Jak naukowcy sprawiają, że nasze życie staje się jaśniejsze, dłuższe i wygodniejsze: 10 przydatnych odkryć naukowych i wynalazków XXI wieku
Miscellanea / / September 09, 2021
Zaawansowane technologie, o których pisze się w renomowanych czasopismach naukowych, znajdują zastosowanie w życiu codziennym – natychmiast lub po kilkudziesięciu latach. Mówimy o osiągnięciach nauki XXI wieku, które do niedawna wydawały się science fiction.
1. Technologie druku 3D
Pojawiły się pierwsze drukarki 3DInfografika: Historia druku 3D jeszcze w latach 80., ale dopiero w XXI wieku zaczęto ich używać wszędzie. Urządzenia stały się tańsze, a teraz nie tylko plastik, ale także metale, beton, żywność, a nawet żywe komórki są do nich wykorzystywane jako materiały eksploatacyjne.
Największym budynkiem wydrukowanym w 3D jest Dubai Municipality (ZEA) o powierzchni 641 m2. m. Powstał dwukondygnacyjny futurystyczny budynek o wysokości 9,5 m Gmina Dubaju zostanie największym na świecie budynkiem drukowanym 3D wykonane z materiału na bazie gipsu. A w Amsterdamie, przy pomocy drukarek 3D, postawili Drukowany w 3D most ze stali nierdzewnej Jorisa Laarmana wreszcie otwiera się w Amsterdamie 12-metrowa kładka ze stali nierdzewnej.
Wykorzystali izraelscy naukowcy Naukowcy drukują w 3D serce z ludzką tkanką i naczyniami krwionośnymi Drukarka 3D do drukowania sztucznego serca. Eksperymentalny narząd wielkości wiśni składał się z hydrożelu na bazie żywych komórek, które tworzyły komory i naczynia krwionośne. I powstała francuska firma Poietis Francuski start-up opracowuje unikalną technologię biodruku laserowego 4D żywej tkanki sztuczna skóra o czterowymiarowej strukturze, która pomoże pacjentom po oparzeniach i poważnych urazach oraz opracowała technologie drukowania innych tkanek ludzkiego ciała.
W życiu codziennym jest też miejsce na druk 3D. Na przykład możesz zamówić konwencjonalną drukarkę 3D do tworzenia plastikowych figurek i części lub śmiało kupić urządzenie do drukowania żywności, od pizzy po desery po wykwintne dekoracje. Z perspektywy globalnej druk 3D żywności powinien się zmniejszyć Drukowanie 3D żywności ogranicza marnowanie żywności ilość marnowanej żywności na planecie i produkcji Przewodnik po 3D Printed Food - rewolucja w kuchni? nawet posiłki dietetyczne są dość apetyczne.
2. Rozszerzona Rzeczywistość
Często jest mylony z wirtualną rzeczywistością, ale to zupełnie inne technologie. Rzeczywistość wirtualna to całkowicie cyfrowy świat, który można oglądać przez specjalne okulary lub kask z ekranami na każde oko. Za pomocą technologii rozszerzonej rzeczywistości obiekty cyfrowe są dodawane do obrazu świata rzeczywistego, do którego jesteśmy przyzwyczajeni.
Korzenie rzeczywistości rozszerzonej sięgają XX wieku, ale jeszcze kilka lat temu moc obliczeniowa pozwoliła na wprowadzenie technologii niemal wszędzie - od szkół i przedszkoli po linie montażowe w samochodach fabryki. A do tego nie potrzebujesz skomplikowanych drogich urządzeń - wystarczy zwykły smartfon.
Działa po prostu. Kamera smartfona lub innego gadżetu robi zdjęcia wszystkiego dookoła, a żyroskop lub akcelerometr monitoruje zmianę położenia urządzenia w przestrzeni. Następnie na obraz z kamery nakładane są niezbędne obiekty - podpowiedzi, napisy lub zabawne wirtualne postacie. Poruszają się wraz z obrazem z kamery, a kiedy patrzysz na ekran, widzisz jednocześnie dwie rzeczywistości – naszą obiektywną i cyfrową.
Rzeczywistość rozszerzona ułatwia naukę Augmented Reality w nauczaniu i uczeniu się języków? nowe języki: na przykład smartfon potrafi rozpoznawać obiekty wokół i podpisywać je. Technologia pomaga chirurgom Rzeczywistość rozszerzona: przyszłość medycyny do przeprowadzania operacji, a inżynierowie do zbierania Upskill i Boeing wykorzystują świetlik, aby na nowo wynaleźć zespół wiązek przewodów złożone urządzenia, dające wskazówki w procesie. Kierowcy mogą korzystać z nawigacji w rzeczywistości rozszerzonej, gdy wyświetlana jest mapa trasy Jak rozszerzona rzeczywistość wpływa dziś na branżę motoryzacyjną? nad drogą, projektanci - pokaż Powstanie rzeczywistości rozszerzonej w projektowaniu wnętrz i rozwoju nieruchomościklientów nowe wnętrze w mieszkaniu przed remontem. A w restauracji gość może zastanowić się przed podaniem dania Jak rozszerzona rzeczywistość (AR) zmienia kształt branży gastronomicznej go ze wszystkich stron na luzie, który wciąż jest fizycznie pusty.
3. W pełni sztuczne serce
Działające prototypy narządów ludzkich istnieją od dawna, ale najczęściej były to złożone systemy stacjonarne, z którymi trudno byłoby opuścić szpital. W 2021 roku naukowcom i lekarzom udało się po raz pierwszy opracować i wszczepić całkowicie sztuczne serce.
Wystąpił zespół chirurgów ze Szpitala Uniwersyteckiego Duke pod kierownictwem Jacoba Schroedera i Carmelo Milano Sztuczne serce nowej generacji wszczepione pacjentowi w szpitalu Duke – po raz pierwszy w USA udana wymiana narządów u 39-letniego Matthew Moore'a, który cierpiał na niewydolność serca. Z implantem będzie mógł prowadzić prawie znajomą kobietę
życie - życie w otoczeniu bliskich, wychowywanie dwuletniego syna, chodzenie do sklepu i do pracy, podróże.
Jedyną niedogodnością jest to, że sztuczne serce jest zasilane zewnętrzną baterią, która wystarcza na około 4 godziny. Sterownik do sterowania urządzeniem znajduje się również poza ciałem człowieka. Dlatego pacjent będzie musiał nosić torbę o wadze około 4 kilogramów i regularnie łączyć się z komputerem w szpitalu, aby monitorować stan urządzenia.
4. Rakiety wielokrotnego użytku
SpaceX opracował rakiety, które można odzyskać i ponownie wykorzystać. Ta wydajna i niedroga alternatywa dla rakiet jednorazowego użytku może potencjalnie obniżyć koszty dostarczania ładunku na orbitę.
Pierwsze ponowne uruchomienie rakiety odbyło się 30 marca 2017 r. SpaceX wysłano Falcon 9: rakieta pierwszej klasy orbitalnej zdolna do ponownego lotu w kosmos Falcon 9 to model z dziewięcioma silnikami na ciekły Merlin, które są zasilane naftą RP-1 i ciekłym tlenem. Później uruchomiony Falcon Heavy: najpotężniejsza rakieta na świecie Falcon Heavy z trzema zmodyfikowanymi pierwszymi stopniami Falcona 9: jeden był używany jako jednostka centralna, dwa jako boczne boostery.
Nie całą rakietę można nazwać wielokrotnego użytku, a jedynie jej pierwszy z dwóch etapów. Posiada systemy powrotu i pionowego lądowania na lądowisku lub platformie pływającej w oceanie. Krok wytrzymuje Najczęściej latana rakieta SpaceX Falcon 9 jest weteranem pokrytym sadzą po 10 startach i lądowaniach (zdjęcia) do dziesięciu startów.
Później wystartowała firma Blue Origin, założona przez dyrektora generalnego Amazon, Jeffa Bezosa Nowy pasterz jego jednostopniowa rakieta wielokrotnego użytku New Shepard. Działa na wodór i tlen i jest przeznaczony do lotów suborbitalnych. Nowy Shepard nadaje się do turystyki kosmicznej, ale w przeciwieństwie do Falcona nie będzie w stanie umieścić na orbicie sztucznych satelitów Ziemi.
5. Baterie o wysokiej gęstości
Nowe samodzielne urządzenia potrzebują dużo energii, aby jak najdłużej pracować bez gniazdka. Jednocześnie akumulatory muszą być kompaktowe i bezpieczne – np. nie mogą eksplodować po podgrzaniu lub uszkodzeniu mechanicznym.
Utworzono zespół Pennsylvania Battery and Energy Storage Technology Center (BEST) Akumulator litowo-jonowy o wysokiej energii jest bezpieczniejszy dla pojazdów elektrycznych bezpieczną i wydajną baterię litowo-jonową, która pozwoli pojazdowi elektrycznemu przejechać do 1,6 miliona kilometrów. Podczas testów dosłownie wbijano w nią gwoździe, aby spowodować zwarcie. Ale temperatura uszkodzonego ogniwa wzrosła tylko o 100 stopni Celsjusza - a w normalnym akumulatorze różnica wynosiłaby 1000 stopni Celsjusza.
Badacze Samsunga również dokonali przełomu: opracowali Samsung ujawnia nową litową baterię litowo-metalową o gęstości 900 Wh / L Akumulator litowo-metalowy o pojemności 900 Wh/L. Jest o 50% bardziej kompaktowy niż istniejące akumulatory i został zaprojektowany bez użycia płynnego elektrolitu. Z biegiem czasu bateria nie ulega degradacji - ilość ładunku, jaką może zgromadzić, pozostaje taka sama.
6. Bioniczna ręka
Protezy bioniczne w XXI wieku mogą prawie całkowicie zastąpić naturalne kończyny. Naukowcy zapewnili nie tylko możliwość poruszania nimi jak własnymi rękami, ale nawet zwrócili zdolność odczuwania - impulsy czucia są przekazywane bezpośrednio do mózgu.
Naukowcy z Johns Hopkins University w Stanach Zjednoczonych stworzyli Modułowa kończyna protetyczna MPL (Modular Prosthetic Limb), który może wykonywać prawie wszystkie ruchy, do których zdolna jest ludzka ręka. Ma ponad 100 czujników, a także specjalne silniki, które zapewniają zwykłą siłę i zwinność.
Proteza wyposażona jest w czujniki dotykowe i pozwala określić położenie, temperaturę i teksturę obiektów. A interfejs neuronowy zapewnia intuicyjną i naturalną kontrolę nad sztuczną ręką – wystarczy pomyśleć o akcji, aby ją wykonać.
7. Grafen
Istnienie pierwszego znanego, prawdziwie dwuwymiarowego kryształu (o sieci krystalicznej o grubości jednego atomu) w W 2004 roku naukowcy Andrei Geim i Konstantin Novoselov zostali po raz pierwszy potwierdzeni eksperymentalnie, a w 2010 roku otrzymali Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki 2010Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki.
Zasadniczo grafen to warstwa grafitu o grubości jednego atomu (skrystalizowany węgiel). Nie można go było uzyskać przez długi czas z powodu niestabilności. Gra i Novoselov używane Efekt pola elektrycznego w atomowo cienkich warstwach węglowych utlenione podłoże krzemowe do stabilizacji folii 2D.
Grafen jest bardzo wytrzymały, a jednocześnie niezwykle elastyczny. Przewodzi prąd, a elektrony w nim poruszają się Elektrony mogą przemieszczać się ponad 100 razy szybciej w grafenie niż w krzemie, jak pokazują fizycy szybciej niż we wszystkich znanych materiałach. W szczególności jest 100 razy szybszy od krzemu, z którego powstają nowoczesne procesory.
Przy użyciu grafenu możliwe jest tworzenie ultradrobnych filtrów, ekranów dotykowych, czujników, wysokowydajnych ogniw katalitycznych, nanokanałów do pracy z DNA oraz komponentów do precyzyjnej elektroniki. Chipy grafenowe poprawią wydajność komputerów i przyspieszą przesyłanie danych, sprawią, że urządzenia będą mocniejsze i bardziej kompaktowe.
8. Pojazdy bezzałogowe
Postępy w sztucznej inteligencji, duża moc obliczeniowa, wysokie prędkości transmisji bezprzewodowej dane i dokładne czujniki – wszystko to posłużyło jako podstawa do stworzenia samochodów, które mogą się bez nich obejść kierowca. Skanują sytuację na drodze w czasie rzeczywistym, rozpoznają pieszych i znaki drogowe i mogą w ułamku sekundy podjąć decyzję w trudnej sytuacji.
W 2021 r. Tesla Model 3 z systemem FSD (Full Self-Driving) jeździła niezależnie Tesla Autopilot FSD San Francisco do Los Angeles z zerowymi interwencjami z San Francisco do Los Angeles iz powrotem jest około 2400 kilometrów. Samochód z powodzeniem poradził sobie z zadaniem nawet na ruchliwych ulicach miasta i zrobił dwa przystanki, aby naładować akumulator.
Ale autopilot jest opracowywany nie tylko dla samochodów osobowych. Na przykład w USA startup Waymo wystartował w 2020 roku Waymo otwiera całkowicie bez kierowcy usługę dla ogółu społeczeństwa w Phoenix bezzałogowa taksówka. Aut jest niewiele, ale wycieczki są dostępne dla każdego.
W Rosji pojawią się bezzałogowe taksówki Yandex powiedział, gdzie w Moskwie pojawią się pierwsze bezzałogowe taksówki tej jesieni - jednak na razie w trybie eksperymentalnym. Wybrani przez firmę uczestnicy testów będą mogli jeździć samochodem bez kierowcy w rejonie Yasenevo w Moskwie.
Innym zastosowaniem pojazdów bezzałogowych jest transport ładunków. Platforma NVIDIA Drive już pomaga Bezzałogowe ciężarówki truckerów na drogach, a już niedługo będą mogli ich zastąpić na standardowych trasach. Tesla i inne firmy również pracują w tym kierunku.
9. Edytowanie genów
W 2012 roku Jennifer Doudna z USA i Emmanuelle Charpentier z Francji opracowały molekularne narzędzie CRISPR-Cas9, które nazywa się „nożyczkami genetycznymi”. Za ten przełom naukowy w 2020 roku otrzymali Emmanuelle Charpentier i Jennifer Doudna zdobyły Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za rok 2020 Nagroda Nobla w dziedzinie chemii.
CRISPR — Cas9 umożliwia edycję genów roślin i zwierząt. Otwiera to nowe możliwości hodowli i może powstrzymać rozprzestrzenianie się choroby – na przykład, jeśli geny komarów zostaną zmienione, nie tolerują malarii i boreliozy.
CRISPR — Cas9 już przyczynił się do leczenia raka. Trwają badania, które w przyszłości mogą zaoszczędzić Co to jest edycja genomu i CRISPR – Cas9? od chorób dziedzicznych i mutacji genetycznych.
Błędem jest jednak myślenie, że CRISPR-Cas9 otworzy drogę dla GMO. Po pierwsze, organizmy zmodyfikowane genetycznie otrzymane po raz pierwszy Herbert W. Boyer i Stanley N. Cohen w 1972 roku. CRISPR — Cas9 może tylko poprawić dokładność modyfikacji DNA i pozbyć się negatywnych skutków ubocznych.
Nawiasem mówiąc, mapa ludzkiego genomu to także osiągnięcie XXI wieku. Zakończono główną część prac nad Projektem Ludzkiego Genomu Projekt ludzkiego genomu w 2003.
10. Roboty humanoidalne
Atlas robota Atlas: najbardziej dynamiczny robot humanoidalny z Boston Dynamics - ulubieńca internetu: umie robić salta, potrafi utrzymać się na nogach po mocnych ciosach, potrafi pokonywać przeszkody, a nawet tańczyć. Twórcy nazywają to platformą badawczą zaprojektowaną, aby przesuwać granice mobilności całego ciała i najbardziej dynamicznego humanoidalnego robota.
W rzeczywistości modele Atlas i inne modele Boston Dynamics — takie jak robot pies Spot i robot ładujący Stretch — mają głębokie implikacje praktyczne. Są w stanie zastąpić ludzi w trudnych lub niebezpiecznych warunkach: szukać ofiar pod gruzami budynków lub w pożary, eksplorować odległe obszary, dostarczać towary i wykonywać nudne czynności przez całą dobę operacje.
Istnieją inne zastosowania robotów humanoidalnych. Opracowywane są na przykład wzorcowi konsultanci, towarzysze i kelnerzy, asystenci dla osób niepełnosprawnych.
A rosyjski robot Fedor nawet odwiedził Fedor na Twitterze37516789 w kosmosie w 2019 roku. Umie prowadzić samochód i quada, otwierać drzwi, wchodzić po schodach, chodzić po labiryncie, strzelać i pracować z wiertarką.
Odkrycia naukowe mogą radykalnie zmienić nasze życie: dać długowieczność, pomóc w eksploracji kosmosu, przejąć codzienne sprawy, a nawet zbudować dom w kilka dni. Dowiedz się więcej o nich na zaktualizowanym strona internetowa towarzystwa „Wiedza”. W ramach ogólnorosyjskiego maratonu edukacyjnego „Nowa wiedza” zostanie opublikowanych 18 mini-wykładów na temat przełomów naukowych XXI wieku.
W maratonie Nowej Wiedzy wzięli udział Jurij Bashmet, Konstantin Chabensky, Edward Snowden, Michaił Miszustin, Evgeny Kaspersky, Tatyana Golikova, Arkady Volozh, German Gref, Alexander Ovechkin i inni popularni głośniki. Na stronie pojawi się ponad 150 godzin treści edukacyjnych – to inspirujące historie, gorące debaty o współczesnych problemach ludzkości i fascynujące wywiady ze znanymi ludźmi.
Zdobądź nową wiedzę za darmo