Visos šios technologijos ir koncepcijos, pradedant DNR origami ir baigiant oseointegracija, apima pagrindines šiandienos mokslinių tyrimų kryptis. Trumpai apžvelkime jas - dar prieš tai, kol jūs pirmą kartą ranka paliesite pjezoelektrinį ekraną arba nusipirksite savo pirmąjį ultrakondensatorių.
1. Antropomimetinės mašinos
Nepaisant robotų išorinio panašumo į žmones, pažvelgę į jų vidų išvysite laidų pynes ir įvairių komponentų „kratinius“, kurie savo esme ne itin primena gyvus sutvėrimus. Šios idėjos vedina grupė Europos mokslininkų siekia pašalinti minėtą skirtumą. Jų kuriamas robotas yra antropomimetinis - tai reiškia, jog jis imituoja žmogaus formą ir sandarą. Jo skeletas pagamintas iš termoplastinio polimero, raumenis imituoja specialūs vykdantieji įtaisai, o sausgysles - tamprios sintetinės gijos. Tyrinėtojų tikslas - sukurti kuo panašesnį į žmogų robotą, kuris galėtų su aplinka sąveikauti ir į ją reaguoti lygiai taip pat, kaip ir mes. Tokie planai atrodo visai realūs, tuo labiau, kad pasaulyje jau esama gyvūnus imituojančių (biomimetinių) robotų pavyzdžių; belieka panašias technologijas pritaikyti antropomimetiniams mechanizmams.
2. Tiesioginiai anglies kuro elementai
Anglis teršia aplinką, o kuro elementai (angl. fuel cell) veikia naudodami vandenilį - tokia yra „standartinė“ išmintis. Tačiau mokslininkai jau dabar kuria naują „tiesioginių anglies kuro elementų“ kartą. Vandenilį išgauti yra palyginti sudėtinga, todėl juose vietoj šios medžiagos nenaudojama elektrocheminė reakcija tarp deguonies ir stipriai susmulkintos anglies. Akmens anglį taip pat galima pakeisti kokiu nors geresniu anglies šaltiniu, pavyzdžiui, biomase. Pranašumas tas, jog tokia energijos gamyba naudojant anglį nereikalauja jokio degimo proceso. Efektyvumas, lyginant su tradicinėmis akmens anglimi kūrenamomis šiluminėmis elektrinėmis, padidinamas dvigubai. Kalifornijoje (JAV) įsikūrusi kompanija „Direct Carbon Technology“ planuoja jau šiais metais sukonstruoti 10 kilovatų galios prototipą, kuris būtų maitinamas biomase. Kita kompanija - Ohajuje (JAV) įsikūrusi „Contained Energy“ - jau netrukus tikisi šiuo metodu pradėti gaminti elektros energiją. Galutinis kompanijų tikslas - sukurti modulinius kuro elementus, kuriuos būtų galima jungti vienus su kitais, taip konstruojant naujo tipo nedidelių matmenų jėgaines. Lygiai tie patys moduliai galėtų būti naudojami modifikuojant tradicines šilumines elektrines, taip žymiai padidinant jų ekologiškumą.
Tradiciniai kuro elementai gali netrukus tapti praeitimi - nepaisant to, kad jų pritaikymas taip ir nebuvo išplėtotas. Nuotraukoje parodyti vandenilį naudojantys kuro elementai, sumontuoti ant kosminės laboratorijos "Spacelab" korpuso. H4NUM4N nuotr.
3. Metabolomika
Pastaruosius penkerius metus Edmontono (Kanada, Alberta) universiteto mokslininkai vykdo Žmogaus metabolomo projektą (Human Metabolome Project). Tai - duomenų bazė, kurioje jau yra sukaupta apie 8000 natūraliai randamų metabolitų (mažų molekulių, kurios dalyvauja organizme vykstančiose reakcijose), 1450 įvairių vaistų, 1900 maisto priedų ir 2900 toksinų, aptinkamų kraujo ir šlapimo tyrimų metu. Naudodami šią informaciją, mokslininkai gali analizuoti pacientų metabolominį (angl. metabolimic) profilį, pagal kurį galima iš vieno kraujo arba šlapimo lašelio nustatyti, ar žmogus mėgsta šokoladą, arba ar jo organizmui gresia galimybė susirgti kokia nors gyvybei pavojų keliančia liga. Šiandien tokiems tyrimams atlikti reikalinga milijonus dolerių kainuojanti įranga ir jos naudojimas dažniausiai apsiriboja mokslinių tyrimų laboratorijomis. Projekto duomenų bazė pirmą kartą buvo pristatyta 2007 metais ir jau dabar yra naudojama komerciniais tikslais, tokiais kaip vaistų aptikimas ir ligų diagnostika. Tai gerokai paspartina sveikatos tyrimus ir supaprastina medikų darbą.
4. DNR origamiai
Kalifornijos technologijų institute dirbantys mokslininkai jau kelerius metus bando „sulankstyti“ mikroskopines DNR gijas į įdomių formų struktūras. Šiaip origamis - lankstymo iš popieriaus menas - yra visai neblogas būdas linksmai praleisti laiką draugų kompanijoje. Tačiau praėjusiais metais atliktų eksperimentų metu mokslininkams paaiškėjo, jog tokiais principais sulankstytos DNR molekulių gijos gali būti panaudotos kuriant ultramažus elektroninius lustus. Tada tyrinėtojai pradėjo bendradarbiauti su IBM specialistais ir pademonstravo, jog įvairias sulankstytas DNR formas (pavyzdžiui, trikampius) galima išdėlioti ant tokio paties silicio pagrindo, kuris yra naudojamas kompiuterinėms mikroschemoms gaminti. Tokiu būdu DNR gabalėlius būtų galima naudoti kaip pagalbinius elementus mažyčiams elektroniniams lustų komponentams pozicionuoti. Teigiama, jog įsisavinus šią technologiją, mikroprocesorius ir kitokios paskirties lustus būtų galima gaminti naudojant 6 nm skiriamosios gebos technologiją - tai būtų didžiulis pasiekimas lyginant su dabartiniu metu naudojamu 32nm procesu.
DNR origamių pavyzdžiai
5. Pjezoelektriniai displėjai
Mokslininkams jau seniai žinomos natūraliai gamtoje susiformuojančios pjezoelektrinės medžiagos, kurios pasižymi savybe transformuoti elektrinę energiją į mechaninį poveikį ir atvirkščiai. Integruodamos šias medžiagas į elektroninius ekranus, įvairios kompanijos tikisi sukurti ekranus, kurie gali keisti savo formą arba tekstūrą. Prognozuojama, jog jau šiais metais technologija bus įdiegta plataus vartojimo elektronikos įtaisuose. Gali būti, jog visai netrukus sulauksime mobiliųjų telefonų, kurių ekranai išjungtoje būsenoje sutvirtės, taip užtikrindami papildomą įrenginio apsaugą, o jį aktyvavus, vėl transformuosis į lietimui jautrų paviršių.
Pjezoelektriniai displėjai galėtų keisti savo mechanines savybes. Leandro Castelao iliustr.
6. Oseointegracija
Idealūs kūno galūnių protezai būtų tokie, kurie elgtųsi taip, kaip natūralios kūno dalys. Oseointegracijos technologija leidžia neatskiriamai sujungti protezą su gyvu paciento kaulu. Tai tampa įmanoma pasinaudojant tuo, kad kaulo ląstelės geba prisitvirtinti prie titano ir jo neatmeta kaip svetimkūnio. Technologija jau dabar naudojama nedidelėms dantų protezų ir veido implantų operacijoms (įskaitant ir Lietuvos mediciną), o mokslininkai naujovę sparčiai tobulina, kad kad ją būtų galima naudoti kojų ir rankų protezams implantuoti. 2008 metais pavyko sėkmingai pritvirtinti galinės kojos implantą vokiečių aviganiui vardu Cassidy. Šiaurės Karolinos valstijos universiteto (JAV) veterinarijos chirurgai šiais metais planuoja atlikti šešias panašias operacijas kojų amputaciją patyrusiems šunims ir nagrinėja galimybę tokią pat operaciją atlikti Šiaurės Karolinos zoologijos sode gyvenančiam ocelotui. Tačiau tikrasis šios technologijos iššūkis - pritaikyti ją žmonėms. Tikėkimės, jog tą padaryti pavyks jau netolimoje ateityje, tuo labiau, kad pirmieji mėginimai tai įgyvendinti jau vykdomi.
Pirmoji galūnės protezo oseointegracijos operacija atlikta vokiečių aviganių veislės šuniui. AP nuotr.
7. Horizontalioji gręžinių technologija
Vien tik Jungtinėse Amerikos Valstijose, po 3,3km storio skalūno sluoksniu, glūdi šimtų milijardų kubinių metrų gamtinių dujų ištekliai. Didžiosios jų dalies pasiekti tradiciniais gręžiniais neįmanoma - tankios uolienos trukdo dujoms tekėti link gręžinio ašies. Problemos sprendimas - gręžiniai, kurie pirmiausia yra gręžiami vertikaliai, kol kertamas skalūno sluoksnis, o po to gręžimo kryptis palaipsniui pakreipiama 90 laipsnių kampu. Ši idėja yra sena, tačiau, kylant energijos kainoms ir patobulėjus technologijai, šios pramonės atstovams jau tampa naudinga grįžti prie „senos klasikos". 2008 metais „Chesapeake Energy" korporacija netoli Haynesville miesto (Luiziana, JAV) užbaigė 14 horizontaliųjų gręžinių, o iki šių metų pabaigos gręžinių skaičių tikimasi padidinti iki 40.
Horizontalieji gręžiniai leidžia pasiekti tuos požeminius išteklius, kuriuos iškelti į paviršių tradiciniais metodais yra sudėtinga. Leandro Castelao iliustr.
8. Kinetinė hidroenergija
Tradicinei hidroenergijai gaminti reikalingos užtvankos - masyvios inžinerinės struktūros, kurios gerokai pakeičia vietinius gamtovaizdžius ir ekosistemas. Mažiau invazinis sprendimas - kinetinė hidroenergija, kuriai surinkti naudojamos povandeninės turbinos. Šie įrenginiai išnaudoja natūralias upių ir potvynių tėkmes. Kompanija „Verdant Power“ nuo 2006 metų testuoja šešias povandenines turbinas Niujorko East River sąsiauryje ir taip siekia įrodyti technologijos potencialą. Šiais metais kompanija tikisi gauti licenziją, pagal kurią jai būtų suteikta teisė visame sąsiauryje įrengti 30 tokių povandeninių turbinų, į rytus nuo Niujorko Ruzvelto (Roosevelt) salos. Visa sistema į bendrą energijos tinklą tieks 1 megavato galios elektros srovę. Kitos visame pasaulyje panašius projektus vykdančios kompanijos savo bandymus taip pat tikisi užbaigti jau visai netrukus. Vieną didžiausių pasaulyje potvynio energiją išnaudojančių turbinų kompleksą tikimasi įrengti Kanados Fundy įlankoje.
9. Nanosiūlai
Nuo pat anglies nanovamzdelių atradimo 1991 metais jie yra laikomi pagrindine ateities tendencija. Viena patraukliausių jų savybių yra mechaninis stiprumas (jie yra iki 100 kartų tvirtesni nei plienas) ir geras laidumas tiek šilumai, tiek elektrai. Tačiau iki šiol juos pagaminti pakankamai dideliais praktiniam taikymui kiekiais buvo sudėtinga. Tai pamažu keičiasi: Nju Hempšyre įsikūrusi kompanija „Nanocomp Technologies" iš nanovamzdelių sugeba supinti gijas, kurias galima pritaikyti komercinės paskirties gaminiuose. Įmonė neseniai pagal vienos aeronautikos kompanijos užsakymą pagamino apie 10 km, o praėjusiais metais atlikti sėkmingi bandymai rimtai sudomino Pentagoną galimybe integruoti šias gijas į naujos kartos neperšaunamas liemenes, kurios būtų ir lengvesnės, ir plonesnės, nei naudojant „tradicinę" alternatyvą - kevlarą.
Įranga nanovamzdeliams gaminti
10. Ultrakondensatoriai
Pagrindinis ateities iššūkis elektromobiliams - energijos saugojimas. Akumuliatoriai šiuo metu yra geresni nei bet kada anksčiau, tačiau jie vis dar brangūs, lėtai įkraunami ir pasižymi palyginti trumpu tarnavimo laikotarpiu. Ultrakondensatoriai gali tapti vienu iš galimų sprendimų. Tiesa, juose saugomos energijos kiekis (bent jau naudojant dabartines technologijas) kol kas yra mažesnis, lyginant su tipiniais akumuliatoriais, tačiau jie neturi iš esmės jokių kitų trūkumų. Jie pasižymi ilgesniu veikimo laiku, juose nevyksta pavojingos cheminės reakcijos, jie nepasižymi atminties efektu ir yra gerokai patvaresni nei bet kurie kiti analogai. Mokslininkai jau kelerius metus bando ištobulinti automobilinius ultrakondensatorius iki tokio lygio, kad juos būtų galima naudoti praktiškai. Pavyzdžiui, Masačūsetso technologijų instituto (MIT) tyrinėtojai kuria nanovamzdelių pagrindu sudarytus ultrakondensatorius, tuo tarpu JAV Argonne nacionalinė laboratorija (Argonne National Laboratory) tiria akumuliatorių ir ultrakondensatorių hibridų technologijas. Tačiau bene didžiausių naujovių reikėtų tikėtis iš Teksase (JAV) įsikūrusios ir iš dalies įslaptintos kompanijos „EEStor", kuri šį balandį paskelbė, jog jų bario titanato pagrindu pagaminti ultrakondensatoriai „įveikė" visus pagrindinius bandymus. Nors kompanijos teiginiai sukėlė nemažą skeptikų reakciją, „EEStor" partneris - automobilių gamintojas „ZENN Motors" - jau dabar skelbia planus dar šiais metais pristatyti ultrakondensatoriuose saugoma energija varomus automobilius.
Ultrakondensatoriai gali tapti ateities alternatyva visoms kitoms elektros energijos saugykloms
Žinoma, dalis apžvelgtų technologijų yra arčiau realaus įgyvendinimo, nei kitos. Sunku pasakyti, ar visos jos išvys dienos šviesą. Tačiau, nepaisant jokių abejonių, žmonija turėtų išnaudoti bet kurią nors teorinį potencialą turinčią galimybę. Išvadas apie minėtų tendencijų realumą tikriausiai galėsime padaryti jau žiemą.
