Презареждащи се самолети
Tesla. Prius. Volt. Автоиндустрията е пълна с радикални нови проекти, които намаляват въздействието върху околната среда от шофирането. Самолетната индустрия от десетилетия подобрява ефективността на употребата на горива, но е достигнала тавана на възможностите на сегашния дизайн и скоро ще се наложи да премине през също толкова трансформативно преосмисляне.
И това трябва да се случи бързо. Пътуванията по въздуха се очаква да се удвоят до 2031 г., когато развиващите се страни ще подобрят имущественото си състояние. Този ръст би могъл да ликвидира всички подобрения, които сме постигнали чрез по-екологична автоиндустрия или електрически системи.
Има много начини за решаване на проблема. НАСА преосмислят дизайна на самолети, като финансират привличащи внимание концепти като MIT D Series - в който двуцилиндрово тяло позволява задно монтиране на двигателите и общо намаляване на потреблението на гориво с около 50%. (Те са и доста по-тихи.)
По-интелигентните навигационни системи биха позволили на самолетите да летят на по-малки разстояния и чрез по-директни летателни маршрути. А малките самолети с ограничен обхват вероятно биха станали и изцяло електрически: словенската фирма Pipistrel вече е разработила електрически четириместен самолет, който изминава двойно по-голямо разстояние от класическите самолети.
"Всички тези технологии се съчетават, за да осигурят възможности, невъобразими преди 10 години," казва Дейвид Хинтън, зам.-директор по изследванията за въздухоплаването в НАСА. В крайна сметка небесата са пределът.
Захранване на планетата чрез микро-машини
През 1982 г. химикът от Калифорнийския технологичен институт Хари Грей открива, че електроните преминават през дълги вериги от молекули чрез протеини. Този трик се оказва вдъхващ живот; така живите същества преобразуват енергията в нещо, което могат да използват - от растенията, улавящи слънчевата енергия в клетките си, до всичко останали живи същества, използващи източници от типа на глюкозата за получаване на енергия.
Всичко това е постижимо заради хибридни молекули, наречени металопротеини, които съчетават гъвкавостта на протеините със способността на металите да катализират химически реакции.
Когато Грей разбира това, той вече се е заинтересувал от слънчевата енергия.
Ако се опитвате да изобретите почти безкрайно възобновяем генератор на енергия, осъзнава той, опитайте с базирана на металопротеини система като фотосинтезата. Това обаче не би проработило. Биологичните машини са твърде крехки и неефективни - и синтезата трябва да става на всеки няколко минути, за да има реален резултат.
Така че ако желаем молекулярна машина, която да произвежда ефективно и надеждно енергия, според Грей трябва да си я направим сами. Той и колегите му си представят миниатюрни акумулатори с метални окиси в единия край и силиций в другия, изградени като масивите от металопротеини в растителните клетъчни мембрани.
Металните окиси ще абсорбират синия спектър от слънчевите лъчи и ще използват енергията, за да преобразуват морската вода на кислород и протони, а силицият ще абсорбира червения спектър и ще съчетава протоните с електрони.
Което е удобно, защото протонът и електронът заедно генерират водород, който може да се използва като гориво. Накратко: получава се безплатен водород от слънчевата светлина. "Целта на работата ни е да получим молекули или материали, които са много гъвкави," казва той, "и издържат дълго в соларните горивни генератори".
И това може и да се получи. Изкуствените процеси за разделяне на водата на съставни елементи вече са 10 пъти по-ефективни от естествената фотосинтеза, макар че подобни инсталации с големи мащаби са постижими едва след десетилетия - учените търсят нови катализатори, с които да управляват химическия процес (екзотичните метали, които те използват сега, са скъпи и твърде токсични).
Грей е оптимист. "Природата като система е трябвало да конструира нещо, което реално да живее," коментира той. "А ние само трябва да произведем гориво." И междувременно да спасим планетата.
Wi-Fi точки за достъп от флакон
Цялата мобилна икономика се базира на една нестабилна хипотеза - че ще имаме достъп до мобилен уеб където и когато пожелаем, с все по-нарастваща скорост. Реалността обаче не е така розова: вече видяхме някои оператори по цял свят да се отказват от неограничените тарифни планове за мобилен трафик - и борбата за мобилен трансфер ще е още по-тежка, докато броят на таблетите и смартфоните продължава да нараства с бързи темпове.
Ограниченият Интернет достъп е не само дразнещ - той е смъртна заплаха за иновациите. Към 2020 г. безжичните технологии се очаква да имат глобален ефект на стойност $4.5 трлн. Растежът обаче зависи от способността ни да се разрастваме. Нуждаем се от достъп, който да отговаря на броя устройства, нуждаещи се от него.
Леснодостъпната Wi-Fi мрежа би могла да реши този проблем. Интернет и телеком компаниите вече започват да въвеждат миниклетки - миниатюрни кули, които осигуряват Wi-Fi наравно с 4G в най-гъсто населените райони. Операторите обаче нямат особени стимули да инвестират в огромната инфраструктура, необходима за свързването на целия свят в мащабна високоскоростна мрежа.
Една компания е измислила уникално смело решение - Wi-Fi антена във флакон. Chamtech са разработили течност, пълна с милиони нано-кондензатори, която при пръскане върху повърхност приема радиосигнал по-добре от стандартен метален прът.
Чрез рутер антените на Chamtech могат да комуникират с оптична мрежа, да приемат сигнали от насочени сателити и да се свързват каскадно със съседните възли, създавайки мрежа от евтини, високоскоростни Wi-Fi точки за достъп.
Тъй като антените могат да се нанасят върху всякакви повърхности, няма да има масова съпротива срещу тях, каквато има сега срещу мобилните кули. Ако това не ви се вижда достатъчно, погледнете го от този аспект: повече няма да псувате Mtel, Globul, Vivacom или който друг още мобилен оператор се появи.
Пустините могат да станат електроцентрали
Не мислете за Сахара като за пустош - приемете ги за почти безкраен източник на чиста енергия. За шест часа дневна светлина пустините на Земята поемат повече енергия, отколкото човечеството използва за цяла година. Сега невероятен консорциум от политици, учени и икономисти от Средиземноморския регион има план да се възползва от нея.
Проектът "Desertec" предвижда стотици квадратни километри ветрови и слънчеви централи в световните пустини, свързани към електрическа преносна мрежа за осигуряване на надеждна, възобновима и достъпна енергия до по-лишените от слънце региони.
Проектантите засега се надяват да пренесат слънчевата енергия първо от Северна Африка до Европа. Около 3500 кв. км северноафрикански пустини биха могли да осигуряват близо 20% от нужната за Европа енергия към 2050 г. "Единственото, което е нужно да осъзнаем, е, че прототипите на Desertec вече са налице," казва единият от директорите на фондацията - Тиемо Гроп.
Както става с повечето мащабни инфраструктурни проекти, засега най-големите предизвикателства са политически. Северноафриканските лидери приемат Desertec като източник на работни места, но "Арабската пролет" породи у инвеститорите несигурност за дълготрайната стабилност на региона.
Икономическата криза в Европа пък намали публичното финансиране, а континентът представлява хаос от несъвместими електрически системи и регулации. Все пак Desertec има сериозни шансове да пожъне успех. 90% от световното население живее на не повече от 3000 км разстояние от някоя пустиня; китайските градове биха могли да разчитат на електричество от Гоби, а Южна Америка би могла да прокара мрежа от Атакама. А където има светлина, има и надежда.
Цифрови дисплеи във вашите очи
Смартфоните са ни осигурили постоянна връзка към информация от цял свят. Но реалният достъп до тази информация изисква да гледаме в нашите джаджи, което води до автомобилни катастрофи и раздразнение на събеседниците ни на масата за вечеря. Какво би станало, ако се свързваме незабележимо към всичката тази информация, без това да вреди на живота или приятелствата ни?
Съоснователите на Google обсъждат осигуряването на директна връзка на данните с мозъка още от 2002 г. Засега те са стигнали най-далеч с прототипа си Google Glass, очила, които прожектират информация върху дисплей, видим само за гледащия през тях. Но Бабак Парвиз, основател на Project Glass и преподавател във Вашингтонския университет, се надява да изведе нещата една стъпка по-далеч.
Парвиз предлага мащабен план да се откажем от масивните очила и да изградим микросистема върху контактни лещи. Чрез нишки, не по-дебели от човешки косъм, тези лещи могат да разширяват реалността и да елиминират нуждата от дисплеи на телефоните, компютрите и телевизорите, смята той. "Единственото, което тези дисплеи правят, е да генерират образ върху ретината ви," пояснява Парвиз. "Така че ако имате контактна леща, която да прави това, нито един от тези дисплеи повече не ви е нужен." Допълнителна екстра: лещите могат да служат за постоянно следене на здравословното ви състояние, използвайки миниатюрни биосензори за анализ на очните ви клетки.
На война с наближаващите астероиди
Филмът "Армагедон" уцели десятката в два аспекта: първо, човечеството е отчайващо неподготвено за появата на наближаващ астероид. И второ - нужни са подходящи инструменти за конкретната цел. "Брус Уилис има огромен принос към защитата на планетата," казва Бон Уи, директор на изследователския център за отклоняване на астероиди към Университета на Айова.
Не, това не е шега - "Армагедон" е спомогнал да се популяризира теорията за взривове под повърхността на астероидите. И Уи разполага с ракета - т.нар. "Свръхскоростен летателен апарат за прихващане на астероиди" (HAIV) - която прави точно това.
Отпред HAIV има "прихващач на кинетична енергия"; отзад има атомна бомба. Кинетичната част забива ракетата в скалата, след което бомбата я взривява на части. Очевидно това е прозвучало добре за НАСА - агенцията е отпуснала на Уи грант на стойност $100 000.
Дизайнът на ракетата преодолява един от най-големите недостатъци на атомните взривове в Космоса. Ударът на бомба в повърхността на астероид кара материала в нея да се разтопи, преди да се взриви, а пряк сблъсък не би разрушил астероида. HAIV обаче прехвърля бомбата вътре в скалата, където тя предизвиква взривове под повърхността, увеличаващи двадесеткрактно мощността на експлозията.
Уи планира да тества системата без атомна бомба в нея към 2020 г., но твърди, че би могъл да изстреля такава за по-малко от година, ако се зададе опасен астероид. "Много хора от нашата общност смятат, че когато е необходимо, можем доста бързо да сглобим тази система," казва той. Тя би струвала $500 млн., но това е прашинка в сравнение с евентуалния край на цивилизацията във вида, в който я познаваме сега (и е с $50 млн. по-малко от световния боксофис на "Армагедон"!).
Строеж на небостъргачи от диаманти
Диамантът е един от най-твърдите материали във вселената. Той е абсолютно прозрачен, практически неподатлив на триене, химически инертен и е отличен проводник на топлина. И на всичкото отгоре се получава от един от най-разпространените елементи: въглерод.
Диамантът - реално само въглероден кристал - е изключително полезен в области като микроелектроника или пречистване на води. За съжаление големите диаманти са и изключително редки. Представете си обаче ситуация, в която те стават толкова разпространени, колкото сега е стоманата.
Стивън Бейтс се надява да постигне точно това. Освен че е работил на места като НАСА и Принстън, 64-годишният учен е прекарал няколко години в General Motors, където е конструирал прозрачен бутален двигател от сапфир, осигуряващ безпрецедентна видимост на движението на пламък и газове.
Този сапфирен двигател накарал Бейтс да се замисли за употребата на диамант. "Всичко, което можете да направите със сапфир, би проработило даже още по-добре с диамант, ако можете да си го позволите," обяснява той.
След като се заема със задълбочени изследвания на синтеза на кристали в тънко фолио чрез процес, наречен химично отлагане чрез изпарение (CVD), Бейтс патентова метод за постигане на същото при диамантите. Концепцията е проста: поставя се диамантен прах - евтин индустриален продукт - във форма с изпарен C60 фулерен (имаща форма на футболна топка решетка от 60 въглеродни атома).
След това всичко това се обработва с лазерен лъч. Фулеренът се разпада, а въглеродът се кондензира между диамантените частици, на практика сливайки ги в относително солидна маса.
Дори и методът да се окаже технически и икономически реализуем, полученият материал ще бъде порест, а никой реално не знае какви свойства би имал порестият диамант. Първата стъпка за Бейтс засега е да се снабди със струващ $100 000 импулсен лазер.
Какво би станало обаче, ако технологията пожъне успех? Представете си диамантени основи под вашия дом, диамантени трегери в небостъргачите, диамантени кости в тялото ви, или диамантени части за самолети и космически кораби. Само едно не си представяйте - изцяло диамантени стени на къщите. Ако те се правят от най-добрия проводник на топлина в света, домът ви би станал твърде студено място, за да е подходящ за живеене.
