كيف يجعل العلماء حياتنا أكثر إشراقًا وأطول وأكثر ملاءمة: 10 اكتشافات علمية مفيدة واختراعات القرن الحادي والعشرين
Miscellanea / / September 09, 2021
تجد التقنيات المتقدمة ، المكتوبة في المجلات العلمية ذات السمعة الطيبة ، تطبيقًا في الحياة اليومية - فورًا أو بعد عقود. نحن نتحدث عن إنجازات العلم في القرن الحادي والعشرين ، والتي بدت حتى وقت قريب وكأنها خيال علمي.
1. تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد
ظهرت الطابعات ثلاثية الأبعاد الأولىإنفوجرافيك: تاريخ الطباعة ثلاثية الأبعاد مرة أخرى في الثمانينيات ، ولكن فقط في القرن الحادي والعشرين بدأ استخدامها في كل مكان. أصبحت الأجهزة أرخص ، والآن لا يتم استخدام البلاستيك فحسب ، بل يتم استخدام المعادن والخرسانة والمواد الغذائية وحتى الخلايا الحية كمواد مستهلكة لها.
أكبر مبنى مطبوع ثلاثي الأبعاد هو بلدية دبي (الإمارات العربية المتحدة) بمساحة 641 مترًا مربعًا. م تم إنشاء مبنى مستقبلي من طابقين بارتفاع 9.5 متر بلدية دبي ستصبح أكبر مبنى مطبوع ثلاثي الأبعاد في العالم مصنوعة من مادة أساسها الجبس. وفي أمستردام ، بمساعدة الطابعات ثلاثية الأبعاد ، أقاموا تم افتتاح جسر Joris Laarman المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ بطباعة ثلاثية الأبعاد أخيرًا في أمستردام جسر للمشاة من الفولاذ المقاوم للصدأ بطول 12 مترًا.
استخدم العلماء الإسرائيليون
يقوم الباحثون بطباعة ثلاثية الأبعاد للقلب بأنسجة بشرية وأوعية دموية طابعة ثلاثية الأبعاد لطباعة قلب صناعي. يتكون العضو التجريبي ، بحجم حبة الكرز ، من هيدروجيل يعتمد على الخلايا الحية التي شكلت غرفًا وأوعية دموية. وأنشأت شركة Poietis الفرنسية شركة فرنسية ناشئة تطور تقنية فريدة للطباعة الحيوية بالليزر رباعية الأبعاد للأنسجة الحية جلد صناعي بهيكل رباعي الأبعاد يساعد المرضى بعد الحروق والإصابات الخطيرة ، وقد طور تقنيات لطباعة أنسجة أخرى في جسم الإنسان.هناك أيضًا مكان للطباعة ثلاثية الأبعاد في الحياة اليومية. على سبيل المثال ، يمكنك طلب طابعة ثلاثية الأبعاد تقليدية لإنشاء تماثيل وأجزاء بلاستيكية ، أو المضي قدمًا وشراء جهاز لطباعة الطعام ، من البيتزا إلى الحلويات إلى الديكور الذواقة. من منظور عالمي ، يجب تقليل الطباعة ثلاثية الأبعاد للطعام تقلل الطباعة ثلاثية الأبعاد للطعام من هدر الطعام كمية النفايات الغذائية على كوكب الأرض وجعلها دليل للطعام المطبوع ثلاثي الأبعاد - ثورة في المطبخ؟ حتى وجبات الحمية تكون فاتحة للشهية.
2. الواقع المعزز
غالبًا ما يتم الخلط بينه وبين الواقع الافتراضي ، لكن هذه تقنيات مختلفة تمامًا. الواقع الافتراضي هو عالم رقمي بالكامل يمكنك رؤيته من خلال نظارات خاصة أو خوذة بها شاشات لكل عين. بمساعدة تقنية الواقع المعزز ، تتم إضافة العناصر الرقمية إلى صورة العالم الحقيقي الذي اعتدنا عليه.
تكمن جذور الواقع المعزز في القرن العشرين ، ولكن قبل سنوات قليلة فقط قوة الحوسبة سمحت بإدخال التكنولوجيا في كل مكان تقريبًا - من المدارس ورياض الأطفال إلى خطوط التجميع في السيارات المصانع. ولهذا لا تحتاج إلى أجهزة باهظة الثمن معقدة - يكفي الهاتف الذكي العادي.
إنه يعمل بكل بساطة. تلتقط كاميرا الهاتف الذكي أو أي أداة أخرى صورًا لكل شيء حولها ، ويقوم الجيروسكوب أو مقياس التسارع بمراقبة التغيير في موضع الجهاز في الفضاء. ثم يتم تثبيت الأشياء الضرورية على الصورة من الكاميرا - تلميحات أو نقوش أو شخصيات افتراضية مضحكة. يتحركون جنبًا إلى جنب مع الصورة من الكاميرا ، وعندما تنظر إلى الشاشة ، ترى حقيقتين في وقت واحد - هدفنا ورقمي.
الواقع المعزز يجعل التعلم أسهل الواقع المعزز في تدريس اللغة وتعلمها؟ لغات جديدة: على سبيل المثال ، يمكن للهاتف الذكي التعرف على الأشياء الموجودة حوله والتوقيع عليها. التكنولوجيا تساعد الجراحين الواقع المعزز: مستقبل الطب لتنفيذ العمليات ، وجمع المهندسين تستخدم شركة Upskill و Boeing Skylight لإعادة اختراع مجموعة أسلاك الأسلاك الأجهزة المعقدة ، مما يعطي أدلة في هذه العملية. يمكن للسائقين الاستمتاع بالواقع المعزز للملاحة عند عرض خريطة الطريق كيف يؤثر الواقع المعزز على صناعة السيارات اليوم؟ على الطريق المصممين - عرض صعود الواقع المعزز في التصميم الداخلي وتطوير العقاراتعملاء داخلي جديد في الشقة قبل التجديد. وفي المطعم يمكن للزائر التفكير قبل تقديم الطبق كيف يعمل الواقع المعزز (AR) على إعادة تشكيل صناعة الخدمات الغذائية له من جميع الجهات في سهولة ، والذي لا يزال فارغًا جسديًا.
3. قلب اصطناعي بالكامل
توجد النماذج الأولية العاملة للأعضاء البشرية لفترة طويلة ، ولكنها في أغلب الأحيان كانت أنظمة ثابتة معقدة يصعب معها مغادرة المستشفى. في عام 2021 ، تمكن العلماء والأطباء من تطوير وزرع قلب اصطناعي بالكامل لأول مرة.
قام فريق من الجراحين في مستشفى جامعة ديوك بقيادة جاكوب شرودر وكارميلو ميلانو بأداء ذلك زرع قلب اصطناعي من الجيل الجديد في مريض في مستشفى ديوك - الأول في الولايات المتحدة استبدال عضو ناجح لماثيو مور البالغ من العمر 39 عامًا ، والذي كان يعاني من قصور في القلب. مع الزرع ، سيكون قادرًا على إجراء امرأة مألوفة تقريبًا
الحياة - العيش محاطًا بالأقارب ، وتربية ابن يبلغ من العمر عامين ، والذهاب إلى المتجر والعمل والسفر.
الإزعاج الوحيد هو أن القلب الاصطناعي يعمل ببطارية خارجية تدوم حوالي 4 ساعات. يتم أيضًا وضع جهاز التحكم للتحكم في الجهاز خارج جسم الإنسان. لذلك ، سيتعين على المريض حمل حقيبة تزن حوالي 4 كيلوغرامات والاتصال بانتظام بجهاز كمبيوتر في المستشفى لمراقبة حالة الجهاز.
4. صواريخ قابلة لإعادة الاستخدام
طورت SpaceX صواريخ يمكن استردادها وإعادة استخدامها. هذا البديل الفعال ومنخفض التكلفة للصواريخ أحادية الاستخدام لديه القدرة على تقليل تكلفة توصيل البضائع إلى المدار.
تمت إعادة إطلاق الصاروخ لأول مرة في 30 مارس 2017. تم إرسال SpaceX فالكون 9: أول صاروخ مداري من الدرجة الأولى قادر على إعادة الإضاءة في الفضاء فالكون 9 هو نموذج به تسعة محركات ميرلين سائلة تعمل على الكيروسين RP-1 والأكسجين السائل. أطلقت في وقت لاحق فالكون هيفي: أقوى صاروخ في العالم فالكون هيفي مع ثلاث مراحل أولى معدلة من فالكون 9: واحدة تم استخدامها كوحدة مركزية ، واثنتان كمعززات جانبية.
لا يمكن تسمية الصاروخ بأكمله بأنه قابل لإعادة الاستخدام ، ولكن فقط المرحلة الأولى من مرحلتين. لديها أنظمة للعودة والهبوط العمودي على منصة هبوط أو منصة عائمة في المحيط. الخطوة تصمد صاروخ فالكون 9 الأكثر تطويراً من سبيس إكس هو أحد المحاربين المخضرمين بعد 10 عمليات إطلاق وهبوط (صور) ما يصل إلى عشر بدايات.
في وقت لاحق ، تم إطلاق Blue Origin ، التي أسسها الرئيس التنفيذي لشركة Amazon Jeff Bezos شيبرد جديد صاروخ شيبرد الجديد القابل لإعادة الاستخدام أحادي المرحلة. يعمل على الهيدروجين والأكسجين وهو مصمم للرحلات دون المدارية. تعتبر New Shepard مناسبة للسياحة الفضائية ، ولكنها على عكس Falcon ، لن تكون قادرة على وضع أقمار صناعية أرضية في المدار.
5. بطاريات عالية الكثافة
تحتاج الأجهزة المستقلة الجديدة إلى قدر كبير من الطاقة لتستمر بدون مأخذ كهربائي لأطول فترة ممكنة. في الوقت نفسه ، يجب أن تكون البطاريات مضغوطة وآمنة - على سبيل المثال ، يجب ألا تنفجر عند تسخينها أو تلفها ميكانيكيًا.
تم إنشاء فريق مركز بنسلفانيا للبطاريات وتخزين الطاقة (BEST) تعد بطارية Li-Ion عالية الطاقة أكثر أمانًا للسيارات الكهربائية بطارية ليثيوم أيون آمنة وقوية تسمح للمركبة الكهربائية بالسفر لمسافة تصل إلى 1.6 مليون كيلومتر. أثناء الاختبارات ، تم حرفيًا دفع المسامير فيه لإحداث دائرة كهربائية قصيرة. لكن درجة حرارة الخلية التالفة زادت بمقدار 100 درجة مئوية فقط - وفي البطارية العادية سيكون الفرق 1000 درجة مئوية.
حقق باحثو Samsung أيضًا اختراقة: لقد تطوروا سامسونج تكشف عن بطارية ليثيوم معدنية صلبة جديدة بكثافة 900Wh / L بطارية ليثيوم معدن صلبة 900 واط / لتر. إنه أكثر إحكاما بنسبة 50٪ من البطاريات الحالية وهو مصمم بدون استخدام سائل إلكتروليت. بمرور الوقت ، لا تتحلل البطارية - تظل كمية الشحن التي يمكن أن تتراكم كما هي.
6. يد الكترونية
يمكن للأطراف الاصطناعية الإلكترونية في القرن الحادي والعشرين أن تحل محل الأطراف الطبيعية بالكامل تقريبًا. لم يوفر العلماء القدرة على تحريكهم كما لو كانوا بأيديهم فحسب ، بل أعادوا أيضًا القدرة على الشعور - تنتقل نبضات الإحساس مباشرة إلى الدماغ.
أنشأ باحثون من جامعة جونز هوبكنز في الولايات المتحدة الطرف التعويضي المعياري MPL (الطرف التعويضي المعياري) ، والذي يمكنه تقريبًا أداء جميع الحركات التي تستطيع اليد البشرية القيام بها. يحتوي على أكثر من 100 جهاز استشعار ، بالإضافة إلى محركات خاصة توفر القوة والرشاقة المعتادة.
الطرف الاصطناعي مجهز بأجهزة استشعار باللمس ويسمح لك بتحديد موقع ودرجة حرارة وملمس الأشياء. وتوفر الواجهة العصبية تحكمًا بديهيًا وطبيعيًا لليد الاصطناعية - فقط فكر في الإجراء الذي يجب القيام به.
7. الجرافين
وجود أول بلورة ثنائية الأبعاد معروفة (بشبكة بلورية بسمك ذرة واحدة) في في عام 2004 ، تم تأكيد العلماء Andrei Geim و Konstantin Novoselov تجريبيًا لأول مرة ، وفي عام 2010 تلقوا جائزة نوبل في الفيزياء 2010جائزة نوبل في الفيزياء.
في الأساس ، الجرافين عبارة عن غشاء بسمك ذرة واحدة من الجرافيت (كربون متبلور). لا يمكن الحصول عليها لفترة طويلة بسبب عدم الاستقرار. تستخدم لعبة ونوفوسيلوف تأثير الحقل الكهربائي في أفلام الكربون رقيقة ذريا ركيزة من السيليكون المؤكسد لتثبيت الفيلم ثنائي الأبعاد.
الجرافين متين للغاية ولكنه مرن للغاية. إنها توصل التيار ، وتتحرك الإلكترونات فيه يُظهر الفيزيائيون أن الإلكترونات يمكنها السفر في الجرافين أسرع بما يزيد عن 100 مرة مقارنة بالسيليكون أسرع من جميع المواد المعروفة. على وجه الخصوص ، إنه أسرع 100 مرة من السيليكون ، الذي تصنع منه المعالجات الحديثة.
باستخدام الجرافين ، من الممكن إنشاء مرشحات فائقة الدقة وشاشات تعمل باللمس وأجهزة استشعار وخلايا تحفيزية عالية الكفاءة وقنوات نانوية للعمل مع الحمض النووي ومكونات للإلكترونيات عالية الدقة. ستعمل رقائق الجرافين على تحسين أداء أجهزة الكمبيوتر وتسريع نقل البيانات ، وجعل الأجهزة أكثر قوة وأكثر إحكاما.
8. مركبات بدون طيار
التقدم في الذكاء الاصطناعي ، قوة الحوسبة الكبيرة ، معدلات الإرسال اللاسلكي العالية البيانات وأجهزة الاستشعار الدقيقة - كل هذا كان بمثابة الأساس لإنشاء سيارات يمكنها الاستغناء عنها سائق. يقومون بمسح حالة المرور في الوقت الفعلي ، والتعرف على المشاة وعلامات الطريق ويمكنهم اتخاذ قرار في موقف صعب في جزء من الثانية.
في عام 2021 ، قادت سيارة تسلا موديل 3 المزودة بنظام FSD (القيادة الذاتية الكاملة) القيادة بشكل مستقل Tesla Autopilot FSD سان فرانسيسكو إلى لوس أنجلوس بدون تدخلات من سان فرانسيسكو إلى لوس أنجلوس والعودة حوالي 2400 كيلومتر. نجحت السيارة في التعامل مع المهمة حتى في شوارع المدينة المزدحمة وتوقفت مرتين لإعادة شحن البطارية.
لكن الطيار الآلي لا يتم تطويره للسيارات الشخصية فقط. على سبيل المثال ، في الولايات المتحدة ، تم إطلاق شركة ناشئة Waymo في عام 2020 تفتتح Waymo خدمتها بدون سائق بالكامل لعامة الناس في فينيكس خدمة سيارات الأجرة بدون طيار. لا يوجد الكثير من السيارات ولكن الرحلات متاحة للجميع.
ستظهر سيارات الأجرة بدون طيار في روسيا أخبر ياندكس مكان ظهور أول سيارات الأجرة بدون طيار في موسكو هذا الخريف - ومع ذلك ، حتى الآن في الوضع التجريبي. سيتمكن المشاركون في الاختبار الذين تختارهم الشركة من الركوب في سيارة بدون سائق في منطقة ياسينيفو في موسكو.
تطبيق آخر للمركبات بدون طيار هو نقل البضائع. NVIDIA Drive Platform يساعد بالفعل شاحنات بدون طيار سائقي الشاحنات على الطريق ، وسيتمكنون قريبًا من استبدالهم على الطرق القياسية. تعمل تسلا وشركات أخرى أيضًا في هذا الاتجاه.
9. التحرير الجيني
في عام 2012 ، طورت جينيفر دودنا من الولايات المتحدة الأمريكية وإيمانويل شاربينتير من فرنسا الأداة الجزيئية CRISPR-Cas9 ، والتي تسمى "المقص الجيني". لهذا الإنجاز العلمي في عام 2020 ، تلقوا فاز إيمانويل شاربنتييه وجينيفر دودنا بجائزة نوبل في الكيمياء لعام 2020 جائزة نوبل في الكيمياء.
يسمح لك كريسبر - Cas9 بتعديل جينات النباتات والحيوانات. هذا يفتح طرقًا جديدة للتكاثر ولديه القدرة على وقف انتشار المرض - على سبيل المثال ، إذا تم تغيير جينات البعوض ، فلن يتمكنوا من تحمل الملاريا ومرض لايم.
ساهم كريسبر-كاس 9 بالفعل في علاجات السرطان. البحوث جارية والتي يمكن أن توفر على المدى الطويل ما هو تحرير الجينوم و CRISPR - Cas9؟ من الأمراض الوراثية والطفرات الجينية.
لكن من الخطأ الاعتقاد بأن تقنية CRISPR-Cas9 ستفتح الطريق أمام الكائنات المعدلة وراثيًا. أولاً ، تلقي الكائنات المعدلة وراثيًا لأول مرة هربرت و. بوير وستانلي ن. كوهين مرة أخرى في عام 1972. يمكن لـ CRISPR - Cas9 فقط تحسين دقة تعديل الحمض النووي والتخلص من الآثار الجانبية السلبية.
بالمناسبة ، تعد خريطة الجينوم البشري أيضًا إنجازًا للقرن الحادي والعشرين. اكتمل الجزء الرئيسي من العمل في مشروع الجينوم البشري مشروع الجينوم البشري في 2003.
10. الروبوتات الشبيهة بالبشر
أطلس الروبوت أطلس: الروبوت الأكثر ديناميكية من Boston Dynamics - محبوب الإنترنت: إنه يعرف كيفية القيام بالشقلبة ، والوقوف على قدميه بعد الضربات القوية ، وقادر على التغلب على العقبات وحتى الرقص. يسميها المطورون منصة بحثية مصممة لدفع حدود التنقل لكامل الجسم والروبوت الأكثر ديناميكية.
في الواقع ، فإن نماذج أطلس ونماذج بوسطن ديناميكس الأخرى - مثل الكلب الروبوتي Spot وجرافة Stretch الروبوتية - لها آثار عملية عميقة. إنهم قادرون على استبدال الناس في ظروف صعبة أو خطرة: للبحث عن الضحايا تحت أنقاض المباني أو داخلها الحرائق ، واستكشاف المناطق النائية ، وتسليم البضائع وإكمال الإجراءات الروتينية المملة على مدار الساعة عمليات.
هناك تطبيقات أخرى للروبوتات البشرية. على سبيل المثال ، يتم تطوير مستشارين نموذجيين ورفاق ونوادل ومساعدين للأشخاص ذوي الإعاقة.
وزار الروبوت الروسي فيدور تويتر fedor37516789 في الفضاء في عام 2019. إنه يعرف كيف يقود سيارة و ATV ، وفتح الأبواب ، وصعود السلالم ، والسير عبر متاهة ، وإطلاق النار ، والعمل باستخدام مثقاب.
يمكن للاكتشافات العلمية أن تغير حياتنا جذريًا: تمنحك طول العمر ، وتساعد في استكشاف الفضاء ، وتتولى شؤون الحياة اليومية ، بل وتبني منزلًا في غضون أيام قليلة. اكتشف المزيد عنها في التحديث الموقع الإلكتروني لجمعية "المعرفة". في إطار الماراثون التعليمي لعموم روسيا "المعرفة الجديدة" ، سيتم نشر 18 محاضرة مصغرة حول الإنجازات العلمية في القرن الحادي والعشرين هنا.
انضم إلى ماراثون المعرفة الجديدة يوري باشمت ، كونستانتين خابنسكي ، إدوارد سنودن ، ميخائيل ميشوستين ، Evgeny Kaspersky و Tatyana Golikova و Arkady Volozh و German Gref و Alexander Ovechkin وغيرهم من المشاهير مكبرات الصوت. سيظهر أكثر من 150 ساعة من المحتوى التعليمي على الموقع - هذه قصص ملهمة ومناقشات ساخنة حول المشكلات الحديثة للإنسانية ومقابلات رائعة مع مشاهير.
احصل على معرفة جديدة مجانًا