כיצד מדענים הופכים את חיינו לבהירים, ארוכים ונוחים יותר: 10 תגליות והמצאות מדעיות שימושיות של המאה ה -21
Miscellanea / / September 09, 2021
טכנולוגיות מתקדמות, עליהן כתוב בכתבי עת מדעיים מכובדים, מוצאות יישום בחיי היומיום - מיד או אחרי עשרות שנים. אנו מדברים על הישגי המדע במאה ה -21, שנראו עד לאחרונה כמדע בדיוני.
1. טכנולוגיות הדפסה תלת מימדית
מדפסות התלת מימד הראשונות הופיעואינפוגרפיקה: ההיסטוריה של הדפסה תלת מימדית עוד בשנות השמונים, אך רק במאה ה -21 החלו להשתמש בהם בכל מקום. המכשירים הפכו לזולים יותר, ועכשיו לא רק פלסטיק, אלא גם מתכות, בטון, מזון ואפילו תאים חיים משמשים כחומרים מתכלים עבורם.
הבניין הגדול ביותר המודפס בתלת מימד הוא עיריית דובאי (איחוד האמירויות) עם שטח של 641 מ"ר. מ 'נוצר הבניין העתידני בן שתי הקומות בגובה 9.5 מ' עיריית דובאי תהפוך לבניין התלת מימד הגדול ביותר בעולם המודפס עשוי מחומר על בסיס טיח. ובאמסטרדם, בעזרת מדפסות תלת מימד, הם הקימו גשר נירוסטה המודפס בתלת מימד של ג'וריס לארמן נפתח סוף סוף באמסטרדם גשר 12 מטר מנירוסטה.
מדענים ישראלים השתמשו חוקרים תלת מימד מדפיסים לב עם רקמות אנושיות וכלי דם מדפסת תלת מימד להדפסת לב מלאכותי. איבר הניסוי, בגודל דובדבן, היה מורכב מהידרוג'ל המבוסס על תאים חיים שיצרו תאים וכלי דם. והחברה הצרפתית Poietis יצרה
חברת סטארט-אפ צרפתית מפתחת טכנולוגיה ייחודית להדפסה ביולוגית לייזר 4D של רקמת חיים עור מלאכותי בעל מבנה ארבעה ממדים, שיסייע לחולים לאחר כוויות ופציעות קשות, ופיתח טכנולוגיות להדפסת רקמות אחרות בגוף האדם.יש גם מקום להדפסה תלת מימדית בחיי היומיום. לדוגמה, אתה יכול להזמין מדפסת תלת מימד קונבנציונלית ליצירת צלמיות וחלקי פלסטיק, או לקנות מכשיר להדפסת מזון, מפיצה ועד קינוחים ועד עיצוב גורמה. בראייה גלובלית, הדפסה תלת ממדית של מזון צריכה לצמצם הדפסה תלת מימדית של מזון מפחיתה בזבוז מזון כמות פסולת המזון בכדור הארץ וייצור מדריך לאוכל מודפס בתלת מימד - מהפכה במטבח? אפילו ארוחות דיאטה מעוררות תיאבון.
2. מציאות רבודה
לעתים קרובות היא מתבלבלת עם מציאות מדומה, אך מדובר בטכנולוגיות שונות לחלוטין. מציאות מדומה היא עולם דיגיטלי לחלוטין שניתן לראות באמצעות משקפיים מיוחדות או קסדה עם מסכים לכל עין. בעזרת טכנולוגיית מציאות רבודה מתווספים אובייקטים דיגיטליים לתמונת העולם האמיתי שאנו רגילים אליו.
שורשי המציאות המוגברת נעוצים במאה ה -20, אך רק לפני שנים אחדות כוח המחשוב אפשרה להציג את הטכנולוגיה כמעט בכל מקום - מבתי ספר וגני ילדים ועד פסי הרכבה על מכוניות בתי חרושת. ובשביל זה אתה לא צריך מכשירים מורכבים יקרים - סמארטפון רגיל מספיק.
זה עובד די פשוט. המצלמה של סמארטפון או גאדג'ט אחר מצלמת את כל מה שמסביב, וג'ירוסקופ או מד תאוצה עוקבים אחר השינוי במיקום המכשיר בחלל. לאחר מכן מוצבים החפצים הדרושים על התמונה מהמצלמה - רמזים, כתובות או דמויות וירטואליות מצחיקות. הם נעים יחד עם התמונה מהמצלמה, וכאשר אתה מסתכל על המסך, אתה רואה שתי מציאות בבת אחת - האובייקטיבי והדיגיטלי שלנו.
מציאות מוגברת מקלה על הלמידה מציאות מוגברת בהוראה ולמידה של שפות? שפות חדשות: לדוגמה, סמארטפון יכול לזהות אובייקטים מסביב ולחתום עליהם. הטכנולוגיה מסייעת למנתחים מציאות מוגברת: עתיד הרפואה לבצע פעולות, ומהנדסים לאסוף Upskill ובואינג משתמשים ב- Skylight כדי להמציא מחדש את מכלול רתמת החוטים מכשירים מורכבים, נותנים רמזים בתהליך. נהגים יכולים ליהנות מניווט מציאות רבודה כאשר מפת המסלול מוצגת כיצד משפיעה המציאות הרבודה על תעשיית הרכב כיום? מעבר לכביש, מעצבים - הצג עליית המציאות המוגברת בעיצוב פנים ופיתוח נכסיםללקוחות פנים חדשות בדירה לפני שיפוץ. ובמסעדה, המבקר יכול לשקול לפני הגשת המנה כיצד המציאות המוגברת (AR) מעצבת מחדש את תעשיית שירותי המזון אותו מכל הצדדים בנוח, שעדיין ריק פיזי.
3. לב מלאכותי לחלוטין
אבות טיפוס עובדים של איברים אנושיים קיימים כבר זמן רב, אך לא פעם היו אלה מערכות נייחות מורכבות שאי אפשר היה לעזוב את בית החולים כמעט. בשנת 2021 הצליחו מדענים ורופאים לפתח ולשתול לב מלאכותי לחלוטין בפעם הראשונה.
צוות מנתחים בבית החולים האוניברסיטאי דיוק בראשות ג'ייקוב שרדר וכרמלו מילאנו הופיע לב מלאכותי מהדור החדש שהושתל בחולה אצל דיוק - ראשית בארה"ב החלפת איברים מוצלחת למתיו מור בן ה -39, שסבל מאי ספיקת לב. בעזרת השתל הוא יוכל לנהל אישה מוכרת כמעט
חיים-חיים מוקפים בקרובי משפחה, מגדלים בן בן שנתיים, הולכים לחנות ולעבודה, מטיילים.
הטרחה היחידה היא שהלב המלאכותי מופעל באמצעות סוללה חיצונית, שאורכת כ -4 שעות. הבקר לשליטה במכשיר ממוקם גם מחוץ לגוף האדם. לכן, על המטופל לשאת תיק במשקל של כ -4 קילוגרם ולהתחבר באופן קבוע למחשב בבית החולים כדי לעקוב אחר מצב המכשיר.
4. רקטות לשימוש חוזר
SpaceX פיתחה רקטות הניתנות לשחזור ולשימוש חוזר. לחלופה היעילה והזולה הזו לרקטות חד פעמיות יש פוטנציאל להפחית את עלות העברת המטען למסלול.
השיגור הראשון של הרקטה התרחש ב -30 במרץ 2017. SpaceX נשלח Falcon 9: רקטה מסוג מסלול ראשון המסוגלת להילחם מחדש לחלל Falcon 9 הוא דגם עם תשעה מנועי מרלין נוזליים הפועלים על נפט RP-1 וחמצן נוזלי. מאוחר יותר הושק Falcon Heavy: הרקטה החזקה בעולם Falcon Heavy עם שלושה שלבים ראשונים שהשתנו של Falcon 9: אחד שימש כיחידה מרכזית, שניים כמאיצי צד.
לא ניתן לקרוא לרקטה כולה לשימוש חוזר, אלא רק לשלבים הראשונים שלה מתוך שני שלבים. יש לו מערכות חזרה ונחיתה אנכית על כרית נחיתה או פלטפורמה שצפה באוקיינוס. הצעד עומד רקטת Falcon 9 שהועפה ביותר ב- SpaceX היא ותיקה מפויחת לאחר 10 שיגורים ונחיתות (תמונות) עד עשר התחלות.
מאוחר יותר, Blue Origin, שהוקם על ידי מנכ"ל אמזון ג'ף בזוס, הושק שבר חדש הרקטה החד פעמית החד פעמית החדשה של שפרד. הוא פועל על מימן וחמצן ומיועד לטיסות תת -עירוניות. ניו שפרד מתאימה לתיירות חלל, אך בניגוד לפלקון, היא לא תוכל להכניס לווייני אדמה מלאכותיים למסלול.
5. סוללות בעלות צפיפות גבוהה
מכשירים חדשים העומדים בפני עצמם זקוקים להרבה כוח כדי לעבור ללא שקע זמן רב ככל האפשר. יחד עם זאת, הסוללות חייבות להיות קומפקטיות ובטוחות - למשל אסור להתפוצץ כשהן מחוממות או ניזוקות מכנית.
נוצר צוות מרכז הטכנולוגיה לאחסון סוללות ואחסון אנרגיה (BEST) בפנסילבניה סוללת Li-Ion באנרגיה גבוהה בטוחה יותר לכלי רכב חשמליים סוללת ליתיום יון בטוחה ורבת עוצמה שתאפשר לרכב חשמלי לנסוע עד 1.6 מיליון קילומטרים. במהלך הבדיקות ממש נלקחו לתוכה מסמרים כדי לגרום לקצר. אבל הטמפרטורה של התא הפגום עלתה רק ב -100 מעלות צלזיוס - ובסוללה רגילה ההפרש יהיה 1,000 מעלות צלזיוס.
חוקרי סמסונג עשו גם פריצת דרך: הם פיתחו סמסונג חושפת סוללת מתכת ליתיום חדשה במצב מוצק עם צפיפות של 900Wh / L סוללת ליתיום-מתכת מסוג 900 Wh / L. הוא קומפקטי ב -50% מהסוללות הקיימות ומתוכנן ללא שימוש באלקטרוליט נוזלי. עם הזמן, הסוללה לא מתכלה - כמות הטעינה שהיא יכולה לצבור נשארת זהה.
6. יד ביונית
תותבות ביוניות במאה ה -21 יכולות להחליף כמעט לחלוטין את הגפיים הטבעיות. מדענים סיפקו לא רק את היכולת להזיז אותם כאילו במו ידיהם, אלא אף החזירו את היכולת להרגיש - דחפי התחושה מועברים ישירות למוח.
חוקרים מאוניברסיטת ג'ונס הופקינס בארצות הברית יצרו איבר תותבי מודולרי MPL (Modular Prosthetic Limb), שיכול לבצע כמעט את כל התנועות שיד האדם מסוגלת לבצע. יש לו יותר מ -100 חיישנים, כמו גם מנועים מיוחדים המספקים את הכוח והזריזות הרגילים.
התותב מצויד בחיישני מישוש ומאפשר לך לקבוע את המיקום, הטמפרטורה והמרקם של החפצים. והממשק העצבי מספק שליטה אינטואיטיבית וטבעית ביד המלאכותית - רק תחשוב על הפעולה לביצוע.
7. גרפן
קיומו של הגביש הדו מימדי הראשון הידוע באמת (עם סריג קריסטל בעובי אטום אחד) בשנת 2004 אושרו לראשונה המדענים אנדריי גים וקונסטנטין נובסלוב בניסוי, ובשנת 2010 הם קיבלו פרס נובל לפיזיקה 2010פרס נובל לפיזיקה.
בעיקרו של דבר, הגרפן הוא סרט עבה באטום אחד של גרפיט (פחמן מגובש). זה לא היה ניתן להשיג במשך זמן רב בגלל חוסר יציבות. משחק ונובוסלוב בשימוש אפקט שדה חשמלי בסרטי פחמן דקים מבחינה אטומית מצע סיליקון מחומצן לייצוב הסרט הדו -ממדי.
גרפן הוא עמיד מאוד אך גמיש במיוחד. הוא מוביל זרם, ואלקטרונים נעים בו אלקטרונים יכולים לנסוע מעל 100 פעמים מהר יותר בגרפן מאשר בסיליקון, כך מראים הפיזיקאים מהר יותר מאשר בכל החומרים הידועים. בפרט, הוא מהיר פי 100 מסיליקון, ממנו עשויים מעבדים מודרניים.
באמצעות גרפן ניתן ליצור מסננים אולטרה-דקים, מסכי מסך מגע, חיישנים, תאים קטליטיים בעלי יעילות גבוהה, ננו-ערוצים לעבודה עם DNA ורכיבים לאלקטרוניקה בעלת דיוק גבוה. שבבי הגרפן ישפרו את ביצועי המחשבים ויזרזו את העברת הנתונים, יהפכו את המכשירים לחזקים יותר וקומפקטיים יותר.
8. רכבים בלתי מאוישים
התקדמות בבינה מלאכותית, כוח מחשוב גדול, קצבי שידור אלחוטיים גבוהים נתונים וחיישנים מדויקים - כל זה שימש בסיס ליצירת מכוניות שיכולות להסתדר בלעדיהן נהג. הם סורקים את מצב התנועה בזמן אמת, מזהים הולכי רגל ותמרורים ויכולים לקבל החלטה במצב קשה תוך שבריר שנייה.
בשנת 2021 נהג עצמאי טסלה דגם 3 עם מערכת FSD (נהיגה עצמית מלאה) טייס אוטומטי של טסלה FSD סן פרנסיסקו ללוס אנג'לס עם אפס התערבויות מסן פרנסיסקו ללוס אנג'לס וחזרה כ -2,400 קילומטרים. המכונית הצליחה להתמודד עם המשימה גם ברחובות העיר העמוסים ועשתה שתי עצירות כדי להטעין את הסוללה.
אבל טייס אוטומטי לא מפותח רק עבור מכוניות אישיות. לדוגמה, בארה"ב, חברת סטארט -אפ Waymo הושקה בשנת 2020 Waymo פותחת את שירותיה ללא נהג באופן מלא לציבור הרחב בפיניקס שירות מוניות בלתי מאויש. אין הרבה מכוניות, אבל טיולים זמינים לכולם.
מוניות בלתי מאוישות יופיעו ברוסיה יאנדקס סיפרה היכן יופיעו המוניות הבלתי מאוישות הראשונות במוסקבה בסתיו הזה - עם זאת, עד כה במצב ניסיוני. משתתפי המבחנים שנבחרו על ידי החברה יוכלו לנסוע ברכב ללא נהג באזור יאסנבו במוסקבה.
יישום נוסף של כלי רכב בלתי מאוישים הוא הובלת מטענים. פלטפורמת NVIDIA Drive כבר עוזרת משאיות בלתי מאוישות משאיות בכביש, ובקרוב יוכל להחליף אותן בנתיבים סטנדרטיים. טסלה וחברות אחרות פועלות גם הן בכיוון זה.
9. עריכת גנים
בשנת 2012 פיתחו ג'ניפר טויטנה מארה"ב ועמנואל שרפנטייה מצרפת את הכלי המולקולרי CRISPR-Cas9, שנקרא "המספריים הגנטיים". על פריצת הדרך המדעית הזו בשנת 2020, הם קיבלו עמנואל שרפנטייה וג'ניפר טויטנה זכו בפרס נובל לכימיה לשנת 2020 פרס נובל לכימיה.
CRISPR - Cas9 מאפשר לך לערוך את הגנים של צמחים ובעלי חיים. זה פותח דרכים חדשות לגידול ויש לו פוטנציאל לעצור את התפשטות המחלות - למשל, אם ישנו גנים של יתושים, הם לא יכולים לסבול מלריה ומחלת ליים.
CRISPR - Cas9 כבר תרם לטיפולים בסרטן. מחקר מתקיים, שבעתיד הוא יכול לחסוך מהן עריכת גנום ו- CRISPR - Cas9? ממחלות תורשתיות ומוטציות גנטיות.
אבל זה לא נכון לחשוב ש- CRISPR-Cas9 יפתח את הדרך ל GMO. ראשית, אורגניזמים מהונדסים גנטית קיבלו לראשונה הרברט וו. בויר וסטנלי נ. כּוֹהֵן עוד בשנת 1972. CRISPR - Cas9 יכול לשפר רק את הדיוק של שינוי ה- DNA ולהיפטר מתופעות לוואי שליליות.
אגב, מפת הגנום האנושי היא גם הישג של המאה ה -21. החלק העיקרי של העבודה על פרויקט הגנום האנושי הושלם פרויקט הגנום האנושי ב 2003.
10. רובוטים אנושיים
אטלס רובוט אטלס: הרובוט ההומנואידי הדינמי ביותר מבוסטון דינמיקס - יקירת האינטרנט: הוא יודע לעשות סלטות, להישאר על הרגליים אחרי מכות חזקות, מסוגל להתגבר על מכשולים ואפילו לרקוד. המפתחים קוראים לזה פלטפורמת מחקר שנועדה לפרוץ את גבולות הניידות בכל הגוף ואת הרובוט ההומנואידי הדינמי ביותר.
למעשה, לאטלס ולדגמים אחרים של בוסטון דינמיקס - כמו הכלב הרובוטי ספוט והמטען הרובוטי סטרץ ' - יש השלכות מעשיות עמוקות. הם מסוגלים להחליף אנשים בתנאים קשים או מסוכנים: לחפש קורבנות מתחת להריסות בניינים או בתוך לשרוף, לחקור אזורים מרוחקים, לספק סחורות ולהשלים שגרות משעממות מסביב לשעון פעולות.
ישנם יישומים אחרים עבור רובוטים אנושיים. לדוגמה, מפתחים יועצי דוגמניות, מלווים ומלצרים, עוזרים לאנשים עם מוגבלויות.
והרובוט הרוסי פדור אפילו ביקר טוויטר fedor37516789 בחלל בשנת 2019. הוא יודע לנהוג ברכב ובטרקטורון, לפתוח דלתות, לעלות במדרגות, לעבור במבוך, לירות ולעבוד עם מקדחה.
תגליות מדעיות יכולות לשנות את חיינו באופן קיצוני: להעניק אריכות ימים, לעזור בחקר החלל, לקחת על עצמנו עניינים יומיומיים ואפילו לבנות בית תוך כמה ימים. למידע נוסף עליהם בעדכון אתר החברה "ידע". במסגרת מרתון החינוך הכל-רוסי "ידע חדש", יפורסמו כאן 18 מיני-הרצאות על פריצות דרך מדעיות של המאה ה- XXI.
למרתון הידע החדש הצטרפו יורי בשמט, קונסטנטין חבסנסקי, אדוארד סנודן, מיכאיל מישוסטין, יבגני קספרסקי, טטיאנה גוליקובה, ארקדי וולוז ', גרף גרמני, אלכסנדר אובצ'קין ועוד פופולריים רמקולים. יותר מ -150 שעות של תוכן חינוכי יופיעו באתר - אלה סיפורים מעוררי השראה, ויכוחים סוערים על בעיות אנושיות מודרניות וראיונות מרתקים עם אנשים מפורסמים.
קבל ידע חדש בחינם