Пятница будущего: юбилейный выпуск

Приветствую! Уже чуть больше двух лет по пятницам на Mobile-review выходит «Пятница будущего», и сегодня юбилейный 100-й выпуск рубрики, казавшийся тогда нереально далеким. Но, с другой стороны, перебрав все выпуски, я понял, что пока очень мало технологий, которые за прошедшие два года стали реальностью. Поэтому в юбилейном выпуске я собрал десять самых интересных, на мой взгляд, технологий, которых все еще стоит ждать.

Table of Contents

• Умные окна в квартире
• Облачные вычисления в космосе
• Спутниковый интернет в России
• Шины с переменными свойствами
• Зарядка электромобилей на ходу
• Биопластик из углекислого газа
• Гибкая электроника
• Наноботы вместо зубной пасты
• Биороботы для очистки организма
• Плодородная Луна

Умные окна в квартире

Одни предметы нашего быта и интерьера давно стали «умными», другие все еще никак не пройдут эту трансформацию. А некоторые готовы стать «умнее» уже завтра, но только не совсем в том понимании, в котором мы привыкли воспринимать «умные» вещи. Например, ученые Уханьского университета предложили технологию, которая сможет сделать оконные стекла «умными», способными выбирать, что пропускать, а что нет. Если покрыть стекло гидрогелевой пленкой толщиной всего в несколько миллиметров, то можно отразить до 96% инфракрасного излучения. Такое покрытие поможет охлаждению помещений летом и отоплению их весной, а на проницаемости для видимого излучения никак не скажется. В основе разработки лежит тот простой факт, что фотоны ближней части инфракрасного спектра могут проникать в жидкости всего на несколько миллиметров, а гидрогели состоят в основном из воды, что делает их селективным барьером.

С другой стороны, швейцарскими учеными были разработаны прозрачные солнечные панели рекордной эффективности, которые можно интегрировать в окно и использовать для зарядки мелких гаджетов. Прототип панели продемонстрировал эффективность преобразования энергии от 28,4% до 30,2% для образца с активной площадью в 2,8 кв.см. При этом время работы тестового образца составило более 500 часов. Такого результата удалось добиться благодаря синтезу молекул красителя, которые способны собирать свет во всем видимом спектре. Красители наносятся на поверхность нанокристаллических мезопористых плёнок диоксида титана вместе с электролитами или твёрдыми материалами для переноса заряда. Технически они могут быть прозрачными или цветными, а солнечные элементы могут быть выполнены в виде пленок, способных скручиваться в рулоны.

И на этом придумки, что сделать с вашим окном, не заканчиваются. Группа учёных из Университета науки и технологии имени короля Абдаллы (KAUST) предлагает превратить их точку доступа Wi-Fi. Разумеется, это будет не совсем Wi-Fi, хотя и смысл именно тот самый — локальная беспроводная точка доступа. В основе концепции лежит предложение менять поляризацию прозрачного элемента с помощью жидкокристаллических затворов, превратив оконное стекло в аналог точки доступа стандарта Li-Fi. Использование уже отработанных систем передачи информации с помощью света в этом случае не очень удобно, поскольку влияет на интенсивность свечения, тогда как изменения поляризации человек не замечает. Пока удалось добиться практической реализации скоростей передачи сигнала на уровне 16 Кбит/с, но потенциально можно улучшить систему до гигабитных скоростей. Минус в том, что передача сигнала возможна только за счет поляризации света, поступающего на стекло извне, так что когда за окном стемнеет, точка доступа «выключится».

Облачные вычисления в космосе

Сразу несколько компаний по всему миру работают над тем, чтобы вынести различные центры обработки информации в космос. Плюсы в том, что там холодно, там эти серверные никому не мешают, а заодно имеют доступ к «бесплатной» солнечной энергии без ограничений. Российская компания RuVDS уже даже продемонстрировала практическую возможность переноса хостинга с Земли на орбиту. Одноименный спутник размером немногим больше спичечного коробка был успешно выведен на орбиту и, несмотря на возникшую нештатную ситуацию, смог запустить процесс трансляции HTML-кода на частоте 436,26 МГц. Есть свой проект и у Amazon. Космическая платформа Blue Ring в будущем будет обслуживать коммерческих и государственных заказчиков и сможет поддерживать различные миссии на средней околоземной орбите в окололунный регион и за его пределы. Причем, в отличие от проекта RuVDS, американское начинание будет предоставлять комплексные услуги, включая хостинг, транспортировку, заправку, ретрансляцию данных и логистику, а также облачные вычисления в космосе. Blue Ring сможет принимать грузы массой более 3000 кг и станет первым звеном в развертывании логистической и вычислительной структуры Amazon в космосе.

Спутниковый интернет в России

Огромные территории Российской Федерации не только являются нашим достоянием, но и создают проблему обеспечения их связью, решить которую до конца так пока и не удается. Но правительство рассчитывает, что к 2030 году даже самые удаленные территории в Арктике и на Дальнем Востоке будут обеспечены связью. Отмечу, что эта технология в мире уже реализована, речь идет о локальном прогрессе, за который отвечает компания «Бюро 1440». Система представляет собой полный аналог Starlink с низкоорбитальными спутниками и межспутниковой лазерной связью. На орбиту были выведены первые спутники для тестирования возможностей, которое идет весьма успешно, а с 2025 года предполагается осуществлять по 10-12 пусков ракет примерно с 15 спутниками каждая. Всего к 2030 году планируется создать группировку примерно из 900 активных спутников, что позволит добиться устойчивой связи по всем территориям России, включая регионы, где традиционные системы связи отсутствуют.

Шины с переменными свойствами

Как автолюбителя с очень большим разбросом интересов меня очень волнует судьба всевозможных проектов по созданию универсальных шин. В конце прошлого года представители концерна Hyundai заявили, что им удалось создать шины, которые позволяют водителю менять сцепные свойства одним касанием кнопки. В них используется специальный материал, меняющий свою форму под воздействием электрического тока. Шесть канавок, размещенных в шине по кругу, при подаче тока позволяют увеличить размеры и таким образом создают поверхность, которая работает аналогично тому, как работают шины с надетыми на них цепями, что позволяет резко повысить сцепные свойства такой шины. В настоящий момент новинка всё ещё находится в стадии разработки, и пока нет никаких сведений о том, насколько успешно.

Зарядка электромобилей на ходу

Пока емкость аккумуляторов остается недостаточной для того, чтобы электротранспорт мог далеко и безопасно уезжать от зарядных станций, а на самих станциях он вынужден проводить довольно много времени, есть альтернативная идея — заряжать электромобиль или электробус прямо во время движения. Для этого надо всего-то превратить саму дорогу в зарядную станцию. Разработчик электроники и электрики для автомобилей компания Denso и строительная компания Obayashi в Токио создают исследовательский полигон длиной в 15 км для тестирования такой системы зарядки электротранспорта: зарядные устройства располагаются под дорогой, убирая всю инфраструктуру передачи энергии под землю. Причем участники проекта рассчитывают не только на городской транспорт, но и на владельцев электромобилей, а также будущие беспилотные электромобили, для которых предполагается также прокладывать вдоль дорог не только электрические кабели, но и телекоммуникационные — для обмена информацией. Свой вариант подобной системы с передачей заряда и информации для электромобилей летом прошлого года продемонстрировала китайская компания FAW. Впрочем, ни у японского, ни у китайского проектов пока нет подтвержденной экономической целесообразности, так что будущее электродорог для электромобилей довольно туманно.

Биопластик из углекислого газа

Ученые из Техасского университета подошли к решению проблемы утилизации излишков углекислого газа с другой стороны. Кроме выхлопа автомобилей, в углеродном следе есть еще десятки и сотни килограмм пластика. От упаковки до корпусов устройств и деталей автомобилей, которые также не идут на пользу природе. Да еще на них расходуются дефицитные ископаемые. В общем, надо заменить все это биопластиком, который бактерии будут производить из углекислого газа. Полная аннигиляция углеродного следа проходит в несколько этапов. Берем углекислый газ и с помощью электрокатализа превращаем его в этанол и другие двухуглеродные молекулы. Отдаем это все бактериям, которые поглощают этанол и углерод, вырабатывая при этом пластические соединения. Из плюсов в сравнении с фотосинтезом биопластика — масштабируемость, более высокая скорость реакции и энергоэффективность.

Гибкая электроника

Смартфоны с гибкими экранами, сворачивающиеся в трубочку телевизоры и прочие чудеса гибкой электроники упираются в то, что на данный момент все еще не существует технологии, позволяющей сделать печатную плату такой же гибкой, как экран. Есть проблемы и с аккумуляторами, но они более решаемые, узким местом остается разработка именно плат. Группа американских исследователей разработала материал, который преобразовывает механическую информацию в электрический сигнал, может его обрабатывать и выдавать ответ. Такие материалы называют «думающими», а в качестве будущей области применения для них называют замену интегральных микросхем. Сейчас для изготовления интегральных микросхем используются только кремниевые подложки, что накладывает множество ограничений и является препятствием на пути создания некоторого вида устройств. Исследователи из университета Пенсильвании смогли создать инженерный мягкий полимерный материал, который такого недостатка лишен — он воспринимает деформации, которые может одновременно ощущать, обрабатывать и реагировать без дополнительных схем обработки сигналов. Он содержит реконфигурируемые схемы, реализующие комбинационную логику, и благодаря этому может переводить механический сигнал в электронный импульс, который можно обработать и получить выходной сигнал. Механическое напряжение может использоваться для проведения арифметических вычислений или обнаружения радиочастот для определения световых сигналов. В целом, исследователи заявляют о том, что им удалось создать искусственный материал, действующий подобно человеческому мозгу.

Наноботы вместо зубной пасты

Помните старую рекламу Colgate про бабушку, у которой из своего остались только зубы? Так вот, группа инженеров и ученых из Университета Пенсильвании готова поспорить с тем, что зубная паста сохранится в таком варианте развития будущего. И ваша «умная» зубная щетка тоже. Хотя, пожалуй, что-то похожее на зубную щетку в будущем останется. Вот только щетинки из натуральных или синтетических материалов заменит рой нанороботов, который, управляясь электромагнитным полем, будет формировать щетинки для чистки поверхности зубов и структуры вроде зубной нити для очистки пространства между ними. Сами наноботы представляют собой наночастицы оксида железа с каталитической и магнитной активностью. Помимо механической очистки, эти наноботы будут активировать перекись водорода, запуская реакцию, при которой образуются свободные радикалы, убивающие бактерии и устраняющие липкую пленку, образующуюся на зубах. Уже проведенные испытания на реальных человеческих зубах показали, что количество патогенных бактерий при такой чистке снижается до уровня, не поддающегося обнаружению. В общем, хоть завтра можно переходить на самую совершенную систему очистки зубов, вопрос только в том, сколько она будет стоить в производстве.

Биороботы для очистки организма

Совместный проект ученых из Университета Тафтса и Гарварда достиг той стадии, когда удалось создать из клеток человека микророботов, которые могут перемещаться по поверхности других клеток, стимулируя их рост в месте повреждения нервных тканей. Новинку назвали «антроботами», поскольку создают их из клеток трахеи взрослого человека. Ранее этот же коллектив исследователей сумел создать ксеноботов — многоклеточных биологических роботов из клеток эмбриона лягушки. Такие роботы способны двигаться по проходам, собирать материал, записывать информацию и даже самовоспроизводиться в течение нескольких циклов. Ученые пока не знают ответа на вопрос, каким образом антро- или ксеноботы стимулируют рост новых клеток, но такой рост наблюдался именно в местах скопления ботов. Такие кластеры получили название суперботов. Практическое применение открытия пока не обсуждается, но в перспективе это позволит проводить терапию без опасений вызвать иммунный ответ, а спектр применения довольно широк: ботов можно использовать для очищения сосудов от бляшек, восстановления нервных тканей в спинном мозге или сетчатке, а также для распознавания бактерий и раковых клеток. При этом они живут только несколько недель и усваиваются организмом, а лабораторные образцы и вовсе существуют в особых условиях и вообще не имеют шансов распространиться самопроизвольно.

Плодородная Луна

Ну и последняя технология пока не слишком актуальна, ведь для ее внедрения нужно, чтобы человечество наконец-то начало космическую экспансию, освоив хотя бы свой собственный естественный спутник. Если вы смотрели фильм «Марсианин», то должны помнить о том, как главный герой бился за то, чтобы сделать марсианский грунт пригодным для выращивания земной картошки. Дабы в ходе освоения Луны не столкнуться с такими трудностями по превращению реголита в плодородную почву, китайские ученые предлагают прибегнуть к помощи специально выведенных бактерий. Проведенные ими исследования показали, что некоторые из земных микробов, способных извлекать фосфор из неорганических соединений, вполне смогут существовать в лунном грунте, делая его более питательным для земных растений. С этой целью колонии бактерий рода Bacillus и бактерия вида Pseudomonas fluorescens были поселены в аналог реголита, продемонстрировав, что почва, изначально содержащая мало фосфора в соединениях, которые пригодны для усвоения земными растениями, может быть доведена до уровня плодородности, сопоставимого с земными образцами. Разумеется, для понимания того, насколько этот метод будет эффективен, требуется проведение эксперимента с реальным реголитом и в лунных условиях, но терраформирование стало еще на один шаг ближе.