Kā zinātnieki padara mūsu dzīvi gaišāku, garāku un ērtāku: 10 noderīgi 21. gadsimta zinātniskie atklājumi un izgudrojumi

1. 3D drukas tehnoloģijas

Parādījās pirmie 3D printeriInfografika: 3D drukāšanas vēsture vēl pagājušā gadsimta astoņdesmitajos gados, bet tikai 21. gadsimtā tos sāka lietot visur. Ierīces ir kļuvušas lētākas, un tagad tām kā palīgmateriāli tiek izmantota ne tikai plastmasa, bet arī metāli, betons, pārtika un pat dzīvas šūnas.

Lielākā 3D drukātā ēka ir Dubaijas pašvaldība (AAE) ar platību 641 kv. m. Tika izveidota 9,5 m augsta divstāvu futūristiska ēka Dubaijas pašvaldība kļūs par pasaulē lielāko 3D drukāto ēku izgatavots no materiāla uz ģipša bāzes. Un Amsterdamā ar 3D printeru palīdzību viņi uzcēla Jorisa Lārmana 3D drukātā nerūsējošā tērauda tilts beidzot tiek atvērts Amsterdamā 12 metru gara nerūsējošā tērauda laipa.

Izraēlas zinātnieki izmantoja Pētnieki 3D izdrukā sirdi ar cilvēka audiem un asinsvadiem

3D printeris mākslīgās sirds drukāšanai. Izmēģinājuma orgāns, ķirša lielumā, sastāvēja no hidrogela, kura pamatā bija dzīvās šūnas, kas veidoja kameras un asinsvadus. Un franču kompānija Poietis radīja Francijas jaunizveidotais uzņēmums izstrādā unikālu tehnoloģiju dzīvo audu 4D lāzera bioprintēšanai mākslīgā āda ar četrdimensiju struktūru, kas palīdzēs pacientiem pēc apdegumiem un nopietniem ievainojumiem, un ir izstrādājusi tehnoloģijas citu cilvēka ķermeņa audu drukāšanai.

Ikdienā ir vieta arī 3D drukāšanai. Piemēram, varat pasūtīt parasto 3D printeri, lai izveidotu plastmasas figūriņas un detaļas, vai arī nopirkt ierīci pārtikas drukāšanai, sākot no picas līdz desertiem un beidzot ar gardēžu dekoru. Globālā perspektīvā pārtikas 3D drukāšanai vajadzētu samazināties Pārtikas 3D drukāšana samazina pārtikas atkritumus pārtikas atkritumu daudzumu uz planētas un padarīt Ceļvedis 3D drukātajai pārtikai - revolūcija virtuvē? pat diētiskās maltītes ir diezgan ēstgribas.

2. Paplašinātā realitāte

To bieži sajauc ar virtuālo realitāti, taču tās ir pilnīgi atšķirīgas tehnoloģijas. Virtuālā realitāte ir pilnīgi digitāla pasaule, kuru var redzēt caur īpašām brillēm vai ķiveri ar ekrāniem katrai acij. Ar paplašinātās realitātes tehnoloģiju palīdzību digitālie objekti tiek pievienoti reālās pasaules attēlam, pie kura esam pieraduši.

Paplašinātās realitātes saknes meklējamas 20. gadsimtā, bet tikai pirms dažiem gadiem skaitļošanas jauda ļāva tehnoloģiju ieviest gandrīz visur - no skolām un bērnudārziem līdz automašīnu montāžas līnijām rūpnīcas. Un tam jums nav vajadzīgas sarežģītas dārgas ierīces - pietiek ar parastu viedtālruni.

Tas darbojas pavisam vienkārši. Viedtālruņa vai cita sīkrīka kamera uzņem visu apkārtējo, un žiroskops vai akselerometrs uzrauga ierīces stāvokļa izmaiņas telpā. Pēc tam uz attēla no kameras tiek uzlikti nepieciešamie objekti - mājieni, uzraksti vai smieklīgi virtuāli varoņi. Viņi pārvietojas kopā ar attēlu no kameras, un, paskatoties uz ekrānu, jūs uzreiz redzat divas realitātes - mūsu objektīvo un digitālo.

Paplašinātā realitāte atvieglo mācīšanos Paplašinātā realitāte valodu mācīšanā un apguvē? jaunas valodas: piemēram, viedtālrunis var atpazīt apkārt esošos objektus un tos parakstīt. Tehnoloģijas palīdz ķirurgiem Paplašinātā realitāte: medicīnas nākotne veikt operācijas, bet inženieri - savākt Upskill un Boeing izmanto jumta logu, lai no jauna izgudrotu vadu instalāciju sarežģītas ierīces, sniedzot norādes šajā procesā. Autovadītāji var baudīt papildinātās realitātes navigāciju, kad tiek parādīta maršruta karte Kā paplašinātā realitāte mūsdienās ietekmē autobūvi? pāri ceļam, dizaineri - parādīt Paplašinātās realitātes pieaugums interjera dizainā un īpašuma attīstībāklientiem pirms remonta tiek piedāvāts jauns interjers dzīvoklī. Un restorānā apmeklētājs var apsvērt pirms ēdiena pasniegšanas Kā paplašinātā realitāte (AR) pārveido pārtikas pakalpojumu nozari viņu no visām pusēm mierīgi, kas joprojām ir fiziski tukšs.

3. Pilnībā mākslīga sirds

Cilvēka orgānu darba prototipi pastāv jau ilgu laiku, taču biežāk tie bija sarežģītas stacionāras sistēmas, ar kurām diez vai būtu iespējams iziet no slimnīcas. 2021. gadā zinātniekiem un ārstiem pirmo reizi izdevās izstrādāt un implantēt pilnīgi mākslīgu sirdi.

Uzstājās Djūka universitātes slimnīcas ķirurgu komanda, kuru vadīja Jēkabs Šrēders un Karmelo Milano Hercoga pacientam implantēta jaunās paaudzes mākslīgā sirds - pirmā ASV veiksmīga orgānu nomaiņa 39 gadus vecajam Metjū Mūram, kurš cieta no sirds mazspējas. Ar implantu viņš varēs vadīt gandrīz pazīstamu sievieti

dzīve-dzīvošana radinieku ieskauta, audzina divgadīgu dēlu, dodas uz veikalu un uz darbu, ceļo.

Vienīgās neērtības ir tādas, ka mākslīgo sirdi darbina ārējs akumulators, kas ilgst aptuveni 4 stundas. Ierīces vadības kontrolieris ir novietots arī ārpus cilvēka ķermeņa. Tādēļ pacientam būs jānes apmēram 4 kilogramus smags maiss un slimnīcā regulāri jāpievienojas datoram, lai uzraudzītu ierīces stāvokli.

4. Atkārtoti lietojamas raķetes

SpaceX ir izstrādājis raķetes, kuras var atgūt un izmantot atkārtoti. Šī efektīvā un lētā alternatīva vienreiz lietojamām raķetēm var samazināt kravas nogādāšanas orbītā izmaksas.

Pirmā raķetes atkārtota palaišana notika 2017. gada 30. martā. SpaceX nosūtīts Falcon 9: pirmā orbītas klases raķete, kas spēj atgriezties kosmosā Falcon 9 ir modelis ar deviņiem Merlin šķidruma dzinējiem, kas darbojas ar RP-1 petroleju un šķidro skābekli. Vēlāk palaists Falcon Heavy: pasaules spēcīgākā raķete Falcon Heavy ar trim pārveidotiem Falcon 9 pirmajiem posmiem: viens tika izmantots kā centrālā vienība, divi - kā sānu pastiprinātāji.

Ne visu raķeti var saukt par atkārtoti lietojamu, bet tikai tās pirmo no diviem posmiem. Tam ir atgriešanās un vertikālas nosēšanās sistēmas uz nosēšanās paliktņa vai platformas, kas peld okeānā. Pakāpiens iztur SpaceX visvairāk lidotā Falcon 9 raķete ir kvēpu veterāns pēc 10 palaišanas un nolaišanās (fotogrāfijas) līdz desmit startiem.

Vēlāk tika uzsākta uzņēmuma Blue Origin dibināšana, kuru dibināja Amazon izpilddirektors Džefs Bezoss Jauns shepards tā jaunā Shepard vienpakāpes atkārtoti lietojama raķete. Tas darbojas ar ūdeņradi un skābekli un ir paredzēts suborbitāliem lidojumiem. Jaunais Šepards ir piemērots kosmosa tūrismam, taču atšķirībā no Falcon tas nespēs orbītā nogādāt mākslīgos zemes pavadoņus.

5. Augsta blīvuma baterijas

Jaunām atsevišķām ierīcēm ir nepieciešams daudz enerģijas, lai pēc iespējas ilgāk darbotos bez kontaktligzdas. Tajā pašā laikā baterijām jābūt kompaktām un drošām - piemēram, tās nedrīkst eksplodēt, kad tās sakarst vai ir mehāniski bojātas.

Izveidota Pensilvānijas akumulatoru un enerģijas uzglabāšanas tehnoloģiju centra (BEST) komanda Augstas enerģijas litija jonu akumulators ir drošāks elektriskajiem transportlīdzekļiem drošu un jaudīgu litija jonu akumulatoru, kas ļaus elektriskajam transportlīdzeklim nobraukt līdz 1,6 miljoniem kilometru. Pārbaužu laikā tajā burtiski tika iekautas naglas, lai radītu īssavienojumu. Bet bojātā elementa temperatūra pieauga tikai par 100 grādiem pēc Celsija - un parastajā akumulatorā atšķirība būtu 1000 grādu pēc Celsija.

Samsung pētnieki arī veica izrāvienu: viņi attīstījās Samsung atklāj jaunu cietvielu litija metāla akumulatoru ar 900Wh / l blīvumu Cietvielu litija metāla akumulators ar blīvumu 900 Wh / L. Tas ir par 50% kompaktāks nekā esošās baterijas, un tas ir izstrādāts, neizmantojot šķidro elektrolītu. Laika gaitā akumulators nepasliktinās - uzlādes apjoms, ko tas var uzkrāt, paliek nemainīgs.

6. Bioniskā roka

Bioniskās protēzes 21. gadsimtā var gandrīz pilnībā aizstāt dabiskās ekstremitātes. Zinātnieki ir nodrošinājuši ne tikai iespēju tos pārvietot it kā ar savām rokām, bet pat atdevuši spēju sajust - sajūtu impulsi tiek pārraidīti tieši uz smadzenēm.

Pētnieki no Džona Hopkinsa universitātes ASV ir izveidojuši Moduļu protēze MPL (Modular Prosthetic Limb), kas spēj veikt gandrīz visas kustības, uz kurām spēj cilvēka roka. Tam ir vairāk nekā 100 sensori, kā arī īpaši motori, kas nodrošina parasto izturību un veiklību.

Protēze ir aprīkota ar taustes sensoriem un ļauj noteikt objektu atrašanās vietu, temperatūru un faktūru. Un neironu saskarne nodrošina intuitīvu un dabisku mākslīgās rokas kontroli - vienkārši padomājiet par darbību, lai to veiktu.

7. Grafēns

Pirmā zināmā patiesi divdimensiju kristāla (ar viena atoma biezu kristāla režģi) esamība 2004. gadā zinātnieki Andrejs Geims un Konstantīns Novoselovs pirmo reizi tika eksperimentāli apstiprināti, un 2010. gadā viņi saņēma Nobela prēmija fizikā 2010Nobela prēmija fizikā.

Būtībā grafēns ir viena atoma bieza grafīta (kristalizēta oglekļa) plēve. Nestabilitātes dēļ to nevarēja iegūt ilgu laiku. Spēle un Novoselovs Elektriskā lauka efekts atomiski plānās oglekļa plēvēs oksidēts silīcija substrāts, lai stabilizētu 2D plēvi.

Grafēns ir ļoti izturīgs, taču ļoti elastīgs. Tas vada strāvu, un tajā pārvietojas elektroni Fiziķi rāda, ka elektroni var ceļot vairāk nekā 100 reizes ātrāk grafēnā nekā silīcijā ātrāk nekā visos zināmos materiālos. Jo īpaši tas ir 100 reizes ātrāks nekā silīcijs, no kura tiek izgatavoti mūsdienīgi procesori.

Izmantojot grafēnu, ir iespējams izveidot īpaši smalkus filtrus, skārienekrāna displejus, sensorus, augstas efektivitātes katalītiskās šūnas, nanokanālus darbam ar DNS un augstas precizitātes elektronikas komponentus. Grafēna mikroshēmas uzlabos datoru veiktspēju un paātrinās datu pārsūtīšanu, padarīs ierīces jaudīgākas un kompaktākas.

8. Bezpilota transportlīdzekļi

Mākslīgā intelekta sasniegumi, liela skaitļošanas jauda, ​​augsts bezvadu pārraides ātrums dati un precīzi sensori - tas viss kalpoja par pamatu tādu automašīnu radīšanai, bez kurām var iztikt šoferis. Viņi reālā laikā skenē satiksmes situāciju, atpazīst gājējus un ceļa zīmes un var pieņemt lēmumu sarežģītā situācijā sekundes laikā.

2021. gadā Tesla Model 3 ar FSD (Full Self-Driving) sistēmu brauca neatkarīgi Tesla autopilota FSD Sanfrancisko uz Losandželosu ar nulles iejaukšanos no Sanfrancisko līdz Losandželosai un atpakaļ ir aptuveni 2400 kilometru. Automašīna veiksmīgi tika galā ar uzdevumu pat rosīgās pilsētas ielās un divas reizes apstājās, lai uzlādētu akumulatoru.

Taču autopilots tiek izstrādāts ne tikai personīgajām automašīnām. Piemēram, ASV 2020. gadā tika uzsākts jaunuzņēmums Waymo Waymo Fīniksā plašākai sabiedrībai atver savu bez vadītāja pakalpojumu bezpilota taksometru pakalpojumi. Automašīnu nav daudz, bet braucieni ir pieejami ikvienam.

Krievijā parādīsies bezpilota taksometri Yandex pastāstīja, kur Maskavā parādīsies pirmie bezpilota taksometri šoruden - tomēr līdz šim eksperimentālā režīmā. Uzņēmuma izraudzītie testa dalībnieki varēs braukt automašīnā bez vadītāja Jasenevas apgabalā Maskavā.

Vēl viens bezpilota transportlīdzekļu pielietojums ir kravu pārvadājumi. NVIDIA diska platforma jau palīdz Bezpilota kravas automašīnas kravas automašīnu vadītājiem uz ceļa, un drīzumā varēs tos aizstāt standarta maršrutos. Tesla un citi uzņēmumi arī strādā šajā virzienā.

9. Gēnu rediģēšana

2012. gadā Dženifera Doudna no ASV un Emmanuelle Charpentier no Francijas izstrādāja molekulāro rīku CRISPR-Cas9, ko sauc par “ģenētiskajām šķērēm”. Par šo zinātnisko sasniegumu 2020. gadā viņi saņēma Emmanuelle Charpentier un Jennifer Doudna ieguva Nobela prēmiju ķīmijā 2020 Nobela prēmija ķīmijā.

CRISPR - Cas9 ļauj rediģēt augu un dzīvnieku gēnus. Tas paver jaunas iespējas vairoties un var apturēt slimību izplatīšanos - piemēram, ja tiek mainīti odu gēni, tie nevar paciest malāriju un Laima slimību.

CRISPR - Cas9 jau ir veicinājis vēža ārstēšanu. Notiek pētījumi, kas nākotnē var ietaupīt Kas ir genoma rediģēšana un CRISPR - Cas9? no iedzimtām slimībām un ģenētiskām mutācijām.

Bet ir nepareizi domāt, ka CRISPR-Cas9 pavērs ceļu ĢMO. Pirmkārt, ģenētiski modificētie organismi ir saņēmuši pirmo reizi Herberts V. Boijers un Stenlijs N. Koens jau 1972. gadā. CRISPR - Cas9 var tikai uzlabot DNS modifikācijas precizitāti un atbrīvoties no negatīvām blakusparādībām.

Starp citu, arī cilvēka genoma karte ir 21. gadsimta sasniegums. Pabeigta darba daļa pie cilvēka genoma projekta Cilvēka genoma projekts 2003. gadā.

10. Humanoīdu roboti

Robotu atlants Atlass: visdinamiskākais humanoīdu robots no Boston Dynamics - interneta mīlulis: viņš zina, kā darīt kūleņus, palikt uz kājām pēc spēcīgiem sitieniem, spēj pārvarēt šķēršļus un pat dejot. Izstrādātāji to sauc par pētniecības platformu, kas paredzēta, lai pārvarētu visa ķermeņa mobilitātes robežas, un visdinamiskāko humanoīdu robotu.

Faktiski Atlas un citiem Boston Dynamics modeļiem - piemēram, robotizētajam sunim Spot un robotajam iekrāvējam Stretch - ir dziļas praktiskas sekas. Viņi spēj aizstāt cilvēkus sarežģītos vai bīstamos apstākļos: meklēt upurus zem ēku gruvešiem vai iekšā ugunsgrēkus, izpētīt nomaļus rajonus, piegādāt preces un pabeigt garlaicīgas darbības visu diennakti operācijas.

Ir arī citi humanoīdu robotu pielietojumi. Piemēram, tiek izstrādāti modeļu konsultanti, pavadoņi un viesmīļi, palīgi cilvēkiem ar invaliditāti.

Un krievu robots Fjodors pat apmeklēja Čivināt fedor37516789 kosmosā 2019. Viņš zina, kā vadīt automašīnu un visurgājēju, atvērt durvis, kāpt pa kāpnēm, staigāt pa labirintu, šaut un strādāt ar urbi.