8 оригинальных разработок, которые уже существуют и могут изменить мир в будущем

1. Некроарахноботы

Фрагмент видео: Rice University

Иногда новые технологии могут быть чрезвычайно интригующими и в то же время настолько жуткими, как будто всё происходит в фильме ужасов.

Инженеры из Университета Райса научились превращать мёртвых пауков в роботов‑хватателей. Глава проекта — Дэниел Престон из Инженерной школы Джорджа Брауна — обнаружил, что даже после смерти пауки сохраняют структуру тела, идеальную для захвата разных объектов.

Чтобы двигать конечностями, пауки используют гидравлику. В их головогруди (просоме) есть специальная камера, которая то сжимается, то расширяется, что приводит к переливу крови (гемолимфы). Когда давление снижается, ноги сгибаются, когда повышается — разгибаются.

Учёные сумели заставить мёртвого паука‑волка двигать конечностями, воткнув ему иглу в просому. «Некроробот» успешно хватал и перемещал вещи, в том числе печатные платы и своих сородичей.

При этом он успешно сгибал и разгибал конечности по тысяче раз подряд, прежде чем они ломались. Исследователи связывают это с обезвоживанием суставов. И считают, что можно преодолеть ограничение, если покрыть ноги прочными полимерами.

Вы можете спросить: зачем учить мёртвых пауков хватать предметы? Ну, перспективы у «некророботов» большие. Они могут выполнять мелкую работу, например собирать электронику, убивать насекомых‑вредителей, а то и в медицине приносить пользу. Учитывая, что сами пауки биоразлагаемы, «некроробототехника» ещё и экологически безопасна.

Возможно, в дальнейшем получится превращать в роботов мёртвые тела покрупнее, чем у пауков. Конечно, всё это напоминает сюжет «Франкенштейна» Мэри Шелли, но не переживайте. В реальности покойникам будет всё равно.

2. Песочные батареи

Возобновляемую энергетику часто критикуют за то, что вырабатываемое ею электричество не удаётся накапливать. Хранить уголь или бензин несложно, в отличие от энергии, которую вырабатывают ветряки и солнечные панели. Конечно, есть аккумуляторы, но литий для них — ресурс дорогой, да и вдобавок токсичный.

Решить проблему может разработка финских инженеров из компании Polar Night Energy, которые нашли способ запасать энергию буквально в песок. Они взяли стальной контейнер размером 4 × 7 м и набили его 100 тоннами песка, а затем использовали энергию ветра и солнца, чтобы его нагреть.

Принцип её действия основан на термоэлектрическом эффекте, который возникает при разности температур в разных слоях рабочего тела батареи. Песок или другой похожий теплоноситель нагревается до высокой температуры, затем тепло передаётся через содержащие полупроводниковые материалы термоэлектрические модули, которые и генерируют электрический ток.

Подобные батареи — весьма эффективный способ хранить излишки электричества, к тому же они крайне дёшевы в производстве. Это позволит с более полной отдачей использовать возобновляемые источники энергии и решить проблему неравномерного её производства.

Как видите, технологии, которые способны улучшить будущее человечества, необязательно должны быть сложными. Некоторые из них довольно просты, но весьма эффективны.

3. Космическая катапульта

Фрагмент видео: SpinLaunch

В то время как Илон Маск пытается выжать максимальную производительность из старых добрых ракетных движков, ребята из компании SpinLaunch решили пойти более оригинальным путём и забрасывать грузы на орбиту с помощью космической катапульты. И у них уже есть работающий прототип, который прошёл испытания.

Вместо того чтобы жечь традиционное химическое топливо, аппарат SpinLaunch запускает объекты в космос посредством кинетической энергии. То есть просто берёт, раскручивает и швыряет спутник в белый свет как в копеечку. Потом ему всё равно придётся задействовать химические двигатели, чтобы стабилизировать орбиту. Но возможность добраться до космоса без необходимости строить огромную ракету всё равно впечатляет.

Правда, чтобы запустить спутник, его нужно разогнать в центрифуге до скорости 8 000 км/ч, причём он испытывает перегрузки в 10 000 G. Человека, естественно, такая штука катапультирует на орбиту только в жидком состоянии — буквально брызнет пассажирами на первой космической. Но вот с неодушевлёнными грузами справится на ура.

4. «Потный» суперконденсатор

Вам не надоело всё время заряжать свой телефон, умные часы, наушники и другие гаджеты? Специалисты из Инженерной школы Джеймса Ватта при Университете Глазго решили разобраться с этой проблемой раз и навсегда. Они разработали новый тип гибкого суперконденсатора, в котором электролит из обычных батарей заменён потом.

Когда ткань из полиэфирной целлюлозы впитывает биологическую жидкость человека, положительные и отрицательные ионы пота взаимодействуют с поверхностью покрывающего её полимера и вызывают электрохимическую реакцию, генерирующую энергию. Суперконденсатор из умного текстиля может быть полностью заряжен, впитав всего 20 микролитров жидкости. И он вполне способен выдержать 4 000 циклов зарядки и разрядки.

А если такой полимер вплести в толстовку, то можно будет на пробежке ещё и смартфон подпитать. Но у таких батарей есть и более важное применение — их можно задействовать в кардиостимуляторах, датчиках отслеживания параметров жизнедеятельности и иных носимых медицинских устройствах, которые требуют непрерывного питания.

Человеческий пот в качестве рабочего тела батареи перспективен ещё и тем, что он экологичен. В отличие от того же токсичного лития его можно проливать на себя сколько угодно.

5. «Живой» бетон

В принципе самовосстанавливающийся бетон — не новая технология. Существуют материалы, способные самостоятельно ремонтировать микроскопические трещины, препятствуя их расширению и предотвращая проникновение влаги и воздействие агрессивных сред. Обычно в состав самовосстанавливающегося бетона добавляются микрокапсулы с ремонтными веществами или волокна, затвердевающие при контакте с водой.

Но учёные из Университета Колорадо в Боулдере решили пойти дальше и создали буквально «живой строительный материал» (living building materials, LBM). Он сделан из гидрогеля и песка, в которые добавили фотосинтезирующие цианобактерии Synechococcus. Когда в структуре из этого материала появляются трещины, цианобактерии начинают процесс биоминерализации, буквально заживляя повреждения.

Учёные считают, что их «бетон с бактериями» позволит создавать конструкции, которые смогут не только самостоятельно «залечивать» трещины, но и поглощать опасные токсины из воздуха и даже светиться по команде. Как вам перспектива поселиться в «живом» доме?

6. Углеродоуловитель

В настоящий момент жизненно важную задачу по снижению уровня CO₂ в атмосфере планеты выполняют наши зелёные друзья — деревья с помощью проверенной миллиардами лет технологии фотосинтеза. Новые разработки могут облегчить их нелёгкую миссию, причём позволят поглощать больше углекислого газа и займут меньшую площадь.

Швейцарская компания Climeworks запустила в Исландии Orca — самый крупный в мире завод по улавливанию и хранению углерода, работающий по технологии под названием DAC (Direct Air Capture, «прямой захват воздуха»). Принцип предельно прост: завод засасывает воздух вокруг себя, а затем фильтрует его. Прямо как домашний кондиционер, только огромный.

Строительство Orca началось в мае 2020 года и завершилось меньше чем за 15 месяцев благодаря его простой модульной конструкции. При этом он способен ежегодно удалять из атмосферы 4 000 тонн CO₂.

Улавливаемый заводом углекислый газ смешивается с водой и направляется вглубь земли. В течение нескольких лет этот CO₂ реагирует с природным базальтом и превращается в твёрдые карбонатные минералы. Кроме того, собранную углекислоту можно будет переработать и использовать для создания синтетического топлива.

7. 3D‑печать костей и органов

3D‑печать — крайне многообещающая отрасль, которая может обеспечить человечество всем, чем угодно — от дешёвых домов до космических двигателей. Но одним из самых интригующих применений этой технологии является создание на 3D‑принтерах костей и внутренних органов.

Компания Ossiform создаёт индивидуальные протезы различных костей из биокерамики и трикальцийфосфата — материалов, свойства которых подобны свойствам костной ткани в человеческом теле. Врачи проводят МРТ, чтобы получить данные о заменяемой кости, которые затем передаются в Ossiform. На основе этих сведений компания создаёт 3D‑модель имплантата, который специально разрабатывается для каждого отдельного пациента и точно имитирует анатомическую форму и структуру реальных костей. Хирург проверяет дизайн, и после печати имплантата на 3D‑принтере его можно использовать во время хирургической операции.

Другой многообещающий способ применения 3D‑принтера в медицине — печать человеческих органов. Технология основана на использовании биологически совместимых материалов, таких как биополимеры и клетки, взятые у донора, зачастую — у самого пациента.

Специальный принтер наслаивает эти материалы, соблюдая строгий порядок, чтобы создать трёхмерную структуру органа. Затем клетки, внедрённые в материал, разрастаются и поглощают полимер, образуя на нём, как на каркасе, ткани, органы, а иногда и целые части тела.

Например, таким образом однажды напечатали нос. Прицепили его к предплечью больной, он там за пару месяцев прижился, а затем его пересадили на лицо.

И даже сетчатку глаза человека можно напечатать на 3D‑принтере, задействовав стволовые клетки. Эту технологию разработали учёные из Национального глазного института США в 2022 году.

8. Экологичные «грибные» похороны

Перенаселение планеты — серьёзная проблема, и не только потому, что миллиарды людей нужно чем‑то кормить, а и потому, что их всех ещё нужно где‑то хоронить. Земли, пущенные под кладбища, ещё не скоро будут пригодны для какого‑либо другого применения, ведь продукты трупного гниения не позволяют выращивать на них полезные растения.

Кремация тоже не выход, поскольку на сжигание тел расходуется очень много энергии. Кроме того, в атмосферу выбрасывается много углекислоты, да ещё и вредной ртути — при испарении зубных пломб.

Но оригинальная технология «зелёных» похорон, которую уже сейчас применяют в США и Великобритании, позволяет утилизировать тела безо всякого ущерба для природы. Усопший помещается в специальный контейнер, где происходит контролируемая декомпозиция под воздействием специально подобранных грибов и микроорганизмов. Плесень и грибки рода Agaricus питаются органическим материалом, включая останки. Они разлагают белки, углеводы и жиры, превращая их в гумус и питательные вещества.

В результате этого процесса образуется грибной компост, который может быть использован для удобрения. Мало того, что компостирование снижает вредное воздействие продуктов гниения на окружающую среду, оно ещё и способствует быстрому восстановлению плодородия почвы.