Ako vedci robia náš život jasnejším, dlhším a pohodlnejším: 10 užitočných vedeckých objavov a vynálezov 21. storočia

1. Technológie 3D tlače

Objavili sa prvé 3D tlačiarneInfografika: História 3D tlače ešte v 80. rokoch minulého storočia, ale až v 21. storočí sa začali používať všade. Zariadenia zlacneli a teraz sa ako spotrebný materiál používa nielen plast, ale aj kovy, betón, potraviny a dokonca živé bunky.

Najväčšou budovou s 3D tlačou je Dubajská obec (Spojené arabské emiráty) s rozlohou 641 m². m) Vznikla dvojpodlažná futuristická budova s ​​výškou 9,5 m Dubajská obec sa stane najväčšou budovou s 3D tlačou na svete vyrobené z materiálu na báze sadry. A v Amsterdame s pomocou 3D tlačiarní postavili V Amsterdame sa konečne otvára 3D most Jorisa Laarmana z nehrdzavejúcej ocele 12-metrová lávka z nehrdzavejúcej ocele.

Izraelskí vedci použili Vedci 3D vytlačia srdce s ľudským tkanivom a krvnými cievami

3D tlačiareň na tlač umelého srdca. Experimentálny orgán veľkosti čerešne pozostával z hydrogélu založeného na živých bunkách, ktoré tvorili komory a cievy. A vytvorila francúzska spoločnosť Poietis Francúzsky startup vyvíja jedinečnú technológiu pre 4D laserovú biotlač živej tkaniva umelá koža so štvorrozmernou štruktúrou, ktorá pomôže pacientom po popáleninách a vážnych zraneniach, a vyvinula technológie na tlač ďalších tkanív ľudského tela.

V každodennom živote je miesto aj pre 3D tlač. Môžete si napríklad objednať konvenčnú 3D tlačiareň na výrobu plastových figúrok a dielov alebo si kúpiť zariadenie na tlač potravín, od pizze cez dezerty až po gurmánsku výzdobu. Z globálneho hľadiska by sa mala 3D tlač potravín obmedziť 3D tlač potravín znižuje plytvanie potravinami množstvo potravinového odpadu na planéte a vyrobiť Sprievodca 3D tlačeným jedlom - revolúcia v kuchyni? dokonca aj diétne jedlá sú celkom chutné.

2. Rozšírená realita

Často sa zamieňa s virtuálnou realitou, ale to sú úplne odlišné technológie. Virtuálna realita je úplne digitálny svet, ktorý môžete vidieť prostredníctvom špeciálnych okuliarov alebo prilby s obrazovkami pre každé oko. S pomocou technológie rozšírenej reality sú digitálne objekty pridané k obrazu skutočného sveta, na ktorý sme zvyknutí.

Korene rozšírenej reality spočívajú v 20. storočí, ale iba pred niekoľkými rokmi výpočtový výkon umožnilo zavedenie technológie takmer všade - od škôl a škôlok až po montážne linky na automobily továrne. A na to nepotrebujete zložité drahé zariadenia - stačí obyčajný smartphone.

Funguje to celkom jednoducho. Fotoaparát smartfónu alebo iného gadgetu fotí všetko naokolo a gyroskop alebo akcelerometer monitoruje zmenu polohy zariadenia v priestore. Potom sa na obrázok z kamery superponujú potrebné objekty - rady, nápisy alebo vtipné virtuálne postavičky. Pohybujú sa spolu s obrazom z fotoaparátu a pri pohľade na obrazovku vidíte dve reality naraz - našu objektívnu a digitálnu.

Rozšírená realita uľahčuje učenie Rozšírená realita vo výučbe a učení jazykov? nové jazyky: napríklad smartphone dokáže rozpoznať objekty v okolí a podpísať ich. Chirurgom pomáha technológia Augmented Reality: The Future of Medicine vykonávať operácie a inžinieri zbierať Spoločnosť Upskill a Boeing používajú svetlík na opätovné objavenie zostavy káblového zväzku komplexné zariadenia, ktoré v tomto procese poskytujú vodítka. Vodiči si môžu vychutnať navigáciu s rozšírenou realitou, keď je zobrazená mapa trasy Ako dnes rozšírená realita ovplyvňuje automobilový priemysel? cez cestu, návrhári - show The Rise of Augmented Reality in Interior Design and Property Developmentklientom nový interiér v byte pred rekonštrukciou. A v reštaurácii môže návštevník pred podávaním jedla zvážiť Ako rozšírená realita (AR) pretvára odvetvie potravinových služieb ho zo všetkých strán práve v pohode, ktorá je stále fyzicky prázdna.

3. Plne umelé srdce

Pracovné prototypy ľudských orgánov existujú už nejaký čas, ale častejšie to boli zložité stacionárne systémy, s ktorými by bolo len ťažko možné opustiť nemocnicu. V roku 2021 sa vedcom a lekárom podarilo prvýkrát vyvinúť a implantovať úplne umelé srdce.

Vystúpil tím chirurgov vo Duke University Hospital pod vedením Jacoba Schroedera a Carmela Milana Umelé srdce novej generácie implantované pacientovi u vojvodu - prvé v USA úspešná náhrada orgánu pre 39-ročného Matthewa Moora, ktorý trpel srdcovým zlyhaním. S implantátom bude môcť dirigovať takmer známu ženu

život-život obklopený príbuznými, výchova dvojročného syna, chodenie do obchodu a do práce, cestovanie.

Jedinou nepríjemnosťou je, že umelé srdce je napájané externou batériou, ktorá vydrží zhruba 4 hodiny. Ovládač na ovládanie zariadenia je umiestnený aj mimo ľudského tela. Preto bude musieť pacient nosiť tašku s hmotnosťou asi 4 kilogramy a pravidelne sa v nemocnici pripájať k počítaču, aby monitoroval stav zariadenia.

4. Opätovne použiteľné rakety

Spoločnosť SpaceX vyvinula rakety, ktoré je možné obnoviť a znova použiť. Táto efektívna a lacná alternatíva rakiet na jedno použitie má potenciál znížiť náklady na doručenie nákladu na obežnú dráhu.

Prvé opätovné spustenie rakety sa uskutočnilo 30. marca 2017. SpaceX odoslaná Falcon 9: raketa prvej orbitálnej triedy schopná odletu do vesmíru Falcon 9 je model s deviatimi kvapalnými motormi Merlin, ktoré poháňajú petrolej a tekutý kyslík RP-1. Neskôr spustené Falcon Heavy: najsilnejšia raketa na svete Falcon Heavy s tromi upravenými prvými stupňami Falconu 9: jeden bol použitý ako centrálna jednotka, dva ako bočné posilňovače.

Nie je možné nazvať celú raketu opakovane použiteľnou, ale iba jej prvým z dvoch stupňov. Má systémy na návrat a vertikálne pristátie na pristávacej ploche alebo plošine plávajúcej v oceáne. Krok vydrží Najviac letená raketa Falcon 9 spoločnosti SpaceX je po 10 vzletoch a pristátiach zaprášeným veteránom (fotografie) až desať štartov.

Neskôr bola spustená spoločnosť Blue Origin, ktorú založil generálny riaditeľ Amazonu Jeff Bezos Nový shepard jeho jednostupňová opakovane použiteľná raketa New Shepard. Beží na vodík a kyslík a je určený na suborbitálne lety. Nový Shepard je vhodný pre vesmírny turizmus, ale na rozdiel od Falconu nebude schopný dostať na obežnú dráhu umelé satelity Zeme.

5. Batérie s vysokou hustotou

Nové samostatné zariadenia potrebujú veľa energie, aby vydržali bez zásuvky čo najdlhšie. Batérie musia byť zároveň kompaktné a bezpečné - napríklad nesmú pri zahrievaní alebo mechanickom poškodení explodovať.

Vytvoril tím Pennsylvania Battery and Energy Storage Technology Center (BEST) Vysokoenergetická Li-Ion batéria je bezpečnejšia pre elektrické vozidlá bezpečná a výkonná lítium-iónová batéria, ktorá elektrickému vozidlu umožní prejsť až 1,6 milióna kilometrov. Pri testoch do nej boli doslova zatĺkané klince, aby spôsobili skrat. Teplota poškodeného článku sa však zvýšila iba o 100 stupňov Celzia - a v bežnej batérii by bol rozdiel 1 000 stupňov Celzia.

Výskumníci spoločnosti Samsung urobili tiež prielom: vyvinuli Spoločnosť Samsung predstavuje novú lítium -kovovú batériu s pevným stavom a hustotou 900 Wh / l Lítium-kovová batéria 900 Wh / L v pevnom stave. Je o 50% kompaktnejší ako existujúce batérie a je navrhnutý bez použitia tekutého elektrolytu. Batéria sa postupom času nedegraduje - množstvo nabitia, ktoré môže akumulovať, zostáva rovnaké.

6. Bionická ruka

Bionické protézy v 21. storočí môžu takmer úplne nahradiť prirodzené končatiny. Vedci poskytli nielen schopnosť pohybovať nimi, akoby vlastnými rukami, ale dokonca im vrátili aj schopnosť cítiť - impulzy vnemov sa prenášajú priamo do mozgu.

Vedci z Johns Hopkins University v USA vytvorili Modulárna protetická končatina MPL (Modular Prothetic Limb), ktorý dokáže vykonávať takmer všetky pohyby, ktorých je ľudská ruka schopná. Má viac ako 100 senzorov, ako aj špeciálne motory, ktoré poskytujú obvyklú silu a obratnosť.

Protéza je vybavená hmatovými senzormi a umožňuje vám určiť polohu, teplotu a textúru predmetov. A nervové rozhranie poskytuje intuitívne a prirodzené ovládanie umelej ruky - stačí myslieť na akciu, ktorú treba vykonať.

7. Grafén

Existencia prvého známeho skutočne dvojrozmerného kryštálu (s kryštálovou mriežkou hrubou jeden atóm) v V roku 2004 boli vedci Andrei Geim a Konstantin Novoselov prvýkrát experimentálne potvrdení a v roku 2010 získali Nobelova cena za fyziku 2010Nobelova cena za fyziku.

Grafén je v zásade jeden atóm hrubý film grafitu (kryštalizovaný uhlík). Dlho sa to nedalo získať kvôli nestabilite. Hra a Novoselov použité Účinok elektrického poľa v atómovo tenkých uhlíkových filmoch substrát zo oxidovaného kremíka na stabilizáciu 2D filmu.

Graphene je veľmi odolný, ale extrémne flexibilný. Vedie prúd a pohybujú sa v ňom elektróny Fyzici ukazujú, že elektróny môžu v graféne cestovať 100 -krát rýchlejšie ako v kremíku rýchlejšie ako vo všetkých známych materiáloch. Najmä je 100 krát rýchlejší ako kremík, z ktorého sú vyrobené moderné procesory.

Pomocou grafénu je možné vytvárať ultrajemné filtre, dotykové displeje, senzory, vysoko účinné katalytické články, nanokanály na prácu s DNA a komponenty pre vysoko presnú elektroniku. Grafénové čipy zlepšia výkon počítačov a urýchlia prenos dát, urobia zariadenia výkonnejšími a kompaktnejšími.

8. Bezpilotné vozidlá

Pokroky v umelej inteligencii, veľký výpočtový výkon, vysoké rýchlosti bezdrôtového prenosu údaje a presné senzory - to všetko slúžilo ako základ pre výrobu automobilov, bez ktorých sa nezaobíde vodič. V reálnom čase skenujú dopravnú situáciu, rozpoznávajú chodcov a dopravné značky a v zlomku sekundy sa môžu rozhodnúť v ťažkej situácii.

V roku 2021 nezávisle jazdila Tesla Model 3 so systémom FSD (Full Self-Driving) Autopilot Tesla FSD San ​​Francisco do Los Angeles s nulovými zásahmi zo San Francisca do Los Angeles a späť je asi 2 400 kilometrov. Auto sa úspešne vysporiadalo s úlohou aj na rušných uliciach mesta a urobilo dve zastávky na dobitie batérie.

Autopilot však nie je vyvíjaný iba pre osobné automobily. Napríklad v USA bol v roku 2020 spustený startup Waymo Waymo otvára svoju službu úplne bez vodiča pre širokú verejnosť vo Phoenixe bezpilotná taxislužba. Nie je veľa áut, ale výlety sú dostupné každému.

V Rusku sa objavia taxíky bez posádky Yandex povedal, kde sa v Moskve objavia prvé bezpilotné taxíky túto jeseň - zatiaľ však v experimentálnom režime. Účastníci testu, ktorých vybrala spoločnosť, sa budú môcť previezť v aute bez vodiča v oblasti Yasenevo v Moskve.

Ďalšou aplikáciou bezpilotných vozidiel je nákladná doprava. Platforma NVIDIA Drive už pomáha Nákladné autá bez posádky kamionistov na cestách, a čoskoro ich budú môcť nahradiť na štandardných trasách. V tomto smere pracuje aj Tesla a ďalšie spoločnosti.

9. Génová úprava

V roku 2012 Jennifer Doudna z USA a Emmanuelle Charpentier z Francúzska vyvinuli molekulárny nástroj CRISPR-Cas9, ktorý sa nazýva „genetické nožnice“. Za tento vedecký prielom v roku 2020 získali Emmanuelle Charpentier a Jennifer Doudna získali Nobelovu cenu za chémiu za rok 2020 Nobelova cena za chémiu.

CRISPR - Cas9 vám umožňuje upravovať gény rastlín a zvierat. To otvára nové cesty pre chov a má potenciál zastaviť šírenie chorôb - napríklad ak sa zmenia gény komárov, nemôžu tolerovať maláriu a boreliózu.

CRISPR - Cas9 už prispel k liečbe rakoviny. Prebieha výskum, ktorý v budúcnosti môže ušetriť Čo sú úpravy genómu a CRISPR - Cas9? z dedičných chorôb a genetických mutácií.

Je však nesprávne myslieť si, že CRISPR-Cas9 otvorí cestu GMO. Po prvé, geneticky modifikované organizmy boli prijaté prvýkrát Herbert W. Boyer a Stanley N. Cohen už v roku 1972. CRISPR - Cas9 môže iba zlepšiť presnosť modifikácie DNA a zbaviť sa negatívnych vedľajších účinkov.

Mimochodom, mapa ľudského genómu je tiež výdobytkom 21. storočia. Hlavná časť práce na projekte ľudského genómu je dokončená Projekt ľudského genómu v roku 2003.

10. Humanoidní roboti

Atlas robotov Atlas: najdynamickejší humanoidný robot z Boston Dynamics - miláčik internetu: vie, ako robiť saltá, dokáže sa po silných úderoch udržať na nohách, je schopný prekonávať prekážky a dokonca aj tancovať. Vývojári tomu hovoria výskumná platforma navrhnutá tak, aby posúvala hranice pohyblivosti celého tela a najdynamickejšieho humanoidného robota.

Atlas a ďalšie modely spoločnosti Boston Dynamics - ako napríklad robotický pes Spot a robotický nakladač Stretch - majú v skutočnosti hlboké praktické dôsledky. Sú schopní nahradiť ľudí v ťažkých alebo nebezpečných podmienkach: hľadať obete pod troskami budov alebo v nich požiare, skúmajte vzdialené oblasti, doručujte tovar a dokončujte nudné rutiny nepretržite operácie.

Existujú aj ďalšie aplikácie pre humanoidné roboty. Vyvíjajú sa napríklad modeloví poradcovia, spoločníci a čašníci, asistenti pre ľudí so zdravotným postihnutím.

A ruský robot Fedor dokonca navštívil Feed Fedor37516789 vo vesmíre v roku 2019. Vie riadiť auto a štvorkolku, otvárať dvere, stúpať po schodoch, prechádzať labyrintom, strieľať a pracovať s vŕtačkou.