Cum oamenii de știință ne fac viața mai luminoasă, mai lungă și mai convenabilă: 10 descoperiri și invenții științifice utile ale secolului 21

1. Tehnologii de imprimare 3D

Au apărut primele imprimante 3DInfografie: Istoria tipăririi 3D în anii 1980, dar abia în secolul 21 au început să fie folosite peste tot. Dispozitivele au devenit mai ieftine, iar acum nu numai plasticul, ci și metalele, betonul, alimentele și chiar celulele vii sunt utilizate ca consumabile pentru acestea.

Cea mai mare clădire tipărită 3D este Municipiul Dubai (EAU) cu o suprafață de 641 mp. m. A fost creată clădirea futuristă cu două etaje, înaltă de 9,5 m Municipiul Dubai va deveni cea mai mare clădire tipărită 3D din lume din material pe bază de ipsos. Și la Amsterdam, cu ajutorul imprimantelor 3D, au ridicat Podul din oțel inoxidabil tipărit 3D al lui Joris Laarman se deschide în sfârșit la Amsterdam Pasarela din oțel inoxidabil de 12 metri.

Oamenii de știință israelieni au folosit Cercetătorii imprimă 3D o inimă cu țesut uman și vase de sânge Imprimantă 3D pentru imprimarea unei inimi artificiale. Organul experimental, de mărimea unei vișine, a constat dintr-un hidrogel pe bază de celule vii care au format camere și vase de sânge. Și compania franceză Poietis a creat Start-up-ul francez dezvoltă o tehnologie unică pentru bioprintarea cu laser 4D a țesuturilor vii piele artificială cu o structură în patru dimensiuni, care va ajuta pacienții după arsuri și leziuni grave și a dezvoltat tehnologii pentru imprimarea altor țesuturi ale corpului uman.

Există, de asemenea, un loc pentru imprimarea 3D în viața de zi cu zi. De exemplu, puteți comanda o imprimantă 3D convențională pentru a crea figurine și piese din plastic sau puteți merge mai departe și cumpărați un dispozitiv pentru imprimarea alimentelor, de la pizza la deserturi, până la decor gourmet. Într-o perspectivă globală, imprimarea 3D a alimentelor ar trebui să se reducă Imprimarea 3D a alimentelor reduce risipa de alimente cantitatea de deșeuri alimentare pe planetă și produc Un ghid pentru alimentele imprimate 3D - revoluție în bucătărie? chiar și mesele dietetice sunt destul de apetisante.

2. Realitate augmentată

Este adesea confundat cu realitatea virtuală, dar acestea sunt tehnologii complet diferite. Realitatea virtuală este o lume complet digitală pe care o puteți vedea prin ochelari speciali sau o cască cu ecrane pentru fiecare ochi. Cu ajutorul tehnologiei de realitate augmentată, obiectele digitale sunt adăugate imaginii lumii reale cu care suntem obișnuiți.

Rădăcinile realității augmentate se află în secolul al XX-lea, dar acum doar câțiva ani puterea de calcul a permis introducerea tehnologiei aproape peste tot - de la școli și grădinițe la linii de asamblare pe automobile fabrici. Și pentru aceasta nu aveți nevoie de dispozitive scumpe complexe - este suficient un smartphone obișnuit.

Funcționează destul de simplu. Camera unui smartphone sau a unui alt gadget face fotografii cu tot ceea ce este în jur, iar un giroscop sau un accelerometru monitorizează schimbarea poziției dispozitivului în spațiu. Apoi obiectele necesare sunt suprapuse pe imaginea de pe cameră - sugestii, inscripții sau personaje virtuale amuzante. Acestea se deplasează împreună cu imaginea de pe cameră și, atunci când privești ecranul, vezi două realități simultan - obiectivul nostru și digital.

Realitatea augmentată facilitează învățarea Realitate mărită în predarea și învățarea limbilor străine? limbi noi: de exemplu, un smartphone poate recunoaște obiectele din jur și le poate semna. Tehnologia îi ajută pe chirurgi Realitatea Augmentată: Viitorul Medicinii să efectueze operațiuni, iar inginerii să colecteze Upskill și Boeing folosesc lucarna pentru a reinventa ansamblul cablajului dispozitive complexe, oferind indicii în acest proces. Șoferii se pot bucura de navigare cu realitate augmentată atunci când este afișată harta rutei Cum afectează realitatea augmentată industria auto de astăzi? peste drum, designeri - spectacol Creșterea realității augmentate în designul interior și dezvoltarea proprietățilorclienților un interior nou în apartament înainte de renovare. Și în restaurant, vizitatorul poate lua în considerare înainte de a servi felul de mâncare Cum Realitatea Augmentată (RA) remodelează industria serviciilor alimentare El din toate părțile, în largul său, care este încă fizic gol.

3. Inimă complet artificială

Prototipurile de lucru ale organelor umane există de multă vreme, dar de cele mai multe ori erau sisteme staționare complexe cu care cu greu ar fi posibil să ieși din spital. În 2021, oamenii de știință și medicii au reușit să dezvolte și să implanteze o inimă complet artificială pentru prima dată.

A evoluat o echipă de chirurgi de la Spitalul Universitar Duke, condusă de Jacob Schroeder și Carmelo Milano Noua generație de inimă artificială implantată la pacient la Duke - întâi în S.U.A. înlocuitor de organ de succes pentru Matthew Moore, în vârstă de 39 de ani, care suferea de insuficiență cardiacă. Odată cu implantul, el va putea conduce o femeie aproape familiară

viață - viață înconjurat de rude, creșterea unui fiu de doi ani, mers la magazin și la serviciu, călătorind.

Singurul inconvenient este că inima artificială este alimentată de o baterie externă, care durează aproximativ 4 ore. Controlerul pentru controlul dispozitivului este plasat și în afara corpului uman. Prin urmare, pacientul va trebui să poarte o pungă de aproximativ 4 kilograme și să se conecteze regulat la un computer din spital pentru a monitoriza starea dispozitivului.

4. Rachete refolosibile

SpaceX a dezvoltat rachete care pot fi recuperate și refolosite. Această alternativă eficientă și ieftină la rachetele de unică folosință are potențialul de a reduce costul livrării mărfii pe orbită.

Prima relansare a rachetei a avut loc pe 30 martie 2017. SpaceX a fost trimis Falcon 9: rachetă de primă clasă orbitală capabilă de reflight în spațiu Falcon 9 este un model cu nouă motoare Merlin lichide care funcționează pe kerosen RP-1 și oxigen lichid. Mai târziu lansat Falcon Heavy: cea mai puternică rachetă din lume Falcon Heavy cu trei prime trepte modificate ale Falcon 9: una a fost folosită ca unitate centrală, două ca amplificatoare laterale.

Nu întreaga rachetă poate fi numită reutilizabilă, ci doar prima din cele două etape. Are sisteme de întoarcere și aterizare verticală pe o platformă de aterizare sau pe o platformă care plutesc în ocean. Pasul rezistă Cea mai zburată rachetă Falcon 9 a SpaceX este un veteran de funingine după 10 lansări și aterizări (fotografii) până la zece începe.

Ulterior, Blue Origin, fondată de CEO-ul Amazon, Jeff Bezos, a fost lansată New shepard racheta sa reutilizabilă cu o singură etapă New Shepard. Funcționează cu hidrogen și oxigen și este proiectat pentru zboruri suborbitale. New Shepard este potrivit pentru turismul spațial, dar spre deosebire de Falcon, nu va putea pune sateliți artificiali de pe pământ pe orbită.

5. Baterii de înaltă densitate

Noile dispozitive de sine stătătoare au nevoie de multă energie pentru a rămâne fără priză cât mai mult posibil. În același timp, bateriile trebuie să fie compacte și sigure - de exemplu, nu trebuie să explodeze atunci când sunt încălzite sau deteriorate mecanic.

A fost creată echipa Pennsylvania Technology and Storage Storage Technology Center (BEST) Bateria Li-Ion cu energie ridicată este mai sigură pentru vehiculele electrice o baterie litiu-ion sigură și puternică, care va permite unui vehicul electric să parcurgă până la 1,6 milioane de kilometri. În timpul testelor, unghiile au fost introduse literalmente în el pentru a provoca un scurtcircuit. Dar temperatura celulei deteriorate a crescut cu doar 100 de grade Celsius - și într-o baterie normală diferența ar fi de 1.000 de grade Celsius.

Cercetătorii Samsung au făcut, de asemenea, o descoperire: s-au dezvoltat Samsung dezvăluie o nouă baterie litiu metalică cu stare solidă cu o densitate de 900Wh / L Baterie litiu-metal solidă 900 Wh / L. Este cu 50% mai compact decât bateriile existente și este proiectat fără a utiliza electrolit lichid. În timp, bateria nu se degradează - cantitatea de încărcare pe care o poate acumula rămâne aceeași.

6. Mână bionică

Protezele bionice din secolul XXI pot înlocui aproape complet membrele naturale. Oamenii de știință au oferit nu numai capacitatea de a le mișca ca și cum ar fi cu propriile mâini, ci chiar au redat capacitatea de a simți - impulsurile senzației sunt transmise direct creierului.

Cercetătorii de la Universitatea Johns Hopkins din Statele Unite au creat Membră protetică modulară MPL (Modular Prothhetic Limb), care poate efectua aproape toate mișcările de care este capabilă mâna umană. Are peste 100 de senzori, precum și motoare speciale care oferă rezistența și agilitatea obișnuită.

Proteza este echipată cu senzori tactili și vă permite să determinați locația, temperatura și textura obiectelor. Iar interfața neuronală oferă un control intuitiv și natural al mâinii artificiale - gândiți-vă doar la acțiunea de a o efectua.

7. Grafen

Existența primului cristal cunoscut cu adevărat bidimensional (cu o rețea de cristal cu un atom gros) în În 2004, oamenii de știință Andrei Geim și Konstantin Novoselov au fost confirmați experimental pentru prima dată, iar în 2010 au primit Premiul Nobel pentru fizică 2010Premiul Nobel pentru fizică.

În esență, grafenul este un film gros de un atom de grafit (carbon cristalizat). Nu a putut fi obținut mult timp din cauza instabilității. Joc și Novoselov folosit Efect de câmp electric în filme de carbon subțiri atomic un substrat de siliciu oxidat pentru stabilizarea filmului 2D.

Grafenul este foarte durabil, dar extrem de flexibil. Conduce curentul și electronii se mișcă în el Electronii pot călători de peste 100 de ori mai repede în grafen decât în ​​siliciu, arată fizicienii mai rapid decât în ​​toate materialele cunoscute. În special, este de 100 de ori mai rapid decât siliciu, din care sunt fabricate procesoare moderne.

Folosind grafenul, este posibil să se creeze filtre ultrafine, afișaje cu ecran tactil, senzori, celule catalitice de înaltă eficiență, nanocanale pentru lucrul cu ADN și componente pentru electronică de înaltă precizie. Cipurile grafen vor îmbunătăți performanța computerelor și vor accelera transferul de date, vor face dispozitivele mai puternice și mai compacte.

8. Vehicule fără pilot

Progrese în inteligență artificială, putere de calcul mare, rate de transmisie wireless ridicate date și senzori exacți - toate acestea au servit ca bază pentru crearea de mașini care nu pot face lipsă conducător auto. Ei scanează situația traficului în timp real, recunosc pietonii și indicatoarele rutiere și pot lua o decizie într-o situație dificilă într-o fracțiune de secundă.

În 2021, Tesla Model 3 cu sistem FSD (Full Self-Driving) a condus independent Pilot automat Tesla FSD San ​​Francisco la Los Angeles cu Zero Intervenții de la San Francisco la Los Angeles și înapoi este de aproximativ 2.400 de kilometri. Mașina a reușit să facă față sarcinii chiar și pe străzile aglomerate ale orașului și a făcut două opriri pentru a reîncărca bateria.

Dar pilotul automat nu este dezvoltat doar pentru mașinile personale. De exemplu, în SUA, un startup Waymo a fost lansat în 2020 Waymo își deschide serviciul complet fără șofer pentru publicul larg din Phoenix serviciu de taxi fără pilot. Nu sunt multe mașini, dar călătoriile sunt disponibile pentru toată lumea.

Taxiurile fără pilot vor apărea în Rusia Yandex a spus unde vor apărea primele taxiuri fără pilot la Moscova toamna aceasta - totuși, până acum în modul experimental. Participanții la test selectați de companie vor putea merge într-o mașină fără șofer în zona Yasenevo din Moscova.

O altă aplicație a vehiculelor fără pilot este transportul de marfă. Platforma NVIDIA Drive ajută deja Camioane fără pilot camioanele de pe drum și vor putea în curând să le înlocuiască pe rutele standard. Tesla și alte companii lucrează, de asemenea, în această direcție.

9. Editarea genelor

În 2012, Jennifer Doudna din SUA și Emmanuelle Charpentier din Franța au dezvoltat instrumentul molecular CRISPR-Cas9, care este numit „foarfeca genetică”. Pentru această descoperire științifică în 2020, au primit Emmanuelle Charpentier și Jennifer Doudna au câștigat Premiul Nobel pentru chimie pentru 2020 Premiul Nobel pentru chimie.

CRISPR - Cas9 vă permite să editați genele plantelor și animalelor. Acest lucru deschide noi căi de reproducere și are potențialul de a opri răspândirea bolii - de exemplu, dacă genele țânțarilor sunt schimbate, acestea nu vor putea transmite malaria și boala Lyme.

CRISPR - Cas9 a contribuit deja la tratamentele împotriva cancerului. Sunt în curs cercetări care, pe termen lung, pot salva Ce sunt editarea genomului și CRISPR - Cas9? de la boli ereditare și mutații genetice.

Dar este greșit să credem că CRISPR-Cas9 va deschide calea OMG-urilor. În primul rând, organismele modificate genetic au primit pentru prima dată Herbert W. Boyer și Stanley N. Cohen înapoi în 1972. CRISPR - Cas9 nu poate decât să îmbunătățească acuratețea modificării ADN-ului și să scape de efectele secundare negative.

Apropo, harta genomului uman este, de asemenea, o realizare a secolului XXI. Partea principală a lucrării la Proiectul genomului uman a fost finalizată Proiectul genomului uman în 2003.

10. Roboți umanoizi

Robot Atlas Atlas: cel mai dinamic robot umanoid de la Boston Dynamics - dragul internetului: știe să facă salturi, să stea în picioare după lovituri puternice, este capabil să depășească obstacolele și chiar să danseze. Dezvoltatorii o numesc o platformă de cercetare concepută pentru a depăși limitele mobilității corpului întreg și a celui mai dinamic robot umanoid.

De fapt, Atlas și alte modele Boston Dynamics - cum ar fi câinele robotizat Spot și încărcătorul robot Stretch - au implicații practice profunde. Ei sunt capabili să înlocuiască oamenii în condiții dificile sau periculoase: să caute victime sub dărâmăturile clădirilor sau în incendii, explorarea zonelor îndepărtate, livrarea de bunuri și completarea rutinelor plictisitoare non-stop operațiuni.

Există și alte aplicații pentru roboții umanoizi. De exemplu, se dezvoltă consultanți de model, însoțitori și chelneri, asistenți pentru persoanele cu dizabilități.

Și robotul rus Fedor a vizitat chiar Twitter fedor37516789 în spațiu în 2019. Știe să conducă o mașină și un ATV, să deschidă ușile, să urce scările, să meargă printr-un labirint, să tragă și să lucreze cu un burghiu.