Kuidas teadlased meie elu heledamaks, pikemaks ja mugavamaks muudavad: 10 kasulikku 21. sajandi teaduslikku avastust ja leiutist
Varia / / September 09, 2021
Arenenud tehnoloogiad, millest kirjutatakse mainekates teadusajakirjades, leiavad rakendust igapäevaelus - kohe või aastakümnete pärast. Jutt käib teaduse saavutustest 21. sajandil, mis veel hiljuti tundus ulme.
1. 3D printimise tehnoloogiad
Ilmusid esimesed 3D -printeridInfograafik: 3D -printimise ajalugu juba 1980. aastatel, kuid alles 21. sajandil hakati neid igal pool kasutama. Seadmed on odavnenud ja nüüd kasutatakse nende tarbekaupadena mitte ainult plasti, vaid ka metalle, betooni, toitu ja isegi elavaid rakke.
Suurim 3D -trükitud hoone on Dubai omavalitsus (AÜE), mille pindala on 641 ruutmeetrit. m Loodi kahekorruseline futuristlik hoone kõrgusega 9,5 m Dubai omavalitsusest saab maailma suurim 3D-prinditud hoone valmistatud krohvipõhisest materjalist. Ja Amsterdamis püstitasid nad 3D -printerite abil Joris Laarmani 3D-trükitud roostevabast terasest sild avatakse lõpuks Amsterdamis 12-meetrine roostevabast terasest jalgtee.
Iisraeli teadlased kasutasid Teadlased prindivad 3D -ga inimese koe ja veresoontega südame
3D -printer kunstliku südame printimiseks. Katseorgan, kirsisuurune, koosnes hüdrogeelist, mis põhines elavatel rakkudel, millest moodustusid kambrid ja veresooned. Ja lõi Prantsuse firma Poietis Prantsuse idufirma töötab välja ainulaadse tehnoloogia eluskudede 4D laserbioprintimiseks neljamõõtmelise struktuuriga kunstnahk, mis aitab patsiente pärast põletusi ja tõsiseid vigastusi ning on välja töötanud tehnoloogiad teiste inimkeha kudede printimiseks.Igapäevaelus on koht ka 3D -printimiseks. Näiteks võite tellida tavalise 3D -printeri plastikujukeste ja -osade loomiseks või osta seade toidu printimiseks - pitsast magustoiduni ja gurmeekujunduseni. Globaalses perspektiivis peaks toidu 3D -printimine vähenema Toidu 3D printimine vähendab toidujäätmeid toidujäätmete kogust planeedil ja teha 3D trükitud toidu juhend - revolutsioon köögis? isegi dieettoidud on üsna isuäratavad.
2. Liitreaalsus
Seda segatakse sageli virtuaalreaalsusega, kuid need on täiesti erinevad tehnoloogiad. Virtuaalne reaalsus on täiesti digitaalne maailm, mida näete läbi spetsiaalsete prillide või kummagi silmaga ekraanidega kiivri. Liitreaalsuse tehnoloogia abil lisatakse digitaalseid objekte harjumuspärase reaalse maailma pildile.
Liitreaalsuse juured peituvad 20. sajandil, kuid alles mõni aasta tagasi arvutusvõimsus võimaldas tehnoloogiat juurutada peaaegu kõikjal - alates koolidest ja lasteaedadest kuni autode konveierliinideni tehased. Ja selleks pole vaja keerukaid kalleid seadmeid - piisab tavalisest nutitelefonist.
See toimib üsna lihtsalt. Nutitelefoni või muu vidina kaamera pildistab kõike ümbritsevat ning güroskoop või kiirendusmõõtur jälgib seadme asukoha muutumist ruumis. Seejärel pannakse kaamerale pildile vajalikud objektid - vihjed, pealdised või naljakad virtuaalsed tegelased. Nad liiguvad koos pildiga kaamerast ja kui vaatate ekraani, näete korraga kahte reaalsust - meie objektiivset ja digitaalset.
Liitreaalsus muudab õppimise lihtsamaks Liitreaalsus keeleõppes ja -õppes? uued keeled: näiteks nutitelefon tunneb ära ümbritsevad objektid ja neile alla kirjutab. Tehnoloogia aitab kirurge Liitreaalsus: meditsiini tulevik toimingute tegemiseks ja insenerid kogumiseks Upskill ja Boeing kasutavad katuseakent juhtmekimpude kokkupanekuks keerukaid seadmeid, andes selle käigus vihjeid. Juhid saavad nautida marsruudi kaardi kuvamisel liitreaalsuse navigeerimist Kuidas mõjutab liitreaalsus autotööstust tänapäeval? üle tee, disainerid - näita Liitreaalsuse tõus sisekujunduses ja kinnisvaraarendusestellib korteris enne remonti uue interjööri. Ja restoranis saab külastaja enne roa serveerimist kaaluda Kuidas liitreaalsus (AR) toiduainetööstust ümber kujundab teda igast küljest rahulikult, mis on veel füüsiliselt tühi.
3. Täielikult kunstlik süda
Inimeste organite töötavad prototüübid on eksisteerinud juba pikka aega, kuid enamasti olid need keerulised statsionaarsed süsteemid, millega haiglast lahkuda oleks vaevalt võimalik. 2021. aastal suutsid teadlased ja arstid esmakordselt välja töötada ja implanteerida täiesti tehisliku südame.
Esines Duke'i ülikooli haigla kirurgide meeskond Jacob Schroederi ja Carmelo Milano juhtimisel Duke'i patsiendile implanteeritud uue põlvkonna kunstlik süda - esimene USA -s edukas elundivahetus 39-aastasele Matthew Moore'ile, kes kannatas südamepuudulikkuse all. Implantaadi abil suudab ta juhtida peaaegu tuttavat naist
elu-sugulaste keskel elamine, kaheaastase poja kasvatamine, poes ja tööl käimine, reisimine.
Ainsaks ebamugavuseks on see, et tehissüdant toidab väline aku, mis kestab umbes 4 tundi. Seadme juhtimise kontroller on paigutatud ka väljaspool inimkeha. Seetõttu peab patsient kandma umbes 4 kilogrammi kaaluvat kotti ja regulaarselt ühendama haiglas oleva arvutiga, et seadme olekut jälgida.
4. Korduvkasutatavad raketid
SpaceX on välja töötanud raketid, mida saab taastada ja taaskasutada. See tõhus ja odav alternatiiv ühekordselt kasutatavatele rakettidele võib vähendada kauba orbiidile toimetamise kulusid.
Raketi esimene taaskäivitamine toimus 30. märtsil 2017. SpaceX saadetud Falcon 9: esimene orbitaalklassi rakett, mis on võimeline tagasi lendama kosmosesse Falcon 9 on üheksa vedela Merlini mootoriga mudel, mis töötab RP-1 petrooleumi ja vedela hapnikuga. Hiljem käivitati Falcon Heavy: maailma võimsaim rakett Falcon Heavy koos kolme muudetud Falcon 9 esimese etapiga: ühte kasutati keskseadmena, kahte külgvõimenditena.
Mitte kogu raketti ei saa nimetada korduvkasutatavaks, vaid ainult selle esimest kahest etapist. Sellel on süsteemid tagasipöördumiseks ja vertikaalseks maandumiseks maandumisplatsil või platvormil, mis ujub ookeanis. Samm peab vastu SpaceXi enim lennatud Falcon 9 rakett on tahmunud veteran pärast 10 starti ja maandumist (fotod) kuni kümme starti.
Hiljem käivitati Amazoni tegevjuhi Jeff Bezose asutatud Blue Origin Uus shepard oma uut Shepardi üheastmelist korduvkasutatavat raketti. See töötab vesiniku ja hapnikuga ning on mõeldud suborbitaalseteks lendudeks. New Shepard sobib kosmoseturismi jaoks, kuid erinevalt Falconist ei saa see kunstlikke Maa satelliite orbiidile viia.
5. Suure tihedusega patareid
Uued eraldiseisvad seadmed vajavad palju voolu, et võimalikult kaua ilma pistikupesata töötada. Samal ajal peavad akud olema kompaktsed ja ohutud - näiteks ei tohi need kuumutamisel ega mehaaniliselt kahjustatud plahvatada.
Pennsylvania aku- ja energiasalvestustehnoloogiakeskuse (BEST) meeskond on loodud Suure energiatarbega liitium-ioonaku on elektrisõidukite jaoks ohutum ohutu ja võimas liitiumioonaku, mis võimaldab elektrisõidukil läbida kuni 1,6 miljonit kilomeetrit. Katsete ajal löödi sellesse sõna otseses mõttes naelu, et tekitada lühis. Kuid kahjustatud elemendi temperatuur tõusis ainult 100 kraadi Celsiuse järgi - ja tavalise aku puhul oleks erinevus 1000 kraadi Celsiuse järgi.
Samsungi teadlased tegid ka läbimurde: nad arenesid Samsung tutvustab uut 900 Wh / l tihedusega tahkis -liitium -metallpatareid Tahkis-liitium-metall-aku tihedusega 900 Wh / L. See on 50% kompaktsem kui olemasolevad patareid ja on loodud ilma vedelat elektrolüüdi kasutamata. Aja jooksul aku ei halvene - laetuse kogus, mida see võib koguda, jääb samaks.
6. Biooniline käsi
Bioonilised proteesid 21. sajandil võivad peaaegu täielikult asendada looduslikud jäsemed. Teadlased on pakkunud mitte ainult võimalust neid liigutada justkui oma kätega, vaid isegi andnud tagasi tunnetamisvõime - aistingute impulsid edastatakse otse ajju.
USA Johns Hopkinsi ülikooli teadlased on loonud Modulaarne proteesijäsem MPL (Modular Prosthetic Limb), mis suudab sooritada peaaegu kõiki liigutusi, milleks inimese käsi on võimeline. Sellel on üle 100 anduri, samuti spetsiaalsed mootorid, mis tagavad tavapärase tugevuse ja paindlikkuse.
Protees on varustatud kombatavate anduritega ja võimaldab määrata objektide asukohta, temperatuuri ja tekstuuri. Närviliides tagab intuitiivse ja loomuliku kontrolli kunstliku käe üle - mõtle vaid toimingule, millega seda teha.
7. Grafeen
Esimese teadaoleva tõeliselt kahemõõtmelise (ühe aatomi paksuse kristallvõrega) kristalli olemasolu aastal 2004. aastal kinnitati esmakordselt eksperimentaalselt teadlased Andrei Geim ja Konstantin Novoselov ning 2010. aastal Nobeli füüsikaauhind 2010Nobeli füüsikaauhind.
Põhimõtteliselt on grafeen ühe aatomi paksune grafiidikiht (kristalliseerunud süsinik). Seda ei saanud ebastabiilsuse tõttu pikka aega hankida. Mäng ja Novoselov kasutatud Elektrivälja efekt aatomiliselt õhukestes süsinikkiledes oksüdeeritud räni substraat 2D kile stabiliseerimiseks.
Grafeen on väga vastupidav, kuid samas väga paindlik. See juhib voolu ja selles liiguvad elektronid Füüsikud näitavad, et elektronid võivad grafeenis reisida üle 100 korra kiiremini kui ränis kiiremini kui kõigi tuntud materjalide puhul. Eelkõige on see 100 korda kiirem kui räni, millest valmistatakse kaasaegseid protsessoreid.
Grafeeni abil on võimalik luua ülipeeneid filtreid, puutetundlikke ekraane, andureid, suure efektiivsusega katalüütilisi elemente, nanokanaleid DNA-ga töötamiseks ja ülitäpse elektroonika komponente. Grafeenikiibid parandavad arvutite jõudlust ja kiirendavad andmeedastust, muudavad seadmed võimsamaks ja kompaktsemaks.
8. Mehitamata sõidukid
Tehisintellekti edusammud, suur arvutusvõimsus, kõrge traadita edastuskiirus andmed ja täpsed andurid - kõik see oli aluseks autode loomisele, millega saab hakkama autojuht. Nad skaneerivad liiklusolukorda reaalajas, tunnevad ära jalakäijad ja liiklusmärgid ning saavad keerulises olukorras sekundi murdosa jooksul otsuse teha.
Aastal 2021 sõitis iseseisvalt FSD (Full Self-Driving) süsteemiga Tesla Model 3 iseseisvalt Tesla autopiloodi FSD San Franciscost Los Angelesse ilma sekkumiseta San Franciscost Los Angelesse ja tagasi on umbes 2400 kilomeetrit. Auto tuli ülesandega edukalt toime ka tihedatel linnatänavatel ja tegi kaks peatust, et akut laadida.
Kuid autopiloodi ei arendata ainult isiklike autode jaoks. Näiteks USA -s käivitati 2020. aastal idufirma Waymo Waymo avab Phoenixis laiemale avalikkusele oma täielikult juhita teenuse mehitamata taksoteenus. Autosid pole palju, kuid reisid on kõigile kättesaadavad.
Venemaale ilmuvad mehitamata taksod Yandex rääkis, kuhu ilmuvad Moskvas esimesed mehitamata taksod sel sügisel - seni aga eksperimentaalses režiimis. Ettevõtte valitud testis osalejad saavad Moskvas Yasenevo piirkonnas sõita autoga ilma juhita.
Teine mehitamata sõidukite rakendus on kaubavedu. NVIDIA draiviplatvorm juba aitab Mehitamata veoautod veoautojuhtidele maanteel ja saavad peagi neid tavalistel marsruutidel asendada. Selles suunas töötavad ka Tesla ja teised ettevõtted.
9. Geenide redigeerimine
2012. aastal töötasid USA-st pärit Jennifer Doudna ja prantslane Emmanuelle Charpentier välja CRISPR-Cas9 molekulaarse tööriista, mida nimetatakse geneetilisteks käärideks. Selle teadusliku läbimurde eest aastal 2020 nad said Emmanuelle Charpentier ja Jennifer Doudna võitsid Nobeli keemiaauhinna 2020 Nobeli keemiaauhind.
CRISPR - Cas9 võimaldab teil muuta taimede ja loomade geene. See avab uusi võimalusi aretuseks ja võib takistada haiguste levikut - näiteks kui sääsegeene muudetakse, ei talu nad malaariat ja borrelioosi.
CRISPR - Cas9 on juba aidanud kaasa vähiravile. Käimas on uuringud, mis võivad tulevikus päästa Mis on genoomi redigeerimine ja CRISPR - Cas9? pärilike haiguste ja geneetiliste mutatsioonide tõttu.
Kuid on vale arvata, et CRISPR-Cas9 avab tee GMOdele. Esiteks on geneetiliselt muundatud organismid saanud esimest korda Herbert W. Boyer ja Stanley N. Cohen aastal 1972. CRISPR - Cas9 saab ainult parandada DNA modifitseerimise täpsust ja vabaneda negatiivsetest kõrvalmõjudest.
Muide, ka inimese genoomi kaart on 21. sajandi saavutus. Põhiosa inimgenoomi projektiga seotud tööst on lõpetatud Inimese genoomi projekt aastal 2003.
10. Humanoidrobotid
Robot atlas Atlas: kõige dünaamilisem humanoidrobot Boston Dynamicsilt - Interneti -kallis: ta teab, kuidas teha saltosid, jääda tugevate löökide järel jalgadele, suudab ületada takistusi ja isegi tantsida. Arendajad nimetavad seda uurimisplatvormiks, mille eesmärk on ületada kogu keha liikuvuse piire ja kõige dünaamilisem humanoidrobot.
Tegelikult on Atlasel ja teistel Boston Dynamics'i mudelitel - nagu robotkoer Spot ja robotlaadur Stretch - sügavad praktilised tagajärjed. Nad suudavad asendada inimesi rasketes või ohtlikes tingimustes: otsida ohvreid hoonete rusude alt või sisse tulekahjusid, uurida kaugeid piirkondi, tarnida kaupu ja täita igav igapäevane rutiin operatsioone.
Humanoidrobotite jaoks on ka teisi rakendusi. Näiteks on väljatöötamisel modellikonsultandid, kaaslased ja kelnerid, abilised puuetega inimestele.
Ja isegi Vene robot Fedor külastas Twitteri Fedor37516789 kosmoses 2019. Ta teab, kuidas juhtida autot ja ATV -d, avada uksi, ronida trepist, kõndida läbi labürindi, tulistada ja puuriga töötada.
Teaduslikud avastused võivad meie elu radikaalselt muuta: anda pikaealisuse, aidata kosmoseuuringutes, võtta ette igapäevaseid asju ja isegi mõne päevaga maja ehitada. Lisateavet nende kohta leiate värskendatud versioonist Seltsi "Teadmised" veebisait. Ülevenemaalise haridusmaratoni "Uued teadmised" raames avaldatakse siin 18 miniloengut 21. sajandi teaduslikest läbimurretest.
Uute teadmiste maratoniga ühinesid Juri Bashmet, Konstantin Khabensky, Edward Snowden, Mihhail Mishustin, Jevgeni Kaspersky, Tatjana Golikova, Arkadi Volozh, German Gref, Aleksander Ovetškin ja teised populaarsed kõlarid. Saidil ilmub rohkem kui 150 tundi harivat sisu - need on inspireerivad lood, tulised vaidlused inimkonna kaasaegsete probleemide üle ja põnevad intervjuud kuulsate inimestega.
Hankige uusi teadmisi tasuta