Come gli scienziati rendono le nostre vite più luminose, più lunghe e più convenienti: 10 utili scoperte e invenzioni scientifiche del 21° secolo
Miscellanea / / September 09, 2021
Le tecnologie avanzate, di cui si parla in rinomate riviste scientifiche, trovano applicazione nella vita di tutti i giorni, immediatamente o dopo decenni. Stiamo parlando delle conquiste della scienza nel 21° secolo, che fino a poco tempo fa sembravano fantascienza.
1. Tecnologie di stampa 3D
Sono apparse le prime stampanti 3DInfografica: la storia della stampa 3D negli anni '80, ma solo nel 21° secolo hanno iniziato a essere utilizzati ovunque. I dispositivi sono diventati più economici e ora non solo la plastica, ma anche i metalli, il cemento, il cibo e persino le cellule viventi vengono utilizzati come materiali di consumo per loro.
Il più grande edificio stampato in 3D è il Comune di Dubai (UAE) con una superficie di 641 mq. m. L'edificio futuristico a due piani alto 9,5 m è stato creato La municipalità di Dubai diventerà il più grande edificio stampato in 3D al mondo realizzato in materiale a base di gesso. E ad Amsterdam, con l'aiuto di stampanti 3D, hanno eretto Il ponte in acciaio inossidabile stampato in 3D di Joris Laarman apre finalmente ad Amsterdam
Passerella in acciaio inox di 12 metri.Gli scienziati israeliani hanno usato I ricercatori stampano in 3D un cuore con tessuti e vasi sanguigni umani Stampante 3D per la stampa di un cuore artificiale. L'organo sperimentale, delle dimensioni di una ciliegia, consisteva in un idrogel a base di cellule viventi che formavano camere e vasi sanguigni. E la società francese Poietis ha creato Start-up francese sviluppa una tecnologia unica per la biostampa laser 4D di tessuti viventi pelle artificiale con una struttura quadridimensionale, che aiuterà i pazienti dopo ustioni e lesioni gravi e ha sviluppato tecnologie per la stampa di altri tessuti del corpo umano.
C'è anche un posto per la stampa 3D nella vita di tutti i giorni. Ad esempio, puoi ordinare una stampante 3D convenzionale per creare figurine e parti in plastica, o andare avanti e acquistare un dispositivo per stampare cibo, dalla pizza ai dessert fino all'arredamento gourmet. In una prospettiva globale, la stampa 3D alimentare dovrebbe ridurre La stampa 3D del cibo riduce gli sprechi alimentari la quantità di rifiuti alimentari sul pianeta e rendere Una guida al cibo stampato in 3D: rivoluzione in cucina? anche i pasti dietetici sono piuttosto appetitosi.
2. Realtà aumentata
Viene spesso confuso con la realtà virtuale, ma si tratta di tecnologie completamente diverse. La realtà virtuale è un mondo completamente digitale che puoi vedere attraverso occhiali speciali o un casco con schermi per ogni occhio. Con l'aiuto della tecnologia della realtà aumentata, gli oggetti digitali vengono aggiunti all'immagine del mondo reale a cui siamo abituati.
Le radici della realtà aumentata affondano nel 20° secolo, ma solo pochi anni fa la potenza di calcolo ha permesso di introdurre la tecnologia quasi ovunque, dalle scuole e dagli asili alle catene di montaggio sulle automobili fabbriche. E per questo non hai bisogno di dispositivi costosi complessi: è sufficiente un normale smartphone.
Funziona abbastanza semplicemente. La fotocamera di uno smartphone o di un altro gadget scatta foto di tutto ciò che lo circonda e un giroscopio o un accelerometro monitora il cambiamento nella posizione del dispositivo nello spazio. Quindi gli oggetti necessari vengono sovrapposti all'immagine della fotocamera: suggerimenti, iscrizioni o personaggi virtuali divertenti. Si muovono insieme all'immagine della telecamera e quando guardi lo schermo, vedi due realtà contemporaneamente: il nostro obiettivo e il digitale.
La realtà aumentata facilita l'apprendimento Realtà aumentata nell'insegnamento e nell'apprendimento delle lingue? nuove lingue: ad esempio, uno smartphone può riconoscere gli oggetti intorno e firmarli. La tecnologia aiuta i chirurghi Realtà aumentata: il futuro della medicina per eseguire operazioni e ingegneri per raccogliere Upskill e Boeing utilizzano Skylight per reinventare l'assemblaggio dei cablaggi dispositivi complessi, fornendo indizi nel processo. I conducenti possono godere della navigazione in realtà aumentata quando viene visualizzata la mappa del percorso In che modo la realtà aumentata influenza l'industria automobilistica oggi? oltre la strada, designer - spettacolo L'ascesa della realtà aumentata nell'interior design e nello sviluppo immobiliareclienti un nuovo interno nell'appartamento prima della ristrutturazione. E nel ristorante, il visitatore può considerare prima di servire il piatto Come la realtà aumentata (AR) sta rimodellando il settore dei servizi alimentari lui da tutte le parti a proprio agio, che è ancora fisicamente vuoto.
3. Cuore completamente artificiale
I prototipi funzionanti di organi umani esistono da molto tempo, ma il più delle volte erano sistemi fissi complessi con i quali difficilmente sarebbe possibile lasciare l'ospedale. Nel 2021, scienziati e medici sono stati in grado di sviluppare e impiantare per la prima volta un cuore completamente artificiale.
Si è esibito un team di chirurghi del Duke University Hospital guidato da Jacob Schroeder e Carmelo Milano Cuore artificiale di nuova generazione impiantato in un paziente alla Duke - Primo negli Stati Uniti riuscita sostituzione d'organo per il 39enne Matthew Moore, che soffriva di insufficienza cardiaca. Con l'impianto, sarà in grado di condurre una donna quasi familiare
vita - vivere circondato da parenti, crescere un figlio di due anni, andare al negozio e lavorare, viaggiare.
L'unico inconveniente è che il cuore artificiale è alimentato da una batteria esterna, che dura circa 4 ore. Anche il controller per il controllo del dispositivo è posto all'esterno del corpo umano. Pertanto, il paziente dovrà portare con sé una borsa del peso di circa 4 chilogrammi e collegarsi regolarmente a un computer in ospedale per monitorare lo stato del dispositivo.
4. Razzi riutilizzabili
SpaceX ha sviluppato razzi che possono essere recuperati e riutilizzati. Questa alternativa efficiente ea basso costo ai razzi monouso ha il potenziale per ridurre i costi di trasporto del carico in orbita.
Il primo rilancio del razzo è avvenuto il 30 marzo 2017. SpaceX inviato Falcon 9: primo razzo di classe orbitale in grado di volare nello spazio Falcon 9 è un modello con nove motori liquidi Merlin che funzionano con cherosene RP-1 e ossigeno liquido. Successivamente lanciato Falcon Heavy: il razzo più potente del mondo Falcon Heavy con tre primi stadi modificati del Falcon 9: uno è stato utilizzato come unità centrale, due come booster laterali.
Non l'intero razzo può essere definito riutilizzabile, ma solo il primo dei due stadi. Dispone di sistemi per il ritorno e l'atterraggio verticale su una piattaforma di atterraggio o una piattaforma galleggiante nell'oceano. Il passo resiste Il razzo Falcon 9 più volato di SpaceX è un veterano fuligginoso dopo 10 lanci e atterraggi (foto) fino a dieci partenze.
Successivamente, è stata lanciata Blue Origin, fondata dal CEO di Amazon Jeff Bezos Nuovo pastore il suo razzo riutilizzabile a stadio singolo New Shepard. Funziona con idrogeno e ossigeno ed è progettato per voli suborbitali. Il nuovo Shepard è adatto al turismo spaziale, ma a differenza di Falcon, non sarà in grado di mettere in orbita satelliti artificiali della terra.
5. Batterie ad alta densità
I nuovi dispositivi autonomi hanno bisogno di molta energia per restare senza presa il più a lungo possibile. Allo stesso tempo, le batterie devono essere compatte e sicure, ad esempio non devono esplodere se riscaldate o danneggiate meccanicamente.
Creato il team del Pennsylvania Battery and Energy Storage Technology Center (BEST) La batteria agli ioni di litio ad alta energia è più sicura per i veicoli elettrici una batteria agli ioni di litio sicura e potente che consentirà a un veicolo elettrico di percorrere fino a 1,6 milioni di chilometri. Durante i test, i chiodi sono stati letteralmente piantati al suo interno per provocare un cortocircuito. Ma la temperatura della cella danneggiata è aumentata di soli 100 gradi Celsius e in una batteria convenzionale la differenza sarebbe di 1.000 gradi Celsius.
Anche i ricercatori Samsung hanno fatto una svolta: hanno sviluppato Samsung rivela la nuova batteria al litio a stato solido con 900Wh/L Density Batteria al litio-metallo allo stato solido con una densità di 900 Wh/L. È più compatto del 50% rispetto alle batterie esistenti ed è progettato senza l'uso di elettrolita liquido. Nel tempo, la batteria non si degrada: la quantità di carica che può accumulare rimane la stessa.
6. Mano bionica
Le protesi bioniche nel 21° secolo possono sostituire quasi completamente gli arti naturali. Gli scienziati hanno fornito non solo la capacità di muoverli come con le proprie mani, ma hanno anche restituito la capacità di sentire: gli impulsi della sensazione vengono trasmessi direttamente al cervello.
I ricercatori della Johns Hopkins University negli Stati Uniti hanno creato Arto protesico modulare MPL (Modular Prosthetic Limb - Modular Prosthetic Limb), che può eseguire quasi tutti i movimenti di cui è capace la mano umana. Ha più di 100 sensori, oltre a motori speciali che forniscono la consueta forza e agilità.
La protesi è dotata di sensori tattili e consente di determinare la posizione, la temperatura e la consistenza degli oggetti. E l'interfaccia neurale fornisce un controllo intuitivo e naturale della mano artificiale: basti pensare all'azione per eseguirla.
7. Grafene
L'esistenza del primo cristallo veramente bidimensionale conosciuto (con un reticolo cristallino dello spessore di un atomo) in Nel 2004, gli scienziati Andrei Geim e Konstantin Novoselov sono stati confermati sperimentalmente per la prima volta e nel 2010 hanno ricevuto Il Premio Nobel per la Fisica 2010Premio Nobel per la Fisica.
Essenzialmente, il grafene è una pellicola spessa un atomo di grafite (carbonio cristallizzato). Non è stato possibile ottenerlo per molto tempo a causa dell'instabilità. Gioco e Novoselov usati Effetto del campo elettrico in film di carbonio atomicamente sottili un substrato di silicio ossidato per stabilizzare il film 2D.
Il grafene è molto resistente ma estremamente flessibile. Conduce corrente e gli elettroni si muovono in esso Gli elettroni possono viaggiare oltre 100 volte più velocemente nel grafene che nel silicio, mostrano i fisici più veloce che in tutti i materiali conosciuti. In particolare, è 100 volte più veloce del silicio, da cui sono realizzati i moderni processori.
Utilizzando il grafene, è possibile creare filtri ultrafini, display touchscreen, sensori, celle catalitiche ad alta efficienza, nanocanali per lavorare con il DNA e componenti per l'elettronica di alta precisione. I chip al grafene miglioreranno le prestazioni dei computer e accelereranno il trasferimento dei dati, rendendo i dispositivi più potenti e più compatti.
8. Veicoli senza equipaggio
Progressi nell'intelligenza artificiale, grande potenza di calcolo, elevate velocità di trasmissione wireless dati e sensori accurati: tutto questo è servito come base per la creazione di auto che possono fare a meno autista. Scansionano la situazione del traffico in tempo reale, riconoscono pedoni e segnali stradali e possono prendere una decisione in una situazione difficile in una frazione di secondo.
Nel 2021, Tesla Model 3 con sistema FSD (Full Self-Driving) ha guidato in modo indipendente Tesla Autopilot FSD San Francisco a Los Angeles con Zero Interventi da San Francisco a Los Angeles e ritorno è di circa 2.400 chilometri. L'auto ha affrontato con successo il compito anche nelle strade trafficate della città e ha fatto due soste per ricaricare la batteria.
Ma il pilota automatico non è stato sviluppato solo per le auto personali. Ad esempio, negli Stati Uniti, una startup Waymo è stata lanciata nel 2020 Waymo sta aprendo il suo servizio completamente senza conducente al grande pubblico a Phoenix servizio taxi senza equipaggio. Non ci sono molte auto, ma i viaggi sono alla portata di tutti.
I taxi senza equipaggio appariranno in Russia Yandex ha detto dove appariranno i primi taxi senza equipaggio a Mosca questo autunno - tuttavia, finora in modalità sperimentale. I partecipanti al test selezionati dall'azienda potranno guidare un'auto senza conducente nell'area di Yasenevo a Mosca.
Un'altra applicazione dei veicoli senza equipaggio è il trasporto merci. La piattaforma di unità NVIDIA aiuta già Camion senza equipaggio camionisti sulla strada, e presto potranno sostituirli sui percorsi standard. Anche Tesla e altre aziende stanno lavorando in questa direzione.
9. Modifica genetica
Nel 2012, Jennifer Doudna dagli Stati Uniti e Emmanuelle Charpentier dalla Francia hanno sviluppato lo strumento molecolare CRISPR-Cas9, chiamato "forbici genetiche". Per questa svolta scientifica nel 2020, hanno ricevuto Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna hanno vinto il Premio Nobel per la Chimica 2020 Premio Nobel per la chimica.
CRISPR ‑ Cas9 ti consente di modificare i geni di piante e animali. Questo apre nuove strade per la riproduzione e ha il potenziale per fermare la diffusione della malattia: ad esempio, se i geni delle zanzare vengono modificati, non possono tollerare la malaria e la malattia di Lyme.
CRISPR - Cas9 ha già contribuito ai trattamenti contro il cancro. Sono in corso ricerche che, a lungo termine, possono far risparmiare Cosa sono l'editing del genoma e CRISPR - Cas9? da malattie ereditarie e mutazioni genetiche.
Ma è sbagliato pensare che CRISPR-Cas9 apra la strada agli OGM. In primo luogo, gli organismi geneticamente modificati ricevuti per la prima volta Herbert W. Boyer e Stanley N. Cohen indietro nel 1972. CRISPR - Cas9 può solo migliorare l'accuratezza della modifica del DNA ed eliminare gli effetti collaterali negativi.
A proposito, anche la mappa del genoma umano è una conquista del 21° secolo. La parte principale del lavoro sul Progetto Genoma Umano è stata completata Il progetto genoma umano nel 2003.
10. Robot umanoidi
Atlante Robot Atlas: il robot umanoide più dinamico da Boston Dynamics - il tesoro di Internet: sa fare le capriole, rimanere in piedi dopo forti colpi, è in grado di superare gli ostacoli e persino di ballare. Gli sviluppatori lo chiamano una piattaforma di ricerca progettata per spingere i confini della mobilità di tutto il corpo e il robot umanoide più dinamico.
Infatti, l'Atlas e altri modelli Boston Dynamics - come il cane robotico Spot e il caricatore robotico Stretch - hanno profonde implicazioni pratiche. Sono in grado di sostituire persone in condizioni difficili o pericolose: per cercare vittime sotto le macerie degli edifici o in incendi, esplorare aree remote, consegnare merci e completare routine noiose 24 ore su 24 operazioni.
Esistono altre applicazioni per i robot umanoidi. Ad esempio, si stanno sviluppando consulenti modello, accompagnatori e camerieri, assistenti per persone con disabilità.
E il robot russo Fedor ha persino visitato Twitter fedor37516789 nello spazio nel 2019. Sa guidare un'auto e un ATV, aprire porte, salire le scale, camminare in un labirinto, sparare e lavorare con un trapano.
Le scoperte scientifiche possono cambiare radicalmente le nostre vite: donare longevità, aiutare nell'esplorazione dello spazio, affrontare le faccende quotidiane e persino costruire una casa in pochi giorni. Scopri di più su di loro sull'aggiornamento sito web della società "Conoscenza". Nell'ambito della maratona educativa tutta russa "Nuova conoscenza", qui verranno pubblicate 18 mini-conferenze sulle scoperte scientifiche del 21 ° secolo.
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