Вещи, которые могут стать обычным явлением через десять лет

Ниже мы представляем девять технологий, которые могут стать обычным явлением в ближайшее десятилетие.

Проглоченные робото-таблетки

Ученые уже представили различные виды электронных капсул, которые пациенты проглатывают для высвобождения лекарств или диагностики. Однако недавно команды из Массачусетского технологического института, Шеффилдского университета и Токийского технологического института продемонстрировали складывание оригами.

После приема внутрь контролируется внешними магнитными полями (1), чтобы он мог работать внутри нашего тела. Несколькими годами ранее исследователи Массачусетского технологического института предложили оборудование, фиксирующее важные данные о функционировании человеческого организма, которые можно было бы безопасно проглотить.

Исследовательское оборудование заключено в обтекаемую капсулу размером с миндалевидную форму, наполненную миниатюрными микрофонами, записывающими звуки, например, звук сердцебиения, который эффективно заменяет, например, стетоскоп. Сигналы от сердца или, например, легких после сохранения могут быть отправлены по радиоволнам на приемник снаружи, даже на расстоянии 3 м.

Такие устройства, вероятно, будут использоваться в медицине в течение нескольких лет. Интересны также идеи их аутентификации, защиты доступа нежелательных лиц. Например, Motorola разработала электронную таблетку, содержащую крошечный чип для работы с пищеварительными жидкостями. «Паролем», активирующим устройство, является весь организм, то есть биологические параметры пациента.

1. Проглоченный оригами-робот из Массачусетского технологического института

Электронная умная одежда

Электронный текстиль или электронный текстиль — это ткани, которые позволяют встраивать в них цифровые компоненты, такие как батарея и свет (включая небольшие компьютеры), а также электронику. Возможных применений множество — от наблюдения за параметрами тела спортсменов или пациентов до вывода текстов и изображений на поверхность одежды (2).

Уже поступила в продажу первая одежда с электронными элементами – электронные модули крепятся к верхней одежде или встраиваются в обувь. Новинкой следующего десятилетия может стать использование проводящих волокон в коммерческих тканях вместо традиционных проводов.

Электрохимические элементы, поглощающие CO2, и другие методы улавливания

Недавно инженеры Массачусетского технологического института разработали новый способ удаления углекислого газа из воздуха (3). Процесс, основанный на пропускании воздуха через стопку заряженных электрохимических элементов, описан в журнале Energy and Environmental Science. Устройство-прототип представляет собой большую батарею, которая поглощает углекислый газ из воздуха (или другого газового потока), проходящего через его электроды во время зарядки, а затем выделяет газ при разрядке.

При зарядке батареи на поверхности электродов происходит электрохимическая реакция. Они покрыты соединением под названием полиантрахинон, в состав которого входят углеродные нанотрубки. Электроды имеют естественное сродство к углекислому газу и легко реагируют с его молекулами в воздушном потоке или в сырьевом газе, даже если они присутствуют в очень низких концентрациях.

При разрядке батареи происходит обратная реакция — устройство может обеспечить часть мощности, необходимой для всей системы, — и при этом выбрасывает поток чистого углекислого газа. Поэтому система не «устраняет» поглощенный газ, а улавливает его из малых концентраций, то есть из воздуха, а затем конденсирует. Чистый CO₂ например, он может попасть на заводы по производству газированных напитков. С большой долей вероятности можно предположить, что интерес к эффективному и дешевому улавливанию углекислого газа уже сильно возрастет.

3. Изображение клетки, созданное в Массачусетском технологическом институте.

Алмазные батареи с длительным сроком службы

Так называются заключённые в алмазы радиоактивные отходы, преобразующие радиацию в электричество (4). Такой новый тип батареи был предложен три года назад Институтом Кэбота Бристольского университета. предполагается использовать графитовые блоки из радиоактивных отходов в качестве замедлителя нейтронов в ядерных реакторах, и они должны работать или производить энергию в течение тысяч лет.

В прототипе батареи используется изотоп углерода ¹⁴C в виде алмазоподобного углерода (DLC) в качестве источника бета-излучения и дополнительного нормального углерода DLC для выполнения необходимых полупроводниковых соединений и изотопной инкапсуляции. Использование алмаза, одного из самых твердых твердых тел на Земле, не только увеличит количество вырабатываемой электроэнергии, но и предотвратит утечку излучения из батарей.

Период полураспада ¹⁴C составляет 5730 лет, так что это чрезвычайно долговечный источник энергии. И это будет хорошим аргументом в пользу их использования, несмотря на сравнительно более высокую цену. А областей применения будет много — от медицины до космоса.

4. Радиоактивные отходы и алмазные батареи

Оптогенетическая инженерия для лечения болезней

Оптогенетика — это метод, который контролирует активность определенной группы нейронов с помощью света. Чувствительность нейронов к свету получают путем введения в них последовательности гена, кодирующего светочувствительный белок из семейства опсинов, например, на вирусном носителе. Этот белок встраивается в клеточную мембрану нервной клетки и под действием света вызывает ее стимуляцию или торможение.

Согласно исследованию, опубликованному несколько лет назад в журнале Nature, мыши (5) с гиперактивным мочевым пузырем, доведенным до такого состояния медицинскими факторами, испытали уменьшение частых позывов к мочеиспусканию после того, как им имплантировали устройство, вырабатывающее активируемый светом белок, называемый архаэродопсином 3.0. Датчик, обернутый вокруг мочевого пузыря, отслеживает количество мочеиспусканий пациента. Если это происходит более трех раз в час, активируется светодиод, расположенный на имплантате.

Практического применения этого метода управления функциями организма можно ожидать во второй половине десятилетия.

5. Мышь из оптогенетических экспериментов.

Более дешевые высокоэффективные солнечные элементы, перовскиты

Ученые из Аризонского государственного университета побили рекорд эффективности за последние месяцы — с помощью тандемных фотовольтаиков и перовскитов они достигли 25,4% (6). Предыдущий мировой рекорд эффективности солнечных элементов этого типа (23,6%) был установлен в 2017 году профессорами Закари Холманом и Чжэншань Ю с командой, которая поместила полупрозрачный перовскит на кремний.

Конечно, эксперименты с многослойными ячейками, концентраторами и линзами Френеля, фокусирующими солнечное излучение, проводились годами, и прототипы достигают вдвое большей эффективности. Однако именно перовскиты дают шанс на более быстрое внедрение солнечных панелей нового поколения на потребительский рынок.

6. Солнечная батарея-рекордсмен из Университета штата Аризона.

3D-принтер как бытовая техника в каждом доме

Несколько лет назад известный производитель игрушек Mattel представил на рынок дешевый 3D-принтер. Набор под названием ThingMaker, состоящий из мобильного приложения и принтера, позволяет изготавливать игрушки в домашних условиях — куклы своими руками, динозавры, браслеты, ожерелья и т. д. фигурки, а также элементы со специальными крючками, которые можно складывать в более крупные предметы.

В 2014 году компания Lego объявила, что позволит своим клиентам печатать кубики с помощью 3D-машин. Допускалось, что любителям кирпичиков, вероятно, будет неинтересно печатать сотни элементов самостоятельно, но теоретически они могут захотеть изготовить специальные элементы, какие-то фигурки, кирпичики, расширяющие возможности набора и т. д.

Однако реальным полем для показухи техники и способом ввода этих устройств «под соломенные крыши» может быть пищевое производство (7), о чем мы писали в «МТ» год назад. В настоящее время ценовые барьеры для такой услуги все еще стоят на пути, но это может измениться — и это менее чем через пять лет.

Наушники для живого перевода

Наушники Pixel Buds представили два года назад (8) Google оборудованы сенсорными кнопками и обеспечивают доступ к сервису Google Assistant. Хотя изначально они не были полностью беспроводными, как AirPods от Apple, их описывали как прорывной продукт из-за постоянного доступа к синхронному переводу в Google Translate. «Вы услышите перевод другого собеседника, говорящего вам на ухо прямо и сразу», — пообещал Google.

С тех пор появилось несколько других подобных продуктов. Переводы, как вы знаете, еще несовершенны, но десятилетие кажется подходящей временной перспективой, чтобы предсказать зрелость, совершенство и широкое использование таких устройств.

8. Презентация языков, переведенных Pixel Buds

Голосовые интерфейсы и дисплей на каждом шагу

Недавно мы описывали бурное развитие техники голосового общения с машинами в «Юном технаре». Преодолеет ли голосовой интерфейс клавиатуры, мыши и сенсорные экраны в ближайшее десятилетие? Это не точно. Однако с большой долей вероятности можно предположить, что приемы отображения не только изображений, но и интерактивных в различных в настоящее время непривычных местах, таких как зеркала в ванных комнатах (9), столы или автомобильные окна.

9. Интеллектуальное зеркало с отображением параметров здоровья