Πώς οι επιστήμονες κάνουν τη ζωή μας φωτεινότερη, μεγαλύτερη και πιο βολική: 10 χρήσιμες επιστημονικές ανακαλύψεις και εφευρέσεις του 21ου αιώνα

1. Τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης

Εμφανίστηκαν οι πρώτοι τρισδιάστατοι εκτυπωτέςInfographic: Η ιστορία της τρισδιάστατης εκτύπωσης τη δεκαετία του 1980, αλλά μόνο στον 21ο αιώνα άρχισαν να χρησιμοποιούνται παντού. Οι συσκευές έχουν γίνει φθηνότερες, και τώρα όχι μόνο το πλαστικό, αλλά και τα μέταλλα, το σκυρόδεμα, τα τρόφιμα και ακόμη και τα ζωντανά κύτταρα χρησιμοποιούνται ως αναλώσιμα γι 'αυτές.

Το μεγαλύτερο κτίριο με 3D εκτύπωση είναι ο Δήμος του Ντουμπάι (ΗΑΕ) με έκταση 641 τετρ. μ. Δημιουργήθηκε το διώροφο φουτουριστικό κτίριο ύψους 9,5 μ Ο Δήμος του Ντουμπάι θα γίνει το μεγαλύτερο τρισδιάστατο κτήριο στον κόσμο κατασκευασμένο από υλικό με βάση γύψο. Και στο Άμστερνταμ, με τη βοήθεια τρισδιάστατων εκτυπωτών, έστησαν

Η 3D εκτυπωμένη γέφυρα από ανοξείδωτο ατσάλι του Joris Laarman ανοίγει τελικά στο Άμστερνταμ Πεζογέφυρα από ανοξείδωτο ατσάλι 12 μέτρων.

Ισραηλινοί επιστήμονες χρησιμοποίησαν Οι ερευνητές εκτυπώνουν 3D μια καρδιά με ανθρώπινο ιστό και αιμοφόρα αγγεία Τρισδιάστατος εκτυπωτής για εκτύπωση τεχνητής καρδιάς. Το πειραματικό όργανο, σε μέγεθος κερασιού, αποτελείτο από μια υδρογέλη βασισμένη σε ζωντανά κύτταρα που σχημάτιζαν θαλάμους και αιμοφόρα αγγεία. Και η γαλλική εταιρεία Poietis δημιούργησε Η γαλλική start-up αναπτύσσει μοναδική τεχνολογία για 4D Laser Bioprinting of Living Tissue τεχνητό δέρμα με τετραδιάστατη δομή, που θα βοηθήσει τους ασθενείς μετά από εγκαύματα και σοβαρούς τραυματισμούς, και έχει αναπτύξει τεχνολογίες για την εκτύπωση άλλων ιστών του ανθρώπινου σώματος.

Υπάρχει επίσης μια θέση για τρισδιάστατη εκτύπωση στην καθημερινή ζωή. Για παράδειγμα, μπορείτε να παραγγείλετε έναν συμβατικό τρισδιάστατο εκτυπωτή για τη δημιουργία πλαστικών ειδωλίων και εξαρτημάτων ή να αγοράσετε μια συσκευή για εκτύπωση φαγητού, από πίτσα μέχρι επιδόρπια έως γκουρμέ διακόσμηση. Σε παγκόσμια προοπτική, η τρισδιάστατη εκτύπωση τροφίμων θα πρέπει να μειώσει Η τρισδιάστατη εκτύπωση τροφίμων μειώνει τη σπατάλη τροφίμων την ποσότητα των απορριμμάτων τροφίμων στον πλανήτη και την παραγωγή Ένας οδηγός για τρισδιάστατα τυπωμένα τρόφιμα - επανάσταση στην κουζίνα; ακόμη και τα διαιτητικά γεύματα είναι αρκετά ορεκτικά.

2. Επαυξημένης πραγματικότητας

Συχνά συγχέεται με την εικονική πραγματικότητα, αλλά αυτές είναι εντελώς διαφορετικές τεχνολογίες. Η εικονική πραγματικότητα είναι ένας εντελώς ψηφιακός κόσμος που μπορείτε να δείτε μέσω ειδικών γυαλιών ή κράνους με οθόνες για κάθε μάτι. Με τη βοήθεια της τεχνολογίας επαυξημένης πραγματικότητας, ψηφιακά αντικείμενα προστίθενται στην εικόνα του πραγματικού κόσμου στον οποίο έχουμε συνηθίσει.

Οι ρίζες της επαυξημένης πραγματικότητας βρίσκονται στον 20ό αιώνα, αλλά πριν από λίγα χρόνια η υπολογιστική δύναμη επέτρεψε την εισαγωγή της τεχνολογίας σχεδόν παντού - από σχολεία και νηπιαγωγεία έως γραμμές συναρμολόγησης αυτοκινήτων εργοστάσια. Και για αυτό δεν χρειάζεστε περίπλοκες ακριβές συσκευές - ένα συνηθισμένο smartphone είναι αρκετό.

Λειτουργεί πολύ απλά. Η κάμερα ενός smartphone ή άλλου gadget τραβά φωτογραφίες από τα πάντα και ένα γυροσκόπιο ή επιταχυνσιόμετρο παρακολουθεί την αλλαγή της θέσης της συσκευής στο διάστημα. Στη συνέχεια, τα απαραίτητα αντικείμενα επιτίθενται στην εικόνα από την κάμερα - υποδείξεις, επιγραφές ή αστείοι εικονικοί χαρακτήρες. Κινούνται μαζί με την εικόνα από την κάμερα και όταν κοιτάζετε την οθόνη, βλέπετε δύο πραγματικότητες ταυτόχρονα - την αντικειμενική και την ψηφιακή μας.

Η επαυξημένη πραγματικότητα διευκολύνει τη μάθηση Επαυξημένη πραγματικότητα στη διδασκαλία και εκμάθηση γλωσσών; νέες γλώσσες: για παράδειγμα, ένα smartphone μπορεί να αναγνωρίσει αντικείμενα γύρω και να τα υπογράψει. Η τεχνολογία βοηθά τους χειρουργούς Επαυξημένη πραγματικότητα: Το μέλλον της ιατρικής να πραγματοποιούν επιχειρήσεις και οι μηχανικοί να συλλέγουν Η Upskill και η Boeing χρησιμοποιούν το Skylight για να επανεφεύγουν τη συναρμολόγηση καλωδίωσης σύνθετες συσκευές, δίνοντας στοιχεία στη διαδικασία. Οι οδηγοί μπορούν να απολαύσουν πλοήγηση επαυξημένης πραγματικότητας όταν εμφανίζεται ο χάρτης διαδρομής Πώς επηρεάζει η επαυξημένη πραγματικότητα την αυτοκινητοβιομηχανία σήμερα; πέρα από το δρόμο, σχεδιαστές - εμφάνιση Η άνοδος της επαυξημένης πραγματικότητας στην εσωτερική διακόσμηση και την ανάπτυξη ακινήτωνπελάτες ένα νέο εσωτερικό στο διαμέρισμα πριν από την ανακαίνιση. Και στο εστιατόριο, ο επισκέπτης μπορεί να σκεφτεί πριν σερβίρει το πιάτο Πώς η επαυξημένη πραγματικότητα (AR) αναδιαμορφώνει τη βιομηχανία υπηρεσιών τροφίμων τον βολεύει από όλες τις πλευρές, που είναι ακόμα άδειος.

3. Πλήρως τεχνητή καρδιά

Τα λειτουργικά πρωτότυπα των ανθρώπινων οργάνων υπήρχαν για πολύ καιρό, αλλά τις περισσότερες φορές ήταν πολύπλοκα στάσιμα συστήματα με τα οποία δύσκολα θα ήταν δυνατό να φύγουμε από το νοσοκομείο. Το 2021, επιστήμονες και γιατροί μπόρεσαν να αναπτύξουν και να εμφυτεύσουν μια τελείως τεχνητή καρδιά για πρώτη φορά.

Μια ομάδα χειρουργών στο Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο Duke με επικεφαλής τον Jacob Schroeder και τον Carmelo Milano εμφανίστηκαν Τεχνητή καρδιά νέας γενιάς εμφυτευμένη σε ασθενή στο Duke - First in U.S. επιτυχής αντικατάσταση οργάνων για τον 39χρονο Matthew Moore, ο οποίος έπασχε από καρδιακή ανεπάρκεια. Με το εμφύτευμα, θα είναι σε θέση να οδηγήσει μια σχεδόν οικεία γυναίκα

ζωή-ζώντας περιτριγυρισμένος από συγγενείς, μεγαλώνοντας έναν δίχρονο γιο, πηγαίνοντας στο κατάστημα και στη δουλειά, ταξιδεύοντας.

Η μόνη ταλαιπωρία είναι ότι η τεχνητή καρδιά τροφοδοτείται από εξωτερική μπαταρία, η οποία διαρκεί περίπου 4 ώρες. Ο ελεγκτής για τον έλεγχο της συσκευής τοποθετείται επίσης έξω από το ανθρώπινο σώμα. Επομένως, ο ασθενής θα πρέπει να μεταφέρει μια τσάντα βάρους περίπου 4 κιλών και να συνδέεται τακτικά με έναν υπολογιστή στο νοσοκομείο για να παρακολουθεί την κατάσταση της συσκευής.

4. Ρουκέτες επαναχρησιμοποιήσιμες

Η SpaceX έχει αναπτύξει πυραύλους που μπορούν να ανακτηθούν και να επαναχρησιμοποιηθούν. Αυτή η αποτελεσματική και χαμηλού κόστους εναλλακτική λύση για τους πυραύλους μιας χρήσης έχει τη δυνατότητα να μειώσει το κόστος παράδοσης φορτίου σε τροχιά.

Η πρώτη εκτόξευση του πυραύλου πραγματοποιήθηκε στις 30 Μαρτίου 2017. Το SpaceX στάλθηκε Falcon 9: Πύραυλος πρώτης τροχιακής κλάσης ικανός για αναδίπλωση στο διάστημα Falcon 9 είναι ένα μοντέλο με εννέα υγρούς κινητήρες Merlin που λειτουργούν με κηροζίνη RP-1 και υγρό οξυγόνο. Κυκλοφόρησε αργότερα Falcon Heavy: ο ισχυρότερος πύραυλος του κόσμου Το Falcon Heavy με τρία τροποποιημένα πρώτα στάδια του Falcon 9: το ένα χρησιμοποιήθηκε ως κεντρική μονάδα, δύο ως πλαϊνά ενισχυτικά.

Όχι ολόκληρος ο πύραυλος μπορεί να ονομαστεί επαναχρησιμοποιήσιμος, αλλά μόνο το πρώτο από τα δύο στάδια. Διαθέτει συστήματα επιστροφής και κάθετης προσγείωσης σε ένα μαξιλάρι προσγείωσης ή πλατφόρμα που επιπλέει στον ωκεανό. Το βήμα αντέχει Ο πιο πτητικός πύραυλος Falcon 9 της SpaceX είναι ένας βετεράνος αιθάλης μετά από 10 εκτοξεύσεις και προσγειώσεις (φωτογραφίες) έως δέκα εκκινήσεις.

Αργότερα, ξεκίνησε η Blue Origin, που ιδρύθηκε από τον CEO της Amazon Jeff Bezos Νέο shepard τον πύραυλο New Shepard, ενός σταδίου, επαναχρησιμοποιήσιμος. Λειτουργεί με υδρογόνο και οξυγόνο και έχει σχεδιαστεί για πτήσεις κάτω από την γη. Το New Shepard είναι κατάλληλο για διαστημικό τουρισμό, αλλά σε αντίθεση με το Falcon, δεν θα είναι σε θέση να θέσει σε τροχιά τεχνητούς δορυφόρους γης.

5. Μπαταρίες υψηλής πυκνότητας

Οι νέες αυτόνομες συσκευές χρειάζονται πολλή ισχύ για να μείνουν χωρίς πρίζα για όσο το δυνατόν περισσότερο. Ταυτόχρονα, οι μπαταρίες πρέπει να είναι συμπαγείς και ασφαλείς - για παράδειγμα, δεν πρέπει να εκρήγνυνται όταν θερμαίνονται ή έχουν υποστεί μηχανική βλάβη.

Η ομάδα της τεχνολογίας του Κέντρου Τεχνολογίας Αποθήκευσης Μπαταριών και Ενέργειας της Πενσυλβάνια (BEST) δημιούργησε Η μπαταρία Li-Ion υψηλής ενέργειας είναι ασφαλέστερη για ηλεκτρικά οχήματα μια ασφαλή και ισχυρή μπαταρία ιόντων λιθίου που θα επιτρέψει σε ένα ηλεκτρικό όχημα να διανύσει έως και 1,6 εκατομμύρια χιλιόμετρα. Κατά τη διάρκεια των δοκιμών, καρφώθηκαν κυριολεκτικά σε αυτό για να προκαλέσουν βραχυκύκλωμα. Αλλά η θερμοκρασία του κατεστραμμένου κυττάρου αυξήθηκε μόνο κατά 100 βαθμούς Κελσίου - και σε μια κανονική μπαταρία η διαφορά θα ήταν 1.000 βαθμοί Κελσίου.

Οι ερευνητές της Samsung έκαναν επίσης μια σημαντική ανακάλυψη: αναπτύχθηκαν Η Samsung αποκαλύπτει νέα μπαταρία λιθίου Solid State με πυκνότητα 900Wh / L Μπαταρία λιθίου-μετάλλου στερεάς κατάστασης 900 Wh / L. Είναι 50% πιο συμπαγής από τις υπάρχουσες μπαταρίες και έχει σχεδιαστεί χωρίς τη χρήση υγρού ηλεκτρολύτη. Με την πάροδο του χρόνου, η μπαταρία δεν υποβαθμίζεται - η ποσότητα φόρτισης που μπορεί να συσσωρευτεί παραμένει η ίδια.

6. Βιονικό χέρι

Οι βιονικές προθέσεις στον 21ο αιώνα μπορούν να αντικαταστήσουν σχεδόν πλήρως τα φυσικά άκρα. Οι επιστήμονες παρείχαν όχι μόνο τη δυνατότητα να τα κινούν σαν με τα χέρια τους, αλλά επέστρεψαν ακόμη και την ικανότητα να αισθάνονται - οι παρορμήσεις της αίσθησης μεταδίδονται απευθείας στον εγκέφαλο.

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins στις Ηνωμένες Πολιτείες δημιούργησαν Αρθρωτό προσθετικό άκρο MPL (Modular Prosthetic Limb), το οποίο μπορεί να εκτελέσει σχεδόν όλες τις κινήσεις για τις οποίες είναι ικανό το ανθρώπινο χέρι. Διαθέτει περισσότερους από 100 αισθητήρες, καθώς και ειδικούς κινητήρες που παρέχουν τη συνήθη δύναμη και ευκινησία.

Η πρόθεση είναι εξοπλισμένη με αισθητήρες αφής και σας επιτρέπει να προσδιορίσετε τη θέση, τη θερμοκρασία και την υφή των αντικειμένων. Και η νευρωνική διεπαφή παρέχει διαισθητικό και φυσικό έλεγχο του τεχνητού χεριού - απλά σκεφτείτε τη δράση για να το εκτελέσετε.

7. Γραφένιο

Η ύπαρξη του πρώτου γνωστού πραγματικά δισδιάστατου κρυστάλλου (με κρυσταλλικό πλέγμα πάχους ενός ατόμου) στο Το 2004, οι επιστήμονες Andrei Geim και Konstantin Novoselov επιβεβαιώθηκαν πειραματικά για πρώτη φορά και το 2010 έλαβαν Το Νόμπελ Φυσικής 2010Νόμπελ Φυσικής.

Ουσιαστικά, το γραφένιο είναι ένα φιλμ γραφίτη πάχους ενός ατόμου (κρυσταλλωμένος άνθρακας). Δεν μπορούσε να ληφθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα λόγω αστάθειας. Παιχνίδι και Novoselov χρησιμοποιούνται Επίδραση ηλεκτρικού πεδίου σε ατομικά λεπτές ταινίες άνθρακα ένα οξειδωμένο υπόστρωμα πυριτίου για τη σταθεροποίηση της 2D μεμβράνης.

Το γραφένιο είναι πολύ ανθεκτικό αλλά εξαιρετικά εύκαμπτο. Μεταφέρει ρεύμα και τα ηλεκτρόνια κινούνται σε αυτό Τα ηλεκτρόνια μπορούν να ταξιδέψουν πάνω από 100 φορές πιο γρήγορα στο γραφένιο παρά στο πυρίτιο, δείχνουν οι φυσικοί γρηγορότερα από όλα τα γνωστά υλικά. Συγκεκριμένα, είναι 100 φορές πιο γρήγορο από το πυρίτιο, από το οποίο κατασκευάζονται σύγχρονοι επεξεργαστές.

Με τη χρήση γραφενίου, είναι δυνατή η δημιουργία εξαιρετικά λεπτών φίλτρων, οθονών αφής, αισθητήρων, καταλυτικών κυττάρων υψηλής απόδοσης, νανοκαναλιών για εργασία με DNA και εξαρτημάτων για ηλεκτρονικά υψηλής ακρίβειας. Τα τσιπ γραφένιο θα βελτιώσουν την απόδοση των υπολογιστών και θα επιταχύνουν τη μεταφορά δεδομένων, θα κάνουν τις συσκευές πιο ισχυρές και πιο συμπαγείς.

8. Μη επανδρωμένα οχήματα

Προόδους στην τεχνητή νοημοσύνη, μεγάλη υπολογιστική ισχύ, υψηλά ποσοστά ασύρματης μετάδοσης δεδομένα και ακριβείς αισθητήρες - όλα αυτά χρησίμευσαν ως βάση για τη δημιουργία αυτοκινήτων που μπορούν να κάνουν χωρίς οδηγός. Σαρώνουν την κατάσταση της κυκλοφορίας σε πραγματικό χρόνο, αναγνωρίζουν πεζούς και οδικές πινακίδες και μπορούν να πάρουν μια απόφαση σε μια δύσκολη κατάσταση σε κλάσματα του δευτερολέπτου.

Το 2021, το Tesla Model 3 με σύστημα FSD (Full Self-Driving) οδήγησε ανεξάρτητα Tesla Autopilot FSD San ​​Francisco στο Λος Άντζελες με μηδενικές παρεμβάσεις από το Σαν Φρανσίσκο στο Λος Άντζελες και πίσω είναι περίπου 2.400 χιλιόμετρα. Το αυτοκίνητο αντιμετώπισε με επιτυχία την εργασία ακόμη και σε πολυσύχναστους δρόμους της πόλης και έκανε δύο στάσεις για να φορτίσει την μπαταρία.

Αλλά ο αυτόματος πιλότος δεν αναπτύσσεται μόνο για προσωπικά αυτοκίνητα. Για παράδειγμα, στις ΗΠΑ, μια νεοσύστατη εταιρεία Waymo ξεκίνησε το 2020 Η Waymo ανοίγει την υπηρεσία χωρίς οδηγό στο ευρύ κοινό στο Φοίνιξ μη επανδρωμένη υπηρεσία ταξί. Δεν υπάρχουν πολλά αυτοκίνητα, αλλά τα ταξίδια είναι διαθέσιμα σε όλους.

Στη Ρωσία θα εμφανιστούν μη επανδρωμένα ταξί Η Yandex είπε πού θα εμφανιστούν τα πρώτα μη επανδρωμένα ταξί στη Μόσχα αυτό το φθινόπωρο - ωστόσο, μέχρι στιγμής σε πειραματικό τρόπο. Οι συμμετέχοντες στις δοκιμές που επιλέγονται από την εταιρεία θα μπορούν να οδηγούν σε αυτοκίνητο χωρίς οδηγό στην περιοχή Yasenevo στη Μόσχα.

Μια άλλη εφαρμογή μη επανδρωμένων οχημάτων είναι η μεταφορά φορτίου. Η πλατφόρμα NVIDIA Drive ήδη βοηθά Μη επανδρωμένα φορτηγά φορτηγατζήδες στο δρόμο και σύντομα θα μπορούν να τους αντικαταστήσουν σε τυπικές διαδρομές. Η Tesla και άλλες εταιρείες εργάζονται επίσης προς αυτή την κατεύθυνση.

9. Επεξεργασία γονιδίων

Το 2012, η ​​Jennifer Doudna από τις ΗΠΑ και η Emmanuelle Charpentier από τη Γαλλία ανέπτυξαν το μοριακό εργαλείο CRISPR-Cas9, το οποίο ονομάζεται "γενετικό ψαλίδι". Για αυτήν την επιστημονική ανακάλυψη το 2020, έλαβαν Η Emmanuelle Charpentier και η Jennifer Doudna κέρδισαν το Νόμπελ Χημείας για το 2020 Νόμπελ Χημείας.

Το CRISPR - Cas9 σας επιτρέπει να επεξεργαστείτε τα γονίδια των φυτών και των ζώων. Αυτό ανοίγει νέους δρόμους για αναπαραγωγή και έχει τη δυνατότητα να σταματήσει την εξάπλωση των ασθενειών - για παράδειγμα, εάν αλλάξουν τα γονίδια των κουνουπιών, δεν μπορούν να ανεχθούν την ελονοσία και τη νόσο του Lyme.

CRISPR - Το Cas9 έχει ήδη συμβάλει στις θεραπείες για τον καρκίνο. Η έρευνα βρίσκεται σε εξέλιξη που, στο μέλλον, μπορεί να σώσει Τι είναι η επεξεργασία γονιδιώματος και το CRISPR - Cas9; από κληρονομικές ασθένειες και γενετικές μεταλλάξεις.

Αλλά είναι λάθος να πιστεύουμε ότι το CRISPR-Cas9 θα ανοίξει το δρόμο για τους ΓΤΟ. Πρώτον, οι γενετικά τροποποιημένοι οργανισμοί έλαβαν για πρώτη φορά Herbert W. Μπόγιερ και Στάνλεϊ Ν. Κοέν πίσω το 1972. CRISPR - Το Cas9 μπορεί μόνο να βελτιώσει την ακρίβεια της τροποποίησης του DNA και να απαλλαγεί από τις αρνητικές παρενέργειες.

Παρεμπιπτόντως, ο χάρτης του ανθρώπινου γονιδιώματος είναι επίσης επίτευγμα του 21ου αιώνα. Το κύριο μέρος των εργασιών για το Πρόγραμμα Ανθρώπινου Γονιδιώματος έχει ολοκληρωθεί Το έργο του ανθρώπινου γονιδιώματος το 2003

10. Ανθρωποειδή ρομπότ

Robot Atlas Άτλας: το πιο δυναμικό ανθρωποειδές ρομπότ από τη Boston Dynamics - την αγαπημένη του Διαδικτύου: ξέρει πώς να κάνει αυτόματα, να παραμένει στα πόδια του μετά από δυνατά χτυπήματα, είναι σε θέση να ξεπεράσει εμπόδια, ακόμη και να χορέψει. Οι προγραμματιστές το αποκαλούν μια ερευνητική πλατφόρμα σχεδιασμένη να ξεπερνά τα όρια της κινητικότητας ολόκληρου του σώματος και το πιο δυναμικό ανθρωποειδές ρομπότ.

Στην πραγματικότητα, τα μοντέλα Atlas και άλλα μοντέλα της Boston Dynamics - όπως το ρομποτικό σκυλί Spot και ο ρομποτικός φορτωτής Stretch - έχουν βαθιές πρακτικές συνέπειες. Είναι σε θέση να αντικαταστήσουν ανθρώπους σε δύσκολες ή επικίνδυνες συνθήκες: να αναζητήσουν θύματα κάτω από τα ερείπια κτιρίων ή μέσα πυρκαγιές, εξερευνήστε απομακρυσμένες περιοχές, παραδώστε αγαθά και ολοκληρώστε βαρετές ρουτίνες όλο το εικοσιτετράωρο επιχειρήσεων.

Υπάρχουν και άλλες εφαρμογές για ανθρωποειδή ρομπότ. Για παράδειγμα, αναπτύσσονται πρότυπα σύμβουλοι, σύντροφοι και σερβιτόροι, βοηθοί για άτομα με ειδικές ανάγκες.

Και το ρωσικό ρομπότ Fedor επισκέφτηκε ακόμη Twitter fedor37516789 στο διάστημα το 2019. Ξέρει πώς να οδηγεί αυτοκίνητο και ATV, να ανοίγει πόρτες, να ανεβαίνει σκάλες, να περπατάει μέσα σε ένα λαβύρινθο, να πυροβολεί και να δουλεύει με ένα τρυπάνι.