Como os cientistas tornam nossas vidas mais brilhantes, mais longas e mais convenientes: dez descobertas e invenções científicas úteis do século 21
Miscelânea / / September 09, 2021
As tecnologias avançadas, que são escritas em periódicos científicos de renome, encontram aplicação na vida cotidiana - imediatamente ou após décadas. Estamos falando sobre as conquistas da ciência no século 21, que até recentemente pareciam ficção científica.
1. Tecnologias de impressão 3D
As primeiras impressoras 3D apareceramInfográfico: a história da impressão 3D na década de 1980, mas apenas no século 21 eles começaram a ser usados em todos os lugares. Os dispositivos ficaram mais baratos e agora não apenas o plástico, mas também metais, concreto, alimentos e até células vivas são usados como consumíveis.
O maior edifício impresso em 3D é o Município de Dubai (Emirados Árabes Unidos), com uma área de 641 m². m. O edifício futurista de dois andares com 9,5 m de altura foi criado Município de Dubai se tornará o maior 3D do mundo - edifício impresso feito de material à base de gesso. E em Amsterdã, com a ajuda de impressoras 3D, eles ergueram A ponte de aço inoxidável impressa em 3D de Joris Laarman finalmente é inaugurada em Amsterdã Passarela de 12 metros em aço inox.
Cientistas israelenses usaram Os pesquisadores 3D imprimem um coração com tecido humano e vasos sanguíneos Impressora 3D para imprimir um coração artificial. O órgão experimental, do tamanho de uma cereja, consistia em um hidrogel baseado em células vivas que formavam câmaras e vasos sanguíneos. E a empresa francesa Poietis criou Start-up francesa desenvolve tecnologia exclusiva para bioprinting a laser 4D de tecido vivo A pele artificial com estrutura quadridimensional, que vai auxiliar pacientes após queimaduras e ferimentos graves, tem desenvolvido tecnologias para impressão de outros tecidos do corpo humano.
Também existe um lugar para a impressão 3D na vida cotidiana. Por exemplo, você pode pedir uma impressora 3D convencional para criar estatuetas e peças de plástico ou ir em frente e comprar um dispositivo para imprimir alimentos, de pizza a sobremesas e decoração gourmet. Em uma perspectiva global, a impressão 3D de alimentos deve reduzir A impressão 3D de alimentos reduz o desperdício de alimentos a quantidade de desperdício de alimentos no planeta e fazer Um guia para alimentos impressos em 3D - revolução na cozinha? até mesmo as refeições dietéticas são bastante apetitosas.
2. Realidade aumentada
Muitas vezes é confundido com realidade virtual, mas essas são tecnologias completamente diferentes. A realidade virtual é um mundo totalmente digital que você pode ver através de óculos especiais ou um capacete com telas para cada olho. Com a ajuda da tecnologia de realidade aumentada, objetos digitais são adicionados à imagem do mundo real a que estamos acostumados.
As raízes da realidade aumentada estão no século 20, mas apenas alguns anos atrás, o poder da computação permitiu que a tecnologia fosse introduzida em quase todos os lugares - de escolas e jardins de infância a linhas de montagem de automóveis fábricas. E para isso você não precisa de dispositivos caros complexos - um smartphone comum é o suficiente.
Funciona de forma bastante simples. A câmera de um smartphone ou outro gadget tira fotos de tudo ao seu redor, e um giroscópio ou acelerômetro monitora a mudança na posição do dispositivo no espaço. Em seguida, os objetos necessários são sobrepostos à imagem da câmera - dicas, inscrições ou personagens virtuais engraçados. Eles se movem junto com a imagem da câmera e, quando você olha para a tela, vê duas realidades ao mesmo tempo - nossa objetiva e digital.
A realidade aumentada torna o aprendizado mais fácil Realidade Aumentada no ensino e aprendizagem de línguas? novas linguagens: por exemplo, um smartphone pode reconhecer objetos ao redor e assiná-los. A tecnologia ajuda os cirurgiões Realidade Aumentada: O Futuro da Medicina para realizar operações e engenheiros para coletar Upskill e Boeing usam clarabóia para reinventar a montagem do chicote de fios dispositivos complexos, dando pistas no processo. Os motoristas podem desfrutar de navegação de realidade aumentada quando o mapa da rota é exibido Como a realidade aumentada afeta a indústria automotiva hoje? na estrada, designers - mostre A ascensão da realidade aumentada em design de interiores e desenvolvimento de propriedadesclientes um novo interior no apartamento antes da renovação. E no restaurante, o visitante pode pensar antes de servir o prato Como a realidade aumentada (AR) está remodelando a indústria de serviços de alimentação ele de todos os lados bem à vontade, que ainda está fisicamente vazio.
3. Coração totalmente artificial
Os protótipos funcionais de órgãos humanos existem há muito tempo, mas na maioria das vezes eram sistemas estacionários complexos com os quais dificilmente seria possível deixar o hospital. Em 2021, cientistas e médicos conseguiram desenvolver e implantar um coração totalmente artificial pela primeira vez.
Uma equipe de cirurgiões do Duke University Hospital liderada por Jacob Schroeder e Carmelo Milano realizaram Coração artificial de nova geração implantado em paciente na Duke - primeiro nos EUA Substituição de órgãos bem-sucedida para Matthew Moore, 39 anos, que sofria de insuficiência cardíaca. Com o implante, ele poderá conduzir uma mulher quase familiar
vida - viver cercado de parentes, criar um filho de dois anos, ir ao mercado e trabalhar, viajar.
O único inconveniente é que o coração artificial é alimentado por bateria externa, que dura cerca de 4 horas. O controlador para controlar o dispositivo também é colocado fora do corpo humano. Portanto, o paciente terá que carregar uma bolsa pesando cerca de 4 quilos e regularmente se conectar a um computador no hospital para monitorar o estado do dispositivo.
4. Foguetes reutilizáveis
A SpaceX desenvolveu foguetes que podem ser recuperados e reutilizados. Essa alternativa eficiente e de baixo custo aos foguetes de uso único tem o potencial de reduzir o custo de entrega de carga em órbita.
O primeiro relançamento do foguete ocorreu em 30 de março de 2017. SpaceX enviado Falcon 9: foguete de primeira classe orbital capaz de refluxo no espaço Falcon 9 é um modelo com nove motores Merlin líquidos que funcionam com querosene RP-1 e oxigênio líquido. Lançado mais tarde Falcon Heavy: o foguete mais poderoso do mundo Falcon Heavy com três primeiros estágios modificados do Falcon 9: um foi usado como unidade central e dois como reforços laterais.
Nem todo o foguete pode ser chamado de reutilizável, mas apenas seu primeiro de dois estágios. Possui sistemas de retorno e pouso vertical em uma pista de pouso ou plataforma flutuante no oceano. O degrau resiste O foguete Falcon 9 mais voado da SpaceX é um veterano fuliginoso após 10 lançamentos e pousos (fotos) até dez partidas.
Mais tarde, a Blue Origin, fundada pelo CEO da Amazon Jeff Bezos, lançou Novo pastor seu foguete reutilizável de estágio único New Shepard. Ele funciona com hidrogênio e oxigênio e é projetado para voos suborbitais. New Shepard é adequado para o turismo espacial, mas ao contrário do Falcon, não será capaz de colocar satélites artificiais em órbita.
5. Baterias de alta densidade
Novos dispositivos autônomos precisam de muita energia para ficarem sem tomada pelo maior tempo possível. Ao mesmo tempo, as baterias devem ser compactas e seguras - por exemplo, não devem explodir quando aquecidas ou danificadas mecanicamente.
A equipe do Centro de Tecnologia de Armazenamento de Energia e Bateria da Pensilvânia (BEST) criou A bateria de íon de lítio de alta energia é mais segura para veículos elétricos uma bateria de íon-lítio segura e poderosa que permitirá a um veículo elétrico viajar até 1,6 milhão de quilômetros. Durante os testes, pregos foram literalmente cravados nele para causar um curto-circuito. Mas a temperatura da célula danificada aumentou apenas 100 graus Celsius - e em uma bateria normal a diferença seria de 1.000 graus Celsius.
Os pesquisadores da Samsung também fizeram uma descoberta: eles desenvolveram Samsung revela nova bateria de metal de lítio de estado sólido com densidade de 900Wh / L Bateria de metal de lítio de estado sólido de 900 Wh / L. É 50% mais compacto do que as baterias existentes e é projetado sem o uso de eletrólito líquido. Com o tempo, a bateria não se degrada - a quantidade de carga que ela pode acumular permanece a mesma.
6. Mão biônica
Próteses biônicas no século 21 podem substituir quase completamente membros naturais. Os cientistas forneceram não apenas a capacidade de movê-los como se fossem com as próprias mãos, mas também devolveram a capacidade de sentir - os impulsos das sensações são transmitidos diretamente ao cérebro.
Pesquisadores da Universidade Johns Hopkins, nos Estados Unidos, criaram Membro Protético Modular MPL (Modular Prosthetic Limb), que pode realizar quase todos os movimentos que a mão humana é capaz. Possui mais de 100 sensores, além de motores especiais que proporcionam a robustez e agilidade usuais.
A prótese é equipada com sensores táteis e permite determinar a localização, temperatura e textura dos objetos. E a interface neural fornece controle intuitivo e natural da mão artificial - basta pensar na ação para executá-la.
7. Grafeno
A existência do primeiro cristal verdadeiramente bidimensional conhecido (com uma estrutura de cristal com um átomo de espessura) em Em 2004, os cientistas Andrei Geim e Konstantin Novoselov foram confirmados experimentalmente pela primeira vez, e em 2010 receberam O Prêmio Nobel de Física 2010Prêmio Nobel de Física.
Essencialmente, o grafeno é uma película de grafite com um átomo de espessura (carbono cristalizado). Não pôde ser obtido por um longo tempo devido à instabilidade. Game e Novoselov usaram Efeito do campo elétrico em filmes de carbono atomicamente finos um substrato de silício oxidado para estabilizar o filme 2D.
O grafeno é muito durável, mas extremamente flexível. Ele conduz corrente e os elétrons se movem nele Os elétrons podem viajar 100 vezes mais rápido no grafeno do que no silício, mostram os físicos mais rápido do que em todos os materiais conhecidos. Em particular, é 100 vezes mais rápido do que o silício, com o qual os processadores modernos são feitos.
Com o grafeno, é possível criar filtros ultrafinos, telas sensíveis ao toque, sensores, células catalíticas de alta eficiência, nanocanais para trabalhar com DNA e componentes para eletrônicos de alta precisão. Os chips de grafeno vão melhorar o desempenho dos computadores e acelerar a transferência de dados, tornando os dispositivos mais poderosos e compactos.
8. Veículos não tripulados
Avanços em inteligência artificial, grande poder de computação, altas taxas de transmissão sem fio dados e sensores precisos - tudo isso serviu de base para a criação de carros que podem prescindir motorista. Eles analisam a situação do tráfego em tempo real, reconhecem pedestres e sinais de trânsito e podem tomar uma decisão em uma situação difícil em uma fração de segundo.
Em 2021, Tesla Model 3 com sistema FSD (Full Self-Driving) dirigiu de forma independente Tesla Autopilot FSD São Francisco para Los Angeles com Zero Intervenções de São Francisco a Los Angeles e vice-versa são cerca de 2.400 quilômetros. O carro lidou com a tarefa com sucesso mesmo nas ruas movimentadas da cidade e fez duas paradas para recarregar a bateria.
Mas o piloto automático não está sendo desenvolvido apenas para carros pessoais. Por exemplo, nos EUA, uma startup Waymo lançada em 2020 Waymo está abrindo seu serviço totalmente sem motorista para o público em geral em Phoenix serviço de táxi não tripulado. Não há muitos carros, mas as viagens estão ao alcance de todos.
Táxis não tripulados aparecerão na Rússia Yandex disse onde os primeiros táxis não tripulados aparecerão em Moscou esta queda - no entanto, até agora em modo experimental. Os participantes do teste selecionados pela empresa poderão andar de carro sem motorista na área de Yasenevo, em Moscou.
Outra aplicação de veículos não tripulados é o transporte de carga. NVIDIA Drive Platform já ajuda Caminhões Não Tripulados caminhoneiros na estrada e em breve poderão substituí-los nas rotas padrão. A Tesla e outras empresas também estão trabalhando nessa direção.
9. Edição de genes
Em 2012, Jennifer Doudna dos EUA e Emmanuelle Charpentier da França desenvolveram a ferramenta molecular CRISPR-Cas9, que é chamada de “tesoura genética”. Por este avanço científico em 2020, eles receberam Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna ganharam o Prêmio Nobel de Química em 2020 Prêmio Nobel de Química.
CRISPR - Cas9 permite editar os genes de plantas e animais. Isso abre novos caminhos para a reprodução e tem o potencial de impedir a propagação de doenças - por exemplo, se os genes dos mosquitos forem alterados, eles não poderão tolerar a malária e a doença de Lyme.
CRISPR - Cas9 já contribuiu para o tratamento do câncer. Pesquisas estão em andamento que, no futuro, podem economizar O que são edição de genoma e CRISPR - Cas9? de doenças hereditárias e mutações genéticas.
Mas é errado pensar que o CRISPR-Cas9 abrirá o caminho para os OGM. Primeiro, os organismos geneticamente modificados receberam pela primeira vez Herbert W. Boyer e Stanley N. Cohen em 1972. CRISPR - Cas9 só pode melhorar a precisão da modificação do DNA e se livrar dos efeitos colaterais negativos.
Aliás, o mapa do genoma humano também é uma conquista do século XXI. A parte principal do trabalho no Projeto Genoma Humano foi concluída O projeto genoma humano em 2003.
10. Robôs humanóides
Robot Atlas Atlas: o robô humanóide mais dinâmico da Boston Dynamics - a queridinha da Internet: ele sabe dar cambalhotas, fica de pé depois de golpes fortes, é capaz de superar obstáculos e até dançar. Os desenvolvedores a chamam de plataforma de pesquisa projetada para ultrapassar os limites da mobilidade de corpo inteiro e do robô humanóide mais dinâmico.
Na verdade, o Atlas e outros modelos da Boston Dynamics - como o cão robótico Spot e o carregador robótico Stretch - têm profundas implicações práticas. Eles são capazes de substituir pessoas em condições difíceis ou perigosas: para procurar vítimas sob os escombros de edifícios ou em incêndios, explorar áreas remotas, entregar mercadorias e realizar rotinas entediantes 24 horas por dia operações.
Existem outras aplicações para robôs humanóides. Por exemplo, estão sendo desenvolvidos consultores-modelo, acompanhantes e garçons, assistentes para pessoas com deficiência.
E o robô russo Fedor até visitou Twitter fedor37516789 no espaço em 2019. Ele sabe dirigir um carro e um quadriciclo, abrir portas, subir escadas, caminhar por um labirinto, atirar e trabalhar com uma furadeira.
As descobertas científicas podem mudar radicalmente nossas vidas: dar longevidade, ajudar na exploração do espaço, assumir as tarefas cotidianas e até construir uma casa em poucos dias. Saiba mais sobre eles no atualizado site da sociedade "Conhecimento". No âmbito da maratona educacional de toda a Rússia "Novos conhecimentos", 18 mini-palestras sobre as descobertas científicas do século XXI serão publicadas aqui.
A maratona do Novo Conhecimento foi acompanhada por Yuri Bashmet, Konstantin Khabensky, Edward Snowden, Mikhail Mishustin, Evgeny Kaspersky, Tatyana Golikova, Arkady Volozh, German Gref, Alexander Ovechkin e outros populares caixas de som. Mais de 150 horas de conteúdo educacional aparecerão no site - são histórias inspiradoras, debates acalorados sobre problemas modernos da humanidade e entrevistas fascinantes com pessoas famosas.
Obtenha novos conhecimentos gratuitamente