebben ook andere experts hun twijfels geuit over de simulatie. Natuurkundige John Preskill van CalTech zegt dat hij nu ‘minder vertrouwen heeft in het bewijsmateriaal.’
Natuurkundige Leonard Susskind van de Stanford-universiteit in Californië meent dat het experiment wel een wormgat heeft gesimuleerd, maar alleen in de breedste zin van het woord. ‘Wat niet zo duidelijk is, is of het experiment beter is dan gebruikelijke quantumteleportatie-experimenten, en of het werkelijk de kenmerken van algemene relativiteit vastlegt die de auteurs claimen. Dat is alleen op een vage manier het geval’, zegt hij.
Vergelijkbare experimenten in de toekomst kunnen ons veel leren over de eigenschappen van wormgaten, zegt Susskind. Ze zullen dan wel complexer moeten zijn dan dit experiment, voordat we er echt nieuwe informatie uit kunnen halen.
De Double Asteroid Redirection Test (DART) was een ruimtevaartuig dat in 2022 insloeg op de planetoïde Dimorphos. De enorme puinpluim die hierdoor ontstond verdrievoudigde de impact van die klap.
In 2022 heeft NASA een ruimtevaartuig laten inslaan op een planetoïde, om die te verplaatsen. Met succes: de inslag had een groter effect op de baan van de planetoïde dan voorspeld was. Vijf artikelen in Nature met een analyse van de botsing en de nasleep laten nu zien waarom.
DART schoot een ruimtevaartuig op de kleine planetoïde Dimorphos, die rondom de grotere planetoïde Didymos draait. Vijf groepen onderzoekers hebben zich gestort op verschillende aspecten van de inslag. De inslag bracht Dimorphos dichter bij Didymos, waardoor de omlooptijd ongeveer 33 minuten korter werd. Dat was 25 keer de minimale verandering waarbij de missie als een succes beschouwd zou zijn.
Dat was mogelijk doordat DART precies op koers lag. ‘Het ruimtevaartuig raakte Dimorphos heel dicht bij het centrum, en dat is precies waar je de planetoïde wil raken om de impulsoverdracht te maximaliseren’, zegt astronoom Carolyn Ernst van de Johns Hopkins-universiteit in Maryland.
Maar misschien nog belangrijker: na de inslag schoten brokstukken van de planetoïde weg, waardoor deze een extra zetje kreeg. ‘Mensen zien de DART-missie misschien als een vrij eenvoudig experiment, vergelijkbaar met biljarten in de ruimte: een ruimtevaartuig botst op een massieve planetoïde’, zegt astronoom Cristina Thomas van de Northern Arizona-universiteit. ‘maar planetoïden zijn veel meer dan ‘gewoon’ massieve rotsen.’
De meeste planetoïden – waaronder Dimorphos, zo blijkt – zijn hopen puin die zwakjes door de zwaartekracht bij elkaar worden gehouden. Dus toen DART Dimorphos raakte, schoot tussen 0,3 en 0,5 procent van de massa weg in een grote pluim van puin. Dit versterkte de impulsoverdracht van het ruimtevaartuig op de planetoïde met een factor 3,6.
Als we ooit iets als DART moeten gebruiken om een planetoïde die op de aarde afstevent af te buigen, is het cruciaal om dat extra zetje te begrijpen. ‘De puinpluim geeft de planetoïde een grotere duw dan het ruimtevaartuig zelf. Dat betekent dat we in de toekomst, als we deze technologie moeten gebruiken om een planetoïde af te buigen, niet per se een enorm ruimtevaartuig nodig hebben’, zegt astronoom Jian-Yang Li van het Planetary Science Institute in Arizona.
De puinpluim plaatst Dimorphos ook in een bijzondere categorie planetoïden, actieve planetoïden genoemd, die staarten hebben zoals kometen. Er is lang gedacht dat deze staarten kunnen ontstaan door botsingen met kleinere ruimterotsen. DART heeft aangetoond dat dat idee klopt. ‘We kunnen nu echt nagaan wat er gebeurt met actieve planetoïden. Dat helpt om te achterhalen waar ze van gemaakt zijn, wat ons terugbrengt naar het ontstaan van het zonnestelsel, toen ze zijn gevormd’, zegt astronoom Ariel Graykowski van het SETI-Instituut in Californië.
Na DART weten we dat we de baan van een kleine planetoïde als Dimorphos kunnen veranderen, maar planetoïden zijn zo divers dat we niet zeker weten of een soortgelijke missie zou werken bij álles dat onze kant op komt. ‘Ik denk dat we deze nieuwe kennis het best kunnen toepassen door het opnieuw te doen, maar dan met iets groters’, zegt Graykowski. ‘We weten nu hoe breekbaar de planetoïde uiteindelijk was, dus hoeveel puin er vanaf kwam, en hoeveel hij verplaatst is. Dat moeten we gebruiken om het op veel grotere schaal te herhalen.’
Voor het eerst is aangetoond dat het mogelijk is om het totale aantal fouten van een quantumcomputer terug te brengen. Dat betekent dat we grotere, bruikbare quantumcomputers kunnen bouwen.
Quantumfoutcorrectie is een belangrijke stap voor de ontwikkeling van bruikbare quantumcomputers. Nu heeft Google aangetoond dat zijn benadering van foutcorrectie schaalbaar is. Dat melden onderzoekers van het bedrijf in het wetenschappelijk tijdschrift Nature. Deze stap biedt vertrouwen dat praktische quantumcomputers in de komende jaren op de markt verschijnen.
De bouwstenen van een quantumcomputer zijn qubits, de quantumvariant van de transistors in een klassieke computerchip. Maar qubits zijn gevoelig voor fouten. Die moeten worden gedetecteerd en gecorrigeerd als we quantumcomputers willen bouwen die groot genoeg zijn om echte problemen aan te pakken.
Een populaire benadering voor foutcorrectie heet surface code correction. Daarbij werken veel qubits samen als één zogenaamde logische qubit. Dit zorgt voor redundantie: als één qubit een fout maakt, blijft het gecombineerde geheel gewoon werken. Dit is ook hoe foutcorrectie in klassieke computers werkt.
In quantumcomputers is er echter een extra complicatie. Iedere poging om qubits te meten, vernietigt de data meteen.
Dit betekent dat het toevoegen van meer fysieke qubits aan je logische qubit ook nadelig kan zijn. ‘Als ingenieurs proberen om grotere ensembles van fysieke qubits te organiseren tot logische qubits, met het doel om minder fouten te maken, gebeurde tot nog toe eigenlijk het tegenovergestelde’, zegt quantumcomputerexpert Hartmut Neven van Google.
Google liet dit zien toen het in 2021 voor het eerst een werkend foutcorrectieschema presenteerde, dat resulteerde in een netto toename van fouten. Onderzoekers van het Joint Quantum Institute in Maryland slaagden er later in om logische qubits te maken die de foutpercentages niet verder verslechterden, al was dat dan op een nogal technische manier, in plaats van een praktisch bruikbare.
Nu heeft Google aangetoond dat logische qubits kunnen worden uitgebreid en dat deze schaalvergroting het totale foutenpercentage omlaag brengt. Als die trend kan worden voortgezet, kunnen ze berekeningen uitvoeren die zelfs op de krachtigste klassieke computers onmogelijk zouden zijn. Neven zegt dat het team er nu ‘tastbaar vertrouwen’ in heeft dat Google een commercieel bruikbare quantumcomputer kan maken.
Rasterbits
Het team bereikte de mijlpaal met behulp van de derde generatie van Google’s quantumprocessor Sycamore, met 53 qubits. Surface code logische qubits zijn doorgaans een raster van qubits gekoppeld aan andere qubits. Er is steeds één qubit gereserveerd om de waarde van andere qubits te meten. In het experiment van het bedrijf werd overgeschakeld van rasters van 3 bij 3, met 17 fysieke qubits, naar rasters van 5 bij 5 met 49 qubits. Dat betekent dat bijna de hele processor als één logische qubit werkt. Deze verhoging bracht een verlaging van de foutmarge van 3,028 procent naar 2,914 procent.
Het team van Google geeft toe dat de verbetering klein is, maar zegt dat het opschalingsproces in theorie onbeperkt kan worden voortgezet. Dat maakt de weg vrij voor een quantumcomputer die weinig fouten maakt, en dus betrouwbaar nuttige taken kan uitvoeren. Maar de volgende stap, een overgang naar een logische qubit van 6 bij 6, waarvoor 71 fysieke qubits nodig zijn, is onmogelijk met de huidige generatie quantumprocessoren. Dat vereist betere hardware.
Quantuminformatie-onderzoeker Fernando Gonzalez-Zalba van de Universiteit van Cambridge zegt dat een grotere verbetering van de foutmarge mooi zou zijn geweest, maar dat het onderzoek in de goede richting gaat. ‘De afzonderlijke componenten in de processor moeten nog wat verbeteren om de logische foutmarge op te voeren naarmate de technologie opschaalt’, zegt hij, ‘maar wat we zien in de publicaties van het team, is dat ze na elke publicatie aanzienlijk verbeteren. Ik denk niet dat schaalbare quantumfoutcorrectie nog jaren gaat duren, ik denk dat we er bijna zijn.’
Het Delft Hyperloop studententeam heeft zijn nieuwste ontwerp gepresenteerd: Helios II. Dit prototype van het futuristische vervoersmiddel is nu volledig zwevend, bevat een koelsysteem en een nieuwe motor. Dat zijn belangrijke stappen naar een toekomstig hyperloop-vervoerssysteem.
Het idee voor de hyperloop werd tien jaar geleden op de kaart gezet door Elon Musk. Het moet een transportsysteem worden waarbij een zogeheten pod, een soort treinwagon, door een vacuümbuis raast. Een magneetsysteem zorgt ervoor dat de pod boven of onder een baan zweeft, en daardoor geen last heeft van rolweerstand van wielen. Zonder lucht- en rolweerstand zou je een snelheid van duizend kilometer per uur moeten kunnen halen. Daarmee reis je in een halfuur van Amsterdam naar Parijs.
Zover is de hyperloop nu nog niet. De prototypes die nu door teams zoals Delft Hyperloop gemaakt worden, kunnen nog geen passagiers vervoeren, en reizen slechts enkele tientallen meters. Maar de bedrijven en studententeams die eraan werken zetten regelmatig technische stappen die een grootschalig hyperloopsysteem dichterbij moeten brengen.
Helios II, het nieuwste Delftse ontwerp, heeft drie grote veranderingen ten opzichte van eerdere prototypes. Zo zat het vorige ontwerp nog met wieltjes tegen de baan aan. Dat was nodig voor de sturing. ‘Dat hebben we nu vervangen door elektromagneten, zodat ons prototype volledig zweeft’, vertelt Twan Terpstra van Delft Hyperloop.
Verder hebben de studenten een nieuwe motor ontworpen die op de pod zit. Vorig jaar kwam de voortstuwing nog vanuit de baan. ‘Toen zat er een grote permanente magneet op het voertuig, en elektromagneten in de baan’, legt Terpstra uit. ‘Die elektromagneten werden aangestuurd om het voertuig vooruit te stuwen of af te remmen.’
In het nieuwe ontwerp zit juist het statisch magnetische gedeelte in de baan. Op het voertuig zitten permanente magneten en spoelen. De spoelen sturen het magneetveld van de permanente magneten aan, zodat het voertuig zich langs de baan vooruit kan trekken.
‘Het voordeel van een motor in het voertuig in plaats van in de baan is dat het transportsysteem schaalbaarder wordt’, vertelt Terpstra. Een motor aan boord is goedkoper en gemakkelijker te bouwen dan een kilometers lange baan met daarin een voortstuwingsmechanisme gemaakt van dure materialen.
De derde grote verandering is dat Helios II een warmteopslagsysteem aan boord heeft, een zogeheten hittebatterij. Die bestaat uit een soort was die de warmte van de motor opneemt en opslaat, zodat de pod niet oververhit raakt.
Oververhitting is voor het huidige testsysteem nog geen risico. Daarbij reist de pod niet door een vacuümbuis maar door de buitenlucht, waaraan de warmte afgegeven kan worden. Terpstra: ‘Maar uiteindelijk moet de pod door een vacuümbuis reizen, waar hij de warmte niet kwijt kan.’
Met de Helios II wil Delft Hyperloop meedoen met de European Hyperloop Week die dit jaar plaatsvindt in Edinburgh, Schotland. Vorig jaar heeft het team tijdens dit evenement de hoofdprijs binnengesleept. Terpstra: ‘Omdat we nu met flinke verbeteringen komen, denk ik dat we kans maken om weer te winnen.’
Wie erover fantaseert om in een hyperloop te stappen om te lunchen in Parijs, moet nog even geduld hebben. Er zijn nog flink wat technische uitdagingen. Naast de pod en de baan zullen bijvoorbeeld ook de hittebatterij en de gewone batterij verbeterd en opgeschaald moeten worden voordat de hyperloop serieuze afstanden kan afleggen.
Het Europese doel is om rond 2030 een eerste kleine hyperloopbaan te hebben liggen, enkel voor vrachtvervoer. Pas rond 2040 worden de eerste passagiersritten verwacht. En een compleet hyperloopnetwerk staat op de planning voor 2050. Mits alles op rolletjes magneetjes loopt.
Nadat Delftse onderzoekers twee jaar geleden hun Nature-publicatie over een veelbelovende bouwsteen voor toekomstige quantumcomputers moesten terugtrekken, komen ze nu met een nieuwe aanpak. Door een stap terug te doen, lijken de felbegeerde stabiele majoranadeeltjes alsnog in zicht.
Delftse onderzoekers zijn onder leiding van Leo Kouwenhoven al ruim tien jaar op zoek naar majoranadeeltjes. In 2012 vonden ze de eerste hoopvolle tekenen. Majoranadeeltjes zijn geen elementaire deeltjes, zoals elektronen, maar zogeheten quasideeltjes, waarbij deeltjes in een materiaal zich gezamenlijk gedragen alsof ze een deeltje zijn.
Het materiaal waarin je deze majorana-quasideeltjes opwekt, zou ze kunnen beschermen tegen verstoring van buitenaf. Die stabiliteit maakt majorana’s op papier zeer geschikt als bouwsteen voor een toekomstige quantumcomputer, die bepaalde taken veel sneller uit kan voeren dan mogelijk is met huidige computers.
In 2018 verscheen er een Nature-publicatie waarin de Delftse onderzoekers lieten ziet dat het gelukt was om majoranadeeltjes te vinden aan de uiteinden van ultradunne supergeleidende nanodraadjes. Maar na kritiek op de metingen moesten ze dit artikel in 2020 terugtrekken.
De onderzoeksgroep heeft sindsdien niet stilgezeten. Ze werken aan een nieuwe aanpak waarmee het nu gelukt lijkt om eenvoudigere, ‘sobere majorana’s’ te maken. Dat is een eerste stap naar meer stabiele majoranadeeltjes.
‘De afgelopen jaren werd het duidelijk dat je met nauwkeurige metingen verschijnselen ziet ontstaan in je materiaal die in eerste instantie erg op majorana’s lijken, maar die toch niet alle benodigde eigenschappen hebben’, zegt Guanzhong Wang, promovendus bij QuTech, het onderzoeksinstituut voor quantumtechnologie van de TU Delft en TNO.
Dat riep de vraag op waarom de nanodraadjes zich niet gedroegen zoals gehoopt. De Delftse onderzoekers denken dat de materialen niet zuiver genoeg zijn, waardoor er verstoringen ontstaan. In theorie zouden majorana’s bestand moeten zijn tegen zulke verstoringen, maar daar zit wel een grens aan. Het lijkt erop dat er te veel verstoringen waren.
Daarom hebben de onderzoekers nu een stap teruggedaan. Ze hebben een korter, simpeler nanodraadje gemaakt, waarin ze de omstandigheden beter kunnen controleren. Majoranadeeltjes verschijnen altijd in tweetallen, een aan elk uiteinde van zo’n nanodraadje. Je kunt een majoranapaar zien als twee halve elektronen.
Het kortere nanodraadje doet een beetje denken aan een kralenketting, omdat het bestaat uit twee zogeheten quantumdots, kleine eilandjes van halfgeleider in een niet-geleidende omgevng, met daartussen een stukje nanodraad bedekt met een supergeleidend materiaal. Elektronen kunnen op specifieke manieren heen en weer bewegen tussen de quantumdots en het supergeleidende stukje nanodraad. ‘Door het gedrag van elektronen in het supergeleidende deel heel nauwkeurig te controleren, kunnen we ervoor zorgen dat er majorana’s aan de uiteinden ontstaan’, vertelt Tom Dvir, postdoctoraal onderzoeker bij QuTech.
De onderzoekers hebben nu aangetoond dat ze in het versimpelde systeem met twee quantumdots voldoende controle hebben om eenvoudige, ‘sobere majorana’s’ te laten ontstaan.
‘De volgende stap is om de majoranadeeltjes niet alleen te meten, maar ook te manipuleren zodat we ze kunnen gebruiken als qubit’, zegt Dvir. ‘Tegelijkertijd zullen we gaan kijken of we de ketting langer kunnen maken, zodat de majorana’s verder uit elkaar zitten, wat ze stabieler en robuuster moet maken.’
‘Ik vind het een prachtig experiment’, zegt theoretisch natuurkundige Carlo Beenakker van de Universiteit Leiden, die niet betrokken was bij het onderzoek. ‘Ze hebben een stap terug gezet om eerst iets te bouwen wat ze goed snappen, om vervolgens voorzichtig, stap voor stap, toe te werken naar het einddoel: stabiele majorana’s.’
Beenakker vergelijkt de twee majorana’s aan de uiteinden met een stukje kauwgom dat je uit elkaar trekt. Als je het zover uit elkaar trekt dat het in twee stukken breekt, heb je twee majoranadeeltjes. Als je ze weer samenvoegt dan heb je weer je oude elektron terug.
‘Wat ze nu gedaan hebben in het experiment is de kauwgom een beetje uit elkaar trekken.’, zegt Beenakker. ‘Maar de delen zijn niet losgemaakt van elkaar. Ze kunnen dus zo weer terugschieten tot een elektron.’
Beenakker ziet het daarom als een eerste stap naar een ‘echt majoranadeeltje’. ‘Misschien, als je een langere ketting maakt en harder gaat trekken, krijg je twee onafhankelijke deeltjes, maar zover zijn we nu nog niet.’
Een goed ingeschonken biertje heeft een mooie schuimkraag. Maar hoe zorg je daarvoor als je het bier niet van bovenaf in het glas schenkt, maar vanaf de onderkant: bottom-up?
‘Door een schuimkraag vervliegen het verfrissende, sprankelende koolzuur en de smaak minder snel uit je bier. Daarnaast is het de allereerste zintuiglijke indruk van het bier, nog voor de consumptie’, mailt Wenjing Lyu, van het Zuid-Koreaanse onderzoeksinstituut LSTME Busan. Schuimkragen zijn dan ook big business.
Het ontstaan van de schuimkraag is een complex proces. Daarom klopte de Duitse biertap-startup Einstein 1 aan bij de onderzoeksgroep van Lyu. Samen ontwikkelden ze een model dat de vorming van het schuim voorspelt voor hun bijzondere tapmethode.
De startup ontwikkelt een tapsysteem dat een bierglas van onderaf vult. Het idee ontstond tijdens de Covid-19-pandemie toen hygiëne ineens volop in de aandacht stond. Het bottom-up tapsysteem werkt met een speciaal ontworpen glas dat je op de tap drukt. De spuitkop duwt dan een beweegbare magneet op de bodem van het glas omhoog zodat het bier naar binnen kan stromen. Als het glas gevuld is, zakt de magneet terug, en is je biertje klaar om te drinken.
Iedereen kan zo, tijdens een festival of in zijn eigen keuken, bier tappen. Niemand anders hoeft het glas aan te raken. ‘Daarnaast is het doel van de tap om het glas zo snel mogelijk te kunnen vullen met een hoge reproduceerbaarheid van de schuimvorming’, vertelt Lyu. Hierdoor zou bijvoorbeeld ook het afschuimen niet meer nodig zijn, waardoor er minder bier verspild wordt.
De onderzoekers voerden experimenten uit met dit tapsysteem om een computermodel te maken dat de schuimvorming en het gedrag van het schuim beschrijft, bijvoorbeeld hoe stevig het is, en hoe snel het verdwijnt.
Bierschuim ontstaat door gasbelletjes, voornamelijk CO2, die omhoog borrelen. Die gasbelletjes laten aan het oppervlak een schuimlaag ontstaan doordat ze onderweg eiwitten, gerst en hopresten meenemen. Met name de eiwitten vormen een stevig laagje om de koolzuurbelletjes. De precieze ingrediënten van het bier bepalen hoe stevig de schuimkraag is.
Bij de taptechniek van Einstein 1 bleek tijdens de experimenten dat de schuimlaag in de eerste 1,5 tot twee seconden ontstaat. Daarna komt er alleen nog vloeibaar bier bij. Dat heeft ermee te maken dat het bier dan niet meer vrij tegen het glas aan kan spatten, omdat er al een laag schuim op ligt. Dat is vergelijkbaar met wanneer je bier onder een hoek in je glas schenkt. Daarbij spat het bier in eerste instantie ook meer rond, waardoor het schuim ontstaat.
Hoeveel schuim er ontstaat hangt af van de druk en temperatuur. Hogere drukken en temperaturen resulteren in meer schuim. Bij meer druk vanuit de tap spat het bier meer rond, en bij hogere temperaturen borrelt het koolzuur sneller omhoog.
Met de taptechniek van Einstein 1 blijkt de schuimvorming dus te beheersen door de druk aan te passen. Daarnaast kijken de onderzoekers nu ook naar de vorm van de spuitmond. Die bepaalt namelijk of het bier turbulent, ofwel wild kolkend, het glas in stroomt, waardoor er meer schuim ontstaat, of dat de stroming gelijkmatiger is, waardoor het bier minder schuimt.
Lyu: ‘Dat betekent bijvoorbeeld dat je ook met bier dat weinig koolzuur bevat, voldoende schuim kan creëren, enkel door de vorm van het mondstuk te veranderen.’ Welke vormen het mondstuk daarvoor precies moet hebben, wordt nog onderzocht.
Met een testopstelling in de Alpen hebben onderzoekers aangetoond dat een krachtige laserbundel bliksem kan afleiden. Maar voorlopig zal deze indrukwekkende techniek ons nog niet beschermen tegen blikseminslagen.
In de zomer van 2021 vond er een bijzonder experiment plaats op 2,5 kilometer hoogte, op de berg Säntis in de Zwitserse Alpen. Naast een 124 meter hoge telecommunicatietoren, die ongeveer honderd keer per jaar geraakt wordt door de bliksem, plaatsten onderzoekers een krachtige laser, die duizend lichtpulsen per seconde kan produceren. Het doel: te onderzoeken of de laser, van het formaat van een flinke auto, kan dienen als een bliksemafleider.
Het experiment was een succes. In de tien weken durende meetperiode onweerde het in totaal ruim zes uur boven de toren. In die zes uur wist de laser vier keer het pad van bliksem om te leiden. Op een van de eerste camerabeelden was te zien hoe een bliksemontlading het pad van de laser 50 meter lang volgt. ‘Zodra ik die foto zag, wist ik dat het gelukt was’, vertelt Jean-Pierre Wolf, een Zwitserse natuurkundige die al twintig jaar aan dit onderzoek werkt.
Bliksemafleiders zijn weinig veranderd sinds Benjamin Franklin de techniek uitvond in de achttiende eeuw. Deze metalen staven bieden de bliksem een gemakkelijk pad naar de aarde, zonder dat naburige gebouwen beschadigd raken.
Deze methode werkt goed, maar de lengte van de bliksemafleider is beperkt en de grootte van het gebied dat hij kan beschermen daardoor ook. Een laser-bliksemafleider zou een groter gebied kunnen behoeden voor blikseminslagen, zoals een energiecentrale of een vliegveld.
Het idee om bliksem af te leiden met een laser bestaat al decennia. Sinds het begin van de eeuw worden er experimenten mee gedaan. ‘Pas in 2000 hadden we lasers die hier krachtig genoeg voor zijn’, zegt Wolf.
De techniek werkt doordat de laserstraal een pad in de lucht creëert met een lage elektrische weerstand. Dit geleidende pad ontstaat doordat de laser elektronen losslaat uit de zuurstof- en stikstofmoleculen in de lucht. Het pad met positief geladen moleculen en negatief geladen vrije elektronen, vormt een plasmakanaal. Net als bij de metalen bliksemafleider, kan de stroom van de bliksem hier gemakkelijk doorheen lopen.
Tot de zomer van 2021 had de techniek zich enkel bewezen bij kunstmatig opgewekte bliksem in een laboratorium en niet in een echte onweersbui. Wolf: ‘De laserpulsfrequentie kregen we destijds niet hoger dan tien keer per seconden.’ Dat bleek niet hoog genoeg voor echt onweer.
In de afgelopen jaren bouwden onderzoekers daarom een laser met een frequentie van duizend lichtpulsen per seconde. Dat bleek de verbetering die nodig was voor een succesvolle test.
Deze bliksemafleidende lasers zouden in de toekomst ook gebruikt kunnen worden om bliksem aan een onweerswolk te ontlokken. Op die manier kan de bliksem inslaan op een veilige plek, ver van gebouwen en vliegvelden. Daarvoor is nog wel meer werk nodig. In de zomer van 2021 bleek de laser namelijk niet in staat om bliksem te ontlokken aan onweerswolken. Het apparaat beïnvloedde enkel de bliksem die vanzelf ontstond.
Daarnaast bestaat de laser nu nog uit een complexe, grote en gevoelige installatie. Om die geschikt te maken voor praktisch gebruik, zal het ontwerp kleiner, goedkoop en eenvoudiger moeten worden.
De kunstmatig intelligente chatbots Bard van Google en Ernie Bot van Baidu worden gecombineerd met de zoekmachines van beide bedrijven. Daarmee gaan de techgiganten de strijd aan met Microsoft, dat ChatGPT van OpenAI in zijn zoekmachine integreert.
Het Amerikaanse techbedrijf Google en zijn Chinese tegenhanger Baidu hebben allebei onthuld dat ze een concurrent van OpenAI’s ChatGPT aan hun zoekmachines gaan toevoegen. Kort daarvoor werd bekend dat Microsoft van plan is ChatGPT te integreren in zijn zoekmachine Bing. Daarmee zijn ‘s werelds grootste techbedrijven nu verwikkeld in een publieke wapenwedloop.
‘Google staat altijd bekend als de dominante zoekmachine, alleen al vanwege het bereik en de snelheid. Dit zou een manier kunnen zijn om Bing eindelijk een marktvoordeel te geven’, zegt AI-onderzoeker Mark Lee van de Universiteit van Birmingham in het Verenigd Koninkrijk.
Google test zijn AI, genaamd Bard, nu met een selecte groep gebruikers. Sundar Pichai, de CEO van Google, zei in een blogpost dat zijn antwoorden binnenkort in de zoekresultaten van Google zullen verschijnen. De chatbot zal ‘complexe informatie en meerdere perspectieven omzetten in gemakkelijk te verteren stukken’.
Bard is gebaseerd op LaMDA, een taal-AI waarover een medewerker van Google vorig jaar beweerde dat hij bewustzijn had ontwikkeld. Dat was een claim die onder wetenschappers op veel scepsis stuitte.
Baidu, ook wel bekend als de ‘Chinese Google’, heeft een soortgelijk project aangekondigd. Zijn chatbot Ernie Bot wordt naar verluidt nu intern getest. Volgende maand zou hij klaar moeten zijn. Reuters meldt dat Baidu de AI eerst wil lanceren als een losstaande chatbot, om die daarna geleidelijk te integreren in zijn zoekmachine.
Grote taalmodellen zoals ChatGPT kunnen gedichten, scripts en essays schrijven en op basis van geschreven aanwijzingen een breed scala aan taken uitvoeren. Ze kunnen ook beknopte, directe en op maat gemaakte antwoorden op zoekopdrachten schrijven. Daarmee zouden ze zoekmachines kunnen vervangen, die gebruikers nu nog verwijzen naar websites die mogelijk antwoorden op hun vraag bevatten.
Een probleem met de huidige AI-modellen is echter dat ze vaak informatie geven die weliswaar accuraat klinkt, maar niet juist is. ‘ChatGPT is heel goed in het verzinnen van dingen en het verzinnen van referenties’, zegt Lee.
Onlangs maakte Bard in een Twitter-advertentie een fout over de James Webb-ruimtetelescoop (JWST). De advertentie laat zien hoe Bard reageert op de vraag ‘welke nieuwe ontdekkingen van de JWST kan ik mijn negenjarige kind vertellen?’ Als derde suggestie zegt Bard: ‘JWST maakte de allereerste foto’s van een planeet buiten ons eigen zonnestelsel.’
Onder andere astrofysicus Grant Tremblay van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics wees erop dat dit niet waar is. ‘Ik weet zeker dat Bard indrukwekkend zal zijn, maar voor de goede orde: JWST maakte niet ‘de allereerste afbeelding van een planeet buiten ons zonnestelsel’. De eerste afbeelding werd gemaakt door Chauvin et al. in 2004’, schreef hij op Twitter.
‘Ironisch genoeg krijg je wel het juiste antwoord als je op de originele Google zoekt op ‘wat is de eerste afbeelding van een exoplaneet’. Het is grappig dat Google, bij het uitrollen van deze enorme miljardeninvestering, zijn eigen website niet heeft gefactcheckt’, zegt Tremblay.
Filosoof Carissa Véliz van de Universiteit van Oxford zegt dat de fout, en de manier waarop deze door het systeem is geglipt, laat zien hoe gevaarlijk het is om te vertrouwen op AI-modellen. ‘Het toont perfect de belangrijkste zwakte van statistische systemen. Deze systemen zijn ontworpen om plausibele antwoorden te geven, afhankelijk van statistische analyse. Ze zijn niet ontworpen om waarheidsgetrouwe antwoorden te geven’, zegt ze.
‘We zijn zeker niet klaar voor wat komen gaat. Bedrijven hebben er financieel belang bij om als eerste bepaalde systemen te ontwikkelen of te implementeren, en ze haasten zich er gewoon doorheen’, zegt Véliz. ‘We geven de samenleving niet de tijd om erover te praten en na te denken. Ze denken er zelf niet eens goed over na, zoals duidelijk blijkt uit deze advertentie.’
In reactie hierop zegt een woordvoerder van Google: ‘Dit benadrukt het belang van een rigoureus testproces. Dat is iets waar we nu mee beginnen met ons Trusted Tester-programma. We zullen externe feedback combineren met onze eigen interne tests om ervoor te zorgen dat de reacties van Bard voldoen aan een hoge norm voor kwaliteit, veiligheid en gegrondheid.’
Een millimetergrote robot gemaakt van vloeibaar metaal en microscopische magnetische korrels kan zich op commando uitrekken, bewegen of smelten. Zo’n smeltrobot kan worden gebruikt om elektronica te repareren, of om iets uit het lichaam te verwijderen.
Een kleine, van vorm veranderende robot kan zichzelf vloeibaar maken en een andere vorm aannemen. Dat beschrijven robotonderzoekers in het wetenschappelijk tijdschrift Matter.
Het smelttrucje stelt de robot in staat taken uit te voeren op moeilijk toegankelijke plaatsen. Hij kan bijvoorbeeld worden gebruikt als een soldeermachine, of als instrument om ingeslikte voorwerpen te verwijderen. Ook kan hij uit kooien ontsnappen.
Er bestaan al robots die zacht en buigzaam genoeg zijn om te werken in nauwe, kwetsbare ruimtes, zoals bijvoorbeeld holtes in het menselijk lichaam. Maar die kunnen niet steviger worden, wat zinvol zou zijn als ze onder druk komen te staan of als ze iets zwaars moeten dragen.
Robotonderzoeker Carmel Majidi van de Carnegie Mellon-universiteit in Pennsylvania en zijn collega’s hebben een robot gebouwd die niet alleen van vorm kan veranderen, maar die ook sterker of minder sterk kan worden door op commando vloeibaar en vast te worden. Zij maakten hun millimetergrote robot van een mengsel van het vloeibare metaal gallium en microscopische stukjes van een magnetisch materiaal van neodymium, ijzer en boor. In vaste vorm is het materiaal sterk genoeg om een voorwerp van dertig keer de eigen massa te dragen.
Om het materiaal zachter te maken, uit te rekken, te bewegen of tot een kruipende plas om te smelten, hielden de onderzoekers het in de buurt van magneten. De op maat gemaakt magneetvelden oefenden dan krachten uit op de magnetische stukjes in de robot, waardoor ze het metaal naar wens vervormden.
Zo kon het team de robot uitrekken met hulp van een magneetveld dat de korrels in verschillende richtingen trok. De onderzoekers gebruikten een sterker veld om de deeltjes omhoog te trekken, waardoor de robot sprong. En toen Majidi en collega’s een wisselend magnetisch veld aanlegden, vormden elektronen in het vloeibare metaal elektrische stromen. Daardoor smolt de robot. ‘Geen enkel ander materiaal dat ik ken, is zo goed in het veranderen van stijfheid’, zegt Majidi.
Door gebruik te maken van deze flexibiliteit liet het team twee robots een kleine gloeilamp dragen en op een printplaat solderen. Als ze hun bestemming bereikt hadden, smolten de robots om het lampje aan de printplaat te hechten. De elektriciteit kon dan door het vloeibare metaal lopen, waardoor de gloeilamp ging branden.
In een experiment met een kunstmatige maag pasten de onderzoekers een andere reeks magnetische velden toe om de robot naar een voorwerp te sturen. Eenmaal daar smolt de robot zich over het voorwerp heen, om het het vervolgens naar buiten te slepen.
Daarna gaven de onderzoekers hun robot de vorm van een Legofiguurtje. Ze lieten het poppetje uit een kooi ontsnappen door het vloeibaar te maken en het tussen de tralies door te laten stromen. Daarna druppelden ze de gesmolten robot in een mal, zodat hij weer stolde in zijn oorspronkelijke poppetjesvorm.
De gesmolten robots kunnen worden gebruikt in situaties waarin menselijke of traditionele robothanden onpraktisch zijn, zegt robotonderzoeker Li Zhang van de Chinese Universiteit van Hong Kong. Een vloeibare robot zou bijvoorbeeld een verloren schroef in een ruimtevaartuig kunnen vervangen, door op de juiste plaats te vloeien en te stollen, zegt hij.
Het is nog wel te vroeg om ze in levende magen te kunnen gebruiken. Voordat dat kan, moeten onderzoekers eerst methoden ontwikkelen om de positie van de robot nauwkeurig te volgen, zodat de veiligheid van de patiënt gewaarborgd is, aldus Zhang.
Een nieuwe tool, GPTZero, kan vaststellen of een tekst is geproduceerd door kunstmatige intelligentie (AI). Daarmee kunnen leerlingen betrapt worden die AI-chatbots zoals ChatGPT hun huiswerk laten doen.
Een webtool die GPTZero heet, kan nauwkeurig vaststellen of een opstel is gemaakt door de kunstmatige intelligente chatbot ChatGPT. Dit kan helpen om leerlingen en studenten die AI gebruiken om te frauderen tegen de lamp te laten lopen. De tool werkt echter alleen als het bedrijf achter de populaire chatbot zijn onderliggende AI-modellen openbaar houdt.
Het bedrijf achter ChatGPT, OpenAI, werkt aan watermerken voor hun AI-teksten. Maar voordat het zover is, kunnen gebruikers de chatbot volop inzetten voor snode doeleinden. ChatGPT werd in december 2022 publiekelijk beschikbaar gemaakt, en is sindsdien door miljoenen mensen gebruikt. Er zijn talloze meldingen van leerlingen en studenten die de chatbot hun huiswerk laten maken.
Computerwetenschapper Edward Tian van de universiteit Princeton in de VS heeft daarom nu een tool ontwikkeld, GPTZero, die toetst of een lap tekst afkomstig is van ChatGPT. De tool gebruikt de architectuur van ChatGPT, die openbaar is. ‘Onze methoden gebruiken het AI-model zelf om te beoordelen of de output een geval van plagiaat is’, zegt Tian.
Wanneer iemand een tekst in GPTZero plakt, gebruikt de tool een oudere versie van het AI-model achter ChatGPT. Zo bepaalt hij hoe waarschijnlijk het is dat de tekst door de AI is geproduceerd. Ook kijkt GPTZero hoe deze waarschijnlijkheid varieert in de verschillende delen van de tekst. Menselijke teksten kunnen afwisselend wel en niet op een AI-tekst lijken, maar in AI-teksten is die waarschijnlijkheid constanter, aldus Tian.
De onderzoekers testten de tool op artikelen die ChatGPT schreef op basis van nieuwskoppen van BBC News. GPTZero beoordeelde de teksten in ongeveer 98 procent van de gevallen juist. In minder dan 1 procent van de gevallen bestempelde hij het artikel als AI-tekst terwijl het in werkelijkheid van een menselijke maker was.
Detectietools zoals GPTZero werken vaak maar tijdelijk, namelijk totdat de AI-modellen leren hoe ze deze tools kunnen omzeilen. Maar Tian denkt dat hun systeem langdurig zal werken, omdat het gebruik maakt van de structuren van de AI. ‘Zolang OpenAI zijn modellen openbaar houdt, zal de detectietool een stap voorliggen’, zegt Tian.
Een woordvoerder van OpenAI onderstreept dat ze zich inzetten voor transparantie rond het gebruik van AI voor het schrijven van teksten. ‘Wij vragen gebruikers open kaart te spelen met hun publiek wanneer ze onze creatieve tools zoals DALL-E en ChatGPT gebruiken. We willen niet dat ChatGPT wordt gebruikt voor misleidende doeleinden op scholen of waar dan ook. We zijn dan ook manieren aan het ontwikkelen om iedereen te helpen teksten te identificeren die door dat systeem zijn geschreven.’
Hulpmiddelen als GPTZero zijn niet nieuw, zegt informaticus Yulan He van King’s College London. Een soortgelijke tool van onderzoekers van MIT, IBM en Harvard werd in 2019 uitgebracht. Die kijkt naar individuele woorden die erop wijzen dat de tekst door kunstmatige intelligentie is gegenereerd. Het succes van ChatGPT heeft dit soort tools nu wel een stuk relevanter gemaakt.
Veel vliegtuigen hebben automatische piloten, maar die kunnen alleen in bepaalde omstandigheden worden gebruikt. Nu test Airbus een automatische piloot die de dichtstbijzijnde veilige luchthaven kan kiezen, een vliegtuig kan laten landen en zelfs naar de terminal kan taxiën.
Airbus test een automatische piloot die in geval van nood zelfstandig een vliegtuig kan laten landen en naar de terminal kan taxiën. Als vliegtuigen hiertoe in staat zijn, vliegen we dan binnenkort allemaal zonder menselijke piloot aan boord?
De eerste automatische piloot ontstond in 1912, maar was uiterst beperkt. Een gyroscoop en een hoogtemeter die mechanisch met de besturing waren verbonden, konden het vliegtuig op een bepaalde koers en hoogte houden. Ondanks deze beperkingen ontlastte het systeem piloten. Ze konden bijvoorbeeld langer naar beneden kijken om hun kaarten of instrumenten te lezen, zonder zich zorgen te maken van de koers af te raken.
Naarmate de tijd verstreek werden automatische piloten steeds beter. In 1947 vloog een aangepast C-54 transportvliegtuig een reeks automatische testvluchten tussen bestemmingen die duizenden kilometers van elkaar verwijderd waren. Hij landde zelfs op de landingsbaan, hoewel de menselijke piloot wel rapporteerde dat het tot een paar ’harde landingen’ leidde.
Tegenwoordig hebben we zelfs ruimtevliegtuigen zonder bemanning. Deze worden met raketten gelanceerd, kunnen enkele jaren autonoom in een baan om de aarde vliegen en zelf landen. Ook zijn er militaire, commerciële en zelfs speelgoeddrones die zonder menselijke bestuurder kunnen vliegen. Maar de voorschriften voor het vervoer van honderden passagiers zijn uiteraard strenger.
Het nieuwste systeem van Airbus, DragonFly, is misschien wel de meest geavanceerde automatische piloot tot nu toe. Het bedrijf zegt dat het eerder een veiligheidsvoorziening voor noodgevallen is dan een alledaags hulpmiddel. Als de piloten niet in staat zijn om te vliegen, kan DragonFly uitzoeken wat de beste luchthaven is, het vliegtuig laten landen en zelfs naar de terminal taxiën zodat de passagiers kunnen uitstappen.
Hoewel de meeste moderne vliegtuigen al in staat zijn zelf te landen in geval van nood, vertrouwen zij op het instrumentlandingssysteem (ILS) op de grond. Dat zendt een kegel van radiosignalen uit om een vliegtuig naar de startbaan te leiden. Omdat DragonFly is ontworpen om snel te landen op het dichtstbijzijnde vliegveld, dat mogelijk geen ILS heeft, heeft het videocamera’s die de boordcomputer kan gebruiken om het vliegtuig succesvol te laten landen. Met diezelfde camera’s kan het ook autonoom taxiën. Sommige vliegtuigen kunnen ook op de automatische piloot opstijgen, maar dat wordt niet gebruikt.
DragonFly zal eerder een laatste redmiddel zijn dan iets voor dagelijks gebruik, zegt een woordvoerder van Airbus. ‘Het is zeker niet de eerste stap naar een vliegtuig zonder menselijke piloten. We proberen ze niet te vervangen, het gaat alleen om het verbeteren van de veiligheid.’
Luchtvaartexpert Antonios Tsourdos van de Cranfield-universiteit in het Verenigd Koninkrijk zegt dat moderne vliegtuigen voor 95 procent van de vluchtduur onder computercontrole staan. Toch onderstreept hij dat menselijke piloten nog steeds van vitaal belang zijn. ‘Het probleem is natuurlijk dat die 5 procent of minder misschien geen groot aandeel is, maar meestal wel het moeilijke deel’, zegt hij.
Tsourdos zegt dat het hoogst onwaarschijnlijk is dat we binnenkort commerciële vluchten zonder piloten zullen hebben. ‘De rol van de piloten kan in de loop der jaren veranderen, zodat ze toezichthouders worden. Ik denk dat het vanuit het oogpunt van veiligheid onwaarschijnlijk is dat ze zullen verdwijnen’, zegt hij.
Login