Kuinka tutkijat tekevät elämästämme valoisampaa, pidempää ja kätevämpää: 10 hyödyllistä tieteellistä löytöä ja keksintöä 21. vuosisadalta

1. 3D -tulostustekniikat

Ensimmäiset 3D -tulostimet ilmestyivätInfographic: 3D -tulostuksen historia jo 1980 -luvulla, mutta vasta 21. vuosisadalla niitä alettiin käyttää kaikkialla. Laitteet ovat muuttuneet halvemmiksi, ja nyt kulutushyödykkeinä käytetään paitsi muovia myös metalleja, betonia, ruokaa ja jopa eläviä soluja.

Suurin 3D -tulostettu rakennus on Dubain kunta (UAE), jonka pinta -ala on 641 neliömetriä. m. Kaksikerroksinen 9,5 m korkea futuristinen rakennus luotiin Dubain kunnasta tulee maailman suurin 3D -painettu rakennus valmistettu kipsipohjaisesta materiaalista. Ja Amsterdamissa pystytettiin 3D -tulostimien avulla Joris Laarmanin 3D-painettu ruostumattomasta teräksestä valmistettu silta avautuu vihdoin Amsterdamissa 12-metrinen ruostumattomasta teräksestä valmistettu kävelysilta.

Israelin tutkijat käyttivät Tutkijat 3D -tulostavat sydämen, jossa on ihokudosta ja verisuonia 3D -tulostin keinotekoisen sydämen tulostamiseen. Kokeellinen elin, kirsikan kokoinen, koostui hydrogeelistä, joka perustui eläviin soluihin, jotka muodostivat kammioita ja verisuonia. Ranskalainen Poietis loi yrityksen Ranskalainen start-up kehittää ainutlaatuisen tekniikan elävien kudosten 4D-laserbiopainatukseen keinotekoinen iho, jossa on neljäulotteinen rakenne, joka auttaa potilaita palovammojen ja vakavien vammojen jälkeen, ja on kehittänyt tekniikoita muiden ihmiskehon kudosten tulostamiseksi.

Siellä on myös paikka 3D -tulostukseen jokapäiväisessä elämässä. Voit esimerkiksi tilata perinteisen 3D -tulostimen muovisten hahmojen ja osien luomiseksi tai ostaa laitteen elintarvikkeiden tulostamiseen pizzasta jälkiruokiin ja gourmet -sisustukseen. Globaalista näkökulmasta elintarvikkeiden 3D -tulostuksen pitäisi vähentyä Ruoan 3D -tulostus vähentää ruokahävikkiä ruokahävikin määrä planeetalla ja tehdä Opas 3D -painettuun ruokaan - vallankumous keittiössä? jopa ruokavalion ateriat ovat herkullisia.

2. Lisätty todellisuus

Se sekoitetaan usein virtuaalitodellisuuteen, mutta nämä ovat täysin erilaisia ​​tekniikoita. Virtuaalitodellisuus on täysin digitaalinen maailma, jonka voit nähdä erikoislasien tai kypärän kautta, jossa on näytöt jokaiselle silmälle. Lisätty todellisuusteknologian avulla digitaaliset esineet lisätään totuttuun maailmaan.

Lisätyn todellisuuden juuret ovat 1900 -luvulla, mutta vain muutama vuosi sitten laskentateho mahdollisti tekniikan käyttöönoton lähes kaikkialla - kouluista ja päiväkodeista autojen kokoonpanolinjoihin tehtaita. Ja tätä varten et tarvitse monimutkaisia ​​kalliita laitteita - tavallinen älypuhelin riittää.

Se toimii yksinkertaisesti. Älypuhelimen tai muun gadgetin kamera ottaa kuvia kaikesta ympärillään, ja gyroskooppi tai kiihtyvyysmittari seuraa laitteen sijainnin muutosta avaruudessa. Sitten tarvittavat esineet asetetaan kameran kuvaan - vihjeitä, kirjoituksia tai hauskoja virtuaalisia hahmoja. Ne liikkuvat kameran kuvan mukana, ja kun katsot näyttöä, näet kaksi todellisuutta kerralla - objektiivinen ja digitaalinen.

Lisätty todellisuus helpottaa oppimista Lisätty todellisuus kieltenopetuksessa ja oppimisessa? uusia kieliä: esimerkiksi älypuhelin voi tunnistaa ympärillä olevat esineet ja allekirjoittaa ne. Tekniikka auttaa kirurgeja Lisätty todellisuus: lääketieteen tulevaisuus suorittaa toimintoja ja insinöörit kerätä Upskill ja Boeing käyttävät kattoikkunaa uudelleen johtosarjan kokoonpanoon monimutkaisia ​​laitteita ja antaa vihjeitä prosessista. Kuljettajat voivat nauttia lisätyn todellisuuden navigoinnista, kun reittikartta on näkyvissä Miten lisätty todellisuus vaikuttaa autoteollisuuteen nykyään? tien yli, suunnittelijat - näytä Lisätty todellisuuden nousu sisustussuunnittelussa ja kiinteistökehityksessäasiakkaille uusi sisustus asunnossa ennen remonttia. Ja ravintolassa kävijä voi harkita ennen tarjoilua Kuinka lisätty todellisuus (AR) muuttaa ruokapalvelualaa häntä kaikin puolin rauhassa, joka on edelleen fyysisesti tyhjä.

3. Täysin keinotekoinen sydän

Ihmisten elinten toimivia prototyyppejä on ollut olemassa jo pitkään, mutta useimmiten ne olivat monimutkaisia ​​kiinteitä järjestelmiä, joiden avulla tuskin olisi mahdollista poistua sairaalasta. Vuonna 2021 tutkijat ja lääkärit pystyivät kehittämään ja istuttamaan täysin keinotekoisen sydämen ensimmäistä kertaa.

Duke -yliopistollisen sairaalan kirurgien ryhmä Jacob Schroederin ja Carmelo Milanon johdolla esiintyi Uuden sukupolven keinotekoinen sydän istutettiin Duken potilaaseen - ensimmäinen Yhdysvalloissa onnistunut elinkorvaus 39-vuotiaalle Matthew Moorelle, joka kärsi sydämen vajaatoiminnasta. Implantaatin avulla hän pystyy johtamaan melkein tutun naisen

elämä-asuminen sukulaisten ympäröimänä, kaksivuotiaan pojan kasvattaminen, kauppaan ja töihin meneminen, matkustaminen.

Ainoa haitta on, että keinotekoinen sydän saa virtansa ulkoisesta akusta, joka kestää noin 4 tuntia. Laitteen ohjausyksikkö on myös sijoitettu ihmiskehon ulkopuolelle. Siksi potilaan on kuljetettava noin 4 kilon painoinen pussi ja yhdistettävä säännöllisesti sairaalaan tietokoneeseen laitteen tilan seuraamiseksi.

4. Uudelleenkäytettävät raketit

SpaceX on kehittänyt raketteja, jotka voidaan ottaa talteen ja käyttää uudelleen. Tämä tehokas ja edullinen vaihtoehto kertakäyttöisille raketteille voi alentaa rahdin toimittamisesta kiertoradalle aiheutuvia kustannuksia.

Raketin ensimmäinen laukaisu tapahtui 30. maaliskuuta 2017. SpaceX lähetetty Falcon 9: ensimmäinen kiertoradan luokan raketti, joka pystyy palaamaan avaruuteen Falcon 9 on malli, jossa on yhdeksän nestemäistä Merlin-moottoria, jotka toimivat RP-1-kerosiinilla ja nestemäisellä hapella. Myöhemmin lanseerattu Falcon Heavy: maailman tehokkain raketti Falcon Heavy ja kolme muunnettua Falcon 9: n ensimmäistä vaihetta: yhtä käytettiin keskusyksikkönä, kahta sivuvahvistimena.

Koko rakettia ei voida kutsua uudelleenkäytettäväksi, vaan vain sen ensimmäiseksi kahdesta vaiheesta. Siinä on paluujärjestelmät ja laskeutuminen pystysuoraan laskeutumisalustalle tai lavalle, joka kelluu meressä. Askel kestää SpaceX: n eniten lentänyt Falcon 9 -raketti on nokinen veteraani 10 laukaisun ja laskeutumisen jälkeen (kuvat) jopa kymmenen käynnistystä.

Myöhemmin lanseerattiin Amazonin toimitusjohtajan Jeff Bezosin perustama Blue Origin Uusi shepard sen uusi Shepard-yksivaiheinen uudelleenkäytettävä raketti. Se toimii vedyn ja hapen avulla ja on suunniteltu suborbitaalilentoihin. Uusi Shepard soveltuu avaruusmatkailuun, mutta toisin kuin Falcon, se ei pysty asettamaan keinotekoisia maasatelliitteja kiertoradalle.

5. Suuritiheyksiset paristot

Uudet erillislaitteet tarvitsevat paljon virtaa ilman pistorasiaa mahdollisimman pitkään. Samaan aikaan paristojen on oltava kompakteja ja turvallisia - esimerkiksi ne eivät saa räjähtää kuumennettaessa tai mekaanisesti vaurioituneena.

Pennsylvanian akku- ja energianvarastointiteknologiakeskuksen (BEST) tiimi on luotu Suuritehoinen litiumioniakku on turvallisempi sähköajoneuvoille turvallinen ja tehokas litiumioniakku, jonka avulla sähköajoneuvo voi matkustaa jopa 1,6 miljoonaa kilometriä. Testien aikana siihen kiristettiin kirjaimellisesti nauloja, jotka aiheuttivat oikosulun. Mutta vaurioituneen kennon lämpötila nousi vain 100 astetta - ja normaalissa akussa ero olisi 1000 celsiusastetta.

Myös Samsungin tutkijat tekivät läpimurron: he kehittyivät Samsung paljastaa uuden SSD -litiummetalliakun, jonka tiheys on 900 Wh / l 900 Wh / L solid-litium-metalli-akku. Se on 50% pienempi kuin nykyiset paristot ja suunniteltu ilman nestemäistä elektrolyyttiä. Ajan myötä akku ei heikkene - latauksen määrä, jonka se voi kerätä, pysyy samana.

6. Bioninen käsi

2000 -luvun bioniset proteesit voivat korvata lähes kokonaan luonnolliset raajat. Tiedemiehet ovat antaneet paitsi mahdollisuuden liikuttaa niitä ikään kuin omin käsin, mutta jopa palauttaneet kyvyn tuntea - tunteen impulssit välittyvät suoraan aivoihin.

Tutkijat Johns Hopkinsin yliopistosta Yhdysvalloissa ovat luoneet Modulaarinen proteesiraaja MPL (Modular Prosthetic Limb), joka pystyy suorittamaan lähes kaikki liikkeet, joihin ihmisen käsi pystyy. Siinä on yli 100 anturia sekä erikoismoottorit, jotka tarjoavat tavanomaista voimaa ja ketteryyttä.

Proteesi on varustettu kosketustunnistimilla, ja sen avulla voit määrittää esineiden sijainnin, lämpötilan ja rakenteen. Ja hermoliitäntä tarjoaa intuitiivisen ja luonnollisen hallinnan keinotekoiselle kädelle - ajattele vain sen suorittamista.

7. Grafeeni

Ensimmäisen tunnetun todella kaksiulotteisen kristallin olemassaolo (kidehila, jonka paksuus on yksi atomi) Vuonna 2004 tutkijat Andrei Geim ja Konstantin Novoselov vahvistettiin kokeellisesti ensimmäistä kertaa, ja vuonna 2010 he saivat Fysiikan Nobel -palkinto 2010Fysiikan Nobel -palkinto.

Pohjimmiltaan grafeeni on yhden atomin paksu kalvo grafiittia (kiteytynyttä hiiltä). Sitä ei voitu saada pitkään aikaan epävakauden vuoksi. Game ja Novoselov käytetty Sähkökentän vaikutus atomisesti ohuissa hiilikalvoissa hapetettua piisubstraattia 2D -kalvon stabiloimiseksi.

Grafeeni on erittäin kestävä mutta erittäin joustava. Se johtaa virtaa ja elektronit liikkuvat siinä Fyysikot osoittavat, että elektronit voivat matkustaa yli 100 kertaa nopeammin grafeenissa kuin piissä nopeammin kuin kaikissa tunnetuissa materiaaleissa. Erityisesti se on 100 kertaa nopeampi kuin pii, josta modernit prosessorit valmistetaan.

Grafeenia käyttämällä on mahdollista luoda erittäin hienoja suodattimia, kosketusnäyttöjä, antureita, tehokkaita katalyyttisoluja, nanokanavia DNA: n kanssa työskentelyä varten ja komponentteja erittäin tarkkaan elektroniikkaan. Grafeenisirut parantavat tietokoneiden suorituskykyä ja nopeuttavat tiedonsiirtoa, tekevät laitteista tehokkaampia ja pienempiä.

8. Miehittämättömät ajoneuvot

Kehitys tekoälyssä, suuri laskentateho, korkea langaton siirtonopeus tiedot ja tarkat anturit - kaikki tämä toimi perustana sellaisten autojen luomiselle, jotka pärjäävät ilman kuljettaja. He tarkistavat liikennetilanteen reaaliajassa, tunnistavat jalankulkijat ja liikennemerkit ja voivat tehdä päätöksen vaikeassa tilanteessa sekunnin murto -osassa.

Vuonna 2021 Tesla Model 3, jossa oli FSD (Full Self-Driving) -järjestelmä, ajoi itsenäisesti Teslan autopilotti FSD San ​​Franciscosta Los Angelesiin ilman väliintuloa San Franciscosta Los Angelesiin ja takaisin on noin 2400 kilometriä. Auto selviytyi tehtävästä menestyksekkäästi jopa vilkkailla kaupungin kaduilla ja teki kaksi pysähdystä ladatakseen akun.

Mutta automaattiohjausta ei kehitetä vain henkilökohtaisiin autoihin. Esimerkiksi Yhdysvalloissa Waymo -käynnistys käynnistettiin vuonna 2020 Waymo avaa täysin kuljettajattoman palvelunsa suurelle yleisölle Phoenixissa miehittämätön taksipalvelu. Autoja ei ole paljon, mutta matkat ovat kaikkien saatavilla.

Miehittämättömät taksit tulevat Venäjälle Yandex kertoi, missä ensimmäiset miehittämättömät taksit ilmestyvät Moskovaan tänä syksynä - kuitenkin kokeilutilassa. Yhtiön valitsemat testikokeilijat voivat ajaa autossa ilman kuljettajaa Yasenevon alueella Moskovassa.

Toinen miehittämättömien ajoneuvojen sovellus on rahdin kuljetus. NVIDIA Drive Platform auttaa jo Miehittämättömät kuorma -autot kuorma -autonkuljettajia tiellä ja voivat pian korvata ne tavallisilla reiteillä. Myös Tesla ja muut yritykset työskentelevät tähän suuntaan.

9. Geenien editointi

Vuonna 2012 yhdysvaltalainen Jennifer Doudna ja ranskalainen Emmanuelle Charpentier kehittivät CRISPR-Cas9-molekyylityökalun, jota kutsutaan ”geneettisiksi saksiksi”. Tästä tieteellisestä läpimurrosta vuonna 2020 he saivat Emmanuelle Charpentier ja Jennifer Doudna voittivat kemian Nobel -palkinnon vuonna 2020 Kemian Nobel -palkinto.

CRISPR - Cas9 mahdollistaa kasvien ja eläinten geenien muokkaamisen. Tämä avaa uusia mahdollisuuksia jalostukseen ja voi estää tautien leviämisen - esimerkiksi jos hyttysgeenit muuttuvat, ne eivät voi sietää malariaa ja Lymen tautia.

CRISPR - Cas9 on jo osallistunut syövän hoitoon. Käynnissä on tutkimus, joka voi säästää tulevaisuudessa Mitä ovat genomin muokkaus ja CRISPR - Cas9? perinnöllisistä sairauksista ja geneettisistä mutaatioista.

Mutta on väärin ajatella, että CRISPR-Cas9 avaa tien GMO: ille. Ensinnäkin geneettisesti muunnetut organismit saivat ensimmäisen kerran Herbert W. Boyer ja Stanley N. Cohen vuonna 1972. CRISPR - Cas9 voi vain parantaa DNA: n muuntamisen tarkkuutta ja päästä eroon negatiivisista sivuvaikutuksista.

Muuten, ihmisen genomin kartta on myös 2000 -luvun saavutus. Pääosa ihmisen genomiprojektin työstä on saatu päätökseen Ihmisen genomiprojekti vuonna 2003.

10. Humanoidirobotit

Robotti Atlas Atlas: dynaamisin humanoidirobotti Boston Dynamicsilta - Internetin rakkaalta: hän osaa tehdä kuperkeikkoja, pysyä jaloillaan voimakkaiden iskujen jälkeen, pystyy voittamaan esteet ja jopa tanssimaan. Kehittäjät kutsuvat sitä tutkimusalustaksi, joka on suunniteltu laajentamaan koko kehon liikkuvuuden rajoja ja dynaamisin humanoidirobotti.

Itse asiassa Atlasilla ja muilla Boston Dynamics -malleilla - kuten Spot -robottikoira ja Stretch -robottikuormaaja - on syviä käytännön vaikutuksia. He pystyvät korvaamaan ihmiset vaikeissa tai vaarallisissa olosuhteissa: etsimään uhreja rakennusten raunioiden alla tai sisällä tulipaloja, tutkia syrjäisiä alueita, toimittaa tavaroita ja suorittaa tylsää rutiinia ympäri vuorokauden toimintaa.

Humanoidiroboteille on muitakin sovelluksia. Esimerkiksi mallikonsultteja, kumppaneita ja tarjoilijoita, vammaisten avustajia kehitetään.

Ja venäläinen robotti Fedor jopa vieraili Twitter fedor37516789 avaruudessa vuonna 2019. Hän osaa ajaa autoa ja mönkijää, avata ovia, kiivetä portaita, kävellä labyrintin läpi, ampua ja työskennellä poralla.