Comment les scientifiques rendent nos vies plus lumineuses, plus longues et plus pratiques: 10 découvertes et inventions scientifiques utiles du 21e siècle
Miscellanea / / September 09, 2021
Les technologies avancées, qui sont décrites dans des revues scientifiques réputées, trouvent une application dans la vie de tous les jours - immédiatement ou après des décennies. Nous parlons des réalisations de la science au 21e siècle, qui, jusqu'à récemment, ressemblaient à de la science-fiction.
1. Technologie d'impression 3D
Les premières imprimantes 3D sont apparuesInfographie: L'histoire de l'impression 3D dans les années 1980, mais seulement au 21e siècle, ils ont commencé à être utilisés partout. Les appareils sont devenus moins chers et maintenant non seulement le plastique, mais aussi les métaux, le béton, la nourriture et même les cellules vivantes sont utilisés comme consommables pour eux.
Le plus grand bâtiment imprimé en 3D est la municipalité de Dubaï (EAU) avec une superficie de 641 m². m. Le bâtiment futuriste de deux étages de 9,5 m de haut a été créé La municipalité de Dubaï deviendra le plus grand bâtiment imprimé en 3D au monde en matériau à base de plâtre. Et à Amsterdam, avec l'aide d'imprimantes 3D, ils ont érigé
Le pont en acier inoxydable imprimé en 3D de Joris Laarman ouvre enfin à Amsterdam Passerelle en acier inoxydable de 12 mètres.Les scientifiques israéliens ont utilisé Des chercheurs impriment en 3D un cœur avec des tissus humains et des vaisseaux sanguins Imprimante 3D pour imprimer un coeur artificiel. L'organe expérimental, de la taille d'une cerise, était constitué d'un hydrogel à base de cellules vivantes qui formaient des chambres et des vaisseaux sanguins. Et la société française Poietis a créé Une start-up française développe une technologie unique pour la bioimpression laser 4D de tissus vivants peau artificielle avec une structure en quatre dimensions, qui aidera les patients après des brûlures et des blessures graves, et a développé des technologies pour imprimer d'autres tissus du corps humain.
Il y a aussi une place pour l'impression 3D dans la vie de tous les jours. Par exemple, vous pouvez commander une imprimante 3D conventionnelle pour créer des figurines et des pièces en plastique, ou acheter un appareil pour imprimer des aliments, de la pizza aux desserts en passant par la décoration gastronomique. Dans une perspective globale, l'impression 3D alimentaire devrait réduire L'impression 3D d'aliments réduit le gaspillage alimentaire la quantité de déchets alimentaires sur la planète et faire Un guide des aliments imprimés en 3D - une révolution dans la cuisine ? même les repas diététiques sont assez appétissants.
2. Réalité augmentée
Elle est souvent confondue avec la réalité virtuelle, mais ce sont des technologies complètement différentes. La réalité virtuelle est un monde entièrement numérique que vous pouvez voir à travers des lunettes spéciales ou un casque avec des écrans pour chaque œil. Avec l'aide de la technologie de réalité augmentée, des objets numériques sont ajoutés à l'image du monde réel auquel nous sommes habitués.
Les racines de la réalité augmentée remontent au 20e siècle, mais il y a seulement quelques années, la puissance de calcul a permis à la technologie d'être introduite presque partout - des écoles et des jardins d'enfants aux chaînes de montage sur les automobiles des usines. Et pour cela, vous n'avez pas besoin d'appareils coûteux et complexes - un smartphone ordinaire suffit.
Cela fonctionne tout simplement. L'appareil photo d'un smartphone ou d'un autre gadget prend des photos de tout ce qui l'entoure, et un gyroscope ou un accéléromètre surveille le changement de position de l'appareil dans l'espace. Ensuite, les objets nécessaires sont superposés à l'image de la caméra - des indices, des inscriptions ou des personnages virtuels amusants. Ils se déplacent avec l'image de la caméra, et quand vous regardez l'écran, vous voyez deux réalités à la fois - notre objectif et notre numérique.
La réalité augmentée facilite l'apprentissage La réalité augmentée dans l'enseignement et l'apprentissage des langues ? de nouvelles langues: par exemple, un smartphone peut reconnaître les objets alentour et les signer. La technologie aide les chirurgiens Réalité augmentée: l'avenir de la médecine pour effectuer les opérations, et les ingénieurs pour collecter Upskill et Boeing utilisent Skylight pour réinventer l'assemblage de faisceaux de câbles dispositifs complexes, donnant des indices dans le processus. Les conducteurs peuvent profiter de la navigation en réalité augmentée lorsque la carte de l'itinéraire est affichée Comment la réalité augmentée affecte-t-elle l'industrie automobile aujourd'hui ? sur la route, designers - show L'essor de la réalité augmentée dans le design d'intérieur et le développement immobilierclients un nouvel intérieur dans l'appartement avant rénovation. Et au restaurant, le visiteur peut réfléchir avant de servir le plat Comment la réalité augmentée (RA) remodèle l'industrie de la restauration lui de tous les côtés à l'aise, qui est encore physiquement vide.
3. Coeur entièrement artificiel
Des prototypes fonctionnels d'organes humains existent depuis longtemps, mais il s'agissait le plus souvent de systèmes fixes complexes avec lesquels il serait difficilement possible de sortir de l'hôpital. En 2021, des scientifiques et des médecins ont pu développer et implanter pour la première fois un cœur complètement artificiel.
Une équipe de chirurgiens de l'hôpital universitaire Duke dirigée par Jacob Schroeder et Carmelo Milano a effectué Cœur artificiel de nouvelle génération implanté chez un patient à Duke - le premier aux États-Unis remplacement réussi d'organe pour Matthew Moore, 39 ans, qui souffrait d'une insuffisance cardiaque. Avec l'implant, il pourra conduire une femme presque familière
vie - vivre entouré de parents, élever un fils de deux ans, aller au magasin et au travail, voyager.
Le seul inconvénient est que le cœur artificiel est alimenté par une batterie externe, qui dure environ 4 heures. Le contrôleur pour contrôler l'appareil est également placé à l'extérieur du corps humain. Par conséquent, le patient devra porter un sac pesant environ 4 kilogrammes et se connecter régulièrement à un ordinateur de l'hôpital pour surveiller l'état de l'appareil.
4. Fusées réutilisables
SpaceX a développé des fusées qui peuvent être récupérées et réutilisées. Cette alternative efficace et peu coûteuse aux fusées à usage unique a le potentiel de réduire le coût de livraison de la cargaison en orbite.
Le premier relancement de la fusée a eu lieu le 30 mars 2017. SpaceX envoyé Falcon 9: première fusée de classe orbitale capable de revoler dans l'espace Falcon 9 est un modèle avec neuf moteurs Merlin liquides fonctionnant au kérosène RP-1 et à l'oxygène liquide. Plus tard lancé Falcon Heavy: la fusée la plus puissante du monde Falcon Heavy avec trois premiers étages modifiés du Falcon 9: un servait d'unité centrale, deux de boosters latéraux.
Ce n'est pas toute la fusée qui peut être qualifiée de réutilisable, mais seulement le premier de ses deux étages. Il dispose de systèmes de retour et d'atterrissage vertical sur une aire d'atterrissage ou une plate-forme flottant dans l'océan. La marche résiste La fusée Falcon 9 la plus volée de SpaceX est un vétéran de la suie après 10 lancements et atterrissages (photos) jusqu'à dix démarrages.
Plus tard, Blue Origin, fondée par le PDG d'Amazon Jeff Bezos, a lancé Nouveau berger sa fusée réutilisable à un étage New Shepard. Il fonctionne à l'hydrogène et à l'oxygène et est conçu pour les vols suborbitaux. New Shepard est adapté au tourisme spatial, mais contrairement à Falcon, il ne pourra pas mettre en orbite de satellites terrestres artificiels.
5. Batteries haute densité
Les nouveaux appareils autonomes ont besoin de beaucoup d'énergie pour fonctionner sans prise le plus longtemps possible. Dans le même temps, les batteries doivent être compactes et sûres - par exemple, elles ne doivent pas exploser lorsqu'elles sont chauffées ou endommagées mécaniquement.
Création de l'équipe du Pennsylvania Battery and Energy Storage Technology Center (BEST) La batterie Li-Ion haute énergie est plus sûre pour les véhicules électriques une batterie lithium-ion sûre et puissante qui permettra à un véhicule électrique de parcourir jusqu'à 1,6 million de kilomètres. Lors des tests, des clous y ont été littéralement enfoncés pour provoquer un court-circuit. Mais la température de la cellule endommagée n'a augmenté que de 100 degrés Celsius - et dans une batterie normale, la différence serait de 1 000 degrés Celsius.
Les chercheurs de Samsung ont également fait une percée: ils ont développé Samsung révèle une nouvelle batterie au lithium métal à semi-conducteurs avec une densité de 900Wh/L Batterie lithium-métal à semi-conducteurs 900 Wh/L. Elle est 50 % plus compacte que les batteries existantes et est conçue sans l'utilisation d'électrolyte liquide. Au fil du temps, la batterie ne se dégrade pas - la quantité de charge qu'elle peut accumuler reste la même.
6. main bionique
Les prothèses bioniques du 21e siècle peuvent remplacer presque complètement les membres naturels. Les scientifiques ont non seulement fourni la capacité de les déplacer comme de leurs propres mains, mais ont même rendu la capacité de ressentir - les impulsions de sensation sont transmises directement au cerveau.
Des chercheurs de l'Université Johns Hopkins aux États-Unis ont créé Membre prothétique modulaire MPL (Modular Prosthetic Limb), qui peut effectuer presque tous les mouvements dont la main humaine est capable. Il possède plus de 100 capteurs, ainsi que des moteurs spéciaux qui offrent la force et l'agilité habituelles.
La prothèse est équipée de capteurs tactiles et permet de déterminer l'emplacement, la température et la texture des objets. Et l'interface neuronale offre un contrôle intuitif et naturel de la main artificielle - il suffit de penser à l'action pour l'exécuter.
7. Graphène
L'existence du premier cristal véritablement bidimensionnel connu (avec un réseau cristallin d'un atome d'épaisseur) dans En 2004, les scientifiques Andrei Geim et Konstantin Novoselov ont été confirmés expérimentalement pour la première fois, et en 2010, ils ont reçu Le prix Nobel de physique 2010Prix Nobel de Physique.
Essentiellement, le graphène est un film de graphite d'une épaisseur d'un atome (carbone cristallisé). Il n'a pas pu être obtenu pendant longtemps en raison de l'instabilité. Jeu et Novoselov utilisé Effet de champ électrique dans les films de carbone atomiquement minces un substrat de silicium oxydé pour stabiliser le film 2D.
Le graphène est très résistant mais extrêmement flexible. Il conduit le courant et les électrons s'y déplacent Les électrons peuvent voyager plus de 100 fois plus vite dans le graphène que dans le silicium, selon des physiciens plus rapide que dans tous les matériaux connus. En particulier, il est 100 fois plus rapide que le silicium, à partir duquel sont fabriqués les processeurs modernes.
En utilisant le graphène, il est possible de créer des filtres ultrafins, des écrans tactiles, des capteurs, des cellules catalytiques à haute efficacité, des nanocanaux pour travailler avec l'ADN et des composants pour l'électronique de haute précision. Les puces au graphène amélioreront les performances des ordinateurs et accéléreront le transfert de données, rendront les appareils plus puissants et plus compacts.
8. Véhicules sans pilote
Avancées en intelligence artificielle, grande puissance de calcul, taux de transmission sans fil élevés des données et des capteurs précis - tout cela a servi de base à la création de voitures qui peuvent se passer conducteur. Ils scannent la situation du trafic en temps réel, reconnaissent les piétons et les panneaux de signalisation et peuvent prendre une décision dans une situation difficile en une fraction de seconde.
En 2021, Tesla Model 3 avec système FSD (Full Self-Driving) a conduit indépendamment Tesla Autopilot FSD San Francisco à Los Angeles avec zéro intervention de San Francisco à Los Angeles et retour est d'environ 2 400 kilomètres. La voiture a fait face avec succès à la tâche même dans les rues animées de la ville et a fait deux arrêts pour recharger la batterie.
Mais le pilote automatique n'est pas seulement développé pour les voitures personnelles. Par exemple, aux États-Unis, une startup Waymo lancée en 2020 Waymo ouvre son service entièrement sans conducteur au grand public à Phoenix service de taxis sans pilote. Il n'y a pas beaucoup de voitures, mais les déplacements sont accessibles à tous.
Des taxis sans pilote apparaîtront en Russie Yandex a dit où les premiers taxis sans pilote apparaîtront à Moscou cet automne - cependant, jusqu'à présent en mode expérimental. Les participants au test sélectionnés par l'entreprise pourront rouler dans une voiture sans chauffeur dans le quartier de Yasenevo à Moscou.
Une autre application des véhicules sans pilote est le transport de marchandises. La plate-forme NVIDIA Drive aide déjà Camions sans pilote camionneurs sur la route, et sera bientôt en mesure de les remplacer sur des itinéraires standards. Tesla et d'autres sociétés travaillent également dans cette direction.
9. Modification des gènes
En 2012, Jennifer Doudna des États-Unis et Emmanuelle Charpentier de France ont développé l'outil moléculaire CRISPR-Cas9, appelé « ciseaux génétiques ». Pour cette percée scientifique en 2020, ils ont reçu Emmanuelle Charpentier et Jennifer Doudna ont remporté le prix Nobel de chimie 2020 Prix Nobel de chimie.
CRISPR - Cas9 vous permet de modifier les gènes des plantes et des animaux. Cela ouvre de nouvelles voies pour la reproduction et a le potentiel d'arrêter la propagation de la maladie - par exemple, si les gènes des moustiques sont modifiés, ils ne peuvent pas tolérer le paludisme et la maladie de Lyme.
CRISPR - Cas9 a déjà contribué aux traitements contre le cancer. Des recherches sont en cours qui, à l'avenir, peuvent sauver Que sont l'édition du génome et CRISPR - Cas9 ? de maladies héréditaires et de mutations génétiques.
Mais il est faux de penser que CRISPR-Cas9 ouvrira la voie aux OGM. Premièrement, les organismes génétiquement modifiés reçus pour la première fois Herbert W. Boyer et Stanley N. Cohen de retour en 1972. CRISPR - Cas9 ne peut qu'améliorer la précision de la modification de l'ADN et éliminer les effets secondaires négatifs.
Soit dit en passant, la carte du génome humain est aussi une réalisation du 21e siècle. La majeure partie des travaux sur le projet du génome humain a été achevée Le projet du génome humain en 2003.
10. Robots humanoïdes
Atlas des robots Atlas: le robot humanoïde le plus dynamique de Boston Dynamics - le chouchou d'Internet: il sait faire des sauts périlleux, rester debout après des coups forts, est capable de surmonter les obstacles et même de danser. Les développeurs l'appellent une plate-forme de recherche conçue pour repousser les limites de la mobilité de tout le corps et le robot humanoïde le plus dynamique.
En fait, l'Atlas et d'autres modèles de Boston Dynamics - tels que le chien robotique Spot et le chargeur robotique Stretch - ont une signification pratique profonde. Ils sont capables de remplacer des personnes dans des conditions difficiles ou dangereuses: rechercher des victimes sous les décombres des bâtiments ou dans incendies, explorer des zones reculées, livrer des marchandises et effectuer des routines ennuyeuses 24 heures sur 24 opérations.
Il existe d'autres applications pour les robots humanoïdes. Par exemple, des modèles de consultants, d'accompagnateurs et de serveurs, d'assistants pour personnes handicapées sont en cours de développement.
Et le robot russe Fedor a même visité Fédor de Twitter37516789 dans l'espace en 2019. Il sait conduire une voiture et un VTT, ouvrir des portes, monter des escaliers, traverser un labyrinthe, tirer et travailler avec une perceuse.
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