Электрические самолёты

Tesla. Prius. Volt. General Motors. Автомобильная промышленность развивается, внедряя технологии, сохраняющие окружающую среду. Слово «зелёные технологии» давно перестало быть табуированным. Что касается самолётов, то десятилетиями они накапливали способность к потреблению топлива. Что дальше?

К 2031 году воздушных перелётов станет минимум в два раза больше, по мере того как страны третьего мира будут развиваться. Этот рост может свести на нет попытки снизить уровень выброса загрязняющих веществ в окружающую среду, например, в автомобильной отрасли.

Есть несколько способов решения проблемы. NASA пытается переделать дизайн самолетов, чтобы сократить потребление топлива примерно на 50%. Для этого особые тихие двигатели в концепте серии MIT D расположены в задней части аппарата. Умная система навигации позволит самолетам лететь по наиболее короткой и выгодной схеме. Упорядочит воздушные пути. А самолёты, летящие на незначительные расстояния, вполне могут стать электрическими. Словенская фирма Pipistrel разработала электросамолёт на четырёх пассажиров, дальность полета которого в два раза превышает привычную.

«Все эти технологии возможны благодаря разработкам, о которых десять лет назад не могли и мечтать», — говорит Дэвид Хинтон, заместитель директора по авиационным исследованиям в NASA. Ограничение — небо.

Электрические самолёты уже обещают вытолкнуть обычные тренировочные самолёты для обучения. Корпорация Aero Electric Aircraft Corporation планирует подготовить двухместный полностью электрический Sun Flyer уже к лету. Солнечные батареи на крыльях обеспечат самолёт дополнительной электроэнергией, и если оставить его на пару дней на солнышке, он будет полностью заряжен.

Наномашины

Гарри Грей знает, что такое электроны. В 1982 году химик из Калифорнийского технологического института обнаружил, что электроны создают «туннель» — проходят через длинную цепь молекул — через белки. Этот прием похож на анимированное дыхание жизни. Это то, как живые вещества конвертируют энергию в нечто, что смогут использовать, начиная растениями, которые запирают энергию солнечных лучей в своих клетках, и заканчивая повседневными формами жизни, которые сжигают глюкозу в организмах, чтобы жить. Это становится возможным с молекулой под названием металлопротеин, которая сочетает в себе гибкие белки с возможностью металлов катализировать химические реакции.

Когда Грей обнаружил это, он уже порядком изучил солнечную энергетику. Он понял, что если вы хотите разработать генератор энергии с постоянно обновляемыми ресурсами, работающий практически бесконечно, вам придется взять систему, построенную на металлопротеинах, наподобие фотосинтеза. Но работать она не будет. Биоинженерия слишком хрупкая и неэффективная, и любая система должна создаваться заново после нескольких минут работы.

Если вы хотите молекулярную машину, которая будет эффективной и надежной, говорит Грей, вам придется сделать её самому. Вместе с коллегами учёный полагает, что микроскопические батареи с оксидами металлов на одном конце и кремнием на другом будут работать как металлопротеиновые структуры в мембранах растений. Оксиды металлов будут поглощать свет с синей длиной волны и использовать энергию для переработки морской воды на кислород и протоны, а кремний будет поглощать свет с красной длиной волны и объединять протоны с электронами. Протон и электрон — это водород. Его можно использовать в качестве топлива. Простыми словами, это бесплатный водород из солнечного света.

«Вся суть нашей работы заключена в том, что молекулы будут созданы из очень стойких материалов и, в отличие от клеток растений, будут работать долго».

И, знаете, это вполне работает. Такие разделители воды работают в десять раз эффективнее, чем натуральный фотосинтез, хоть должны пройти еще десятилетия, прежде чем найдут более эффективный способ выработки кислорода (экзотические металлы, которые используются в них, дорогие и токсичные). Грей остается оптимистом: «Природа должна была сделать что-то, что может жить. Все, что нам остается, — делать топливо». Ну и спасать планету, наверное.

Нанотехнологии обещают стать панацеей от всех болезней. Но у них есть ряд пока не решенных проблем: в том числе и отсутствие эффективных микродвигателей.

Вездесущий Интернет

У всех у нас есть мечта, в которой у каждого есть доступ к интернету из любой точки мира с любой скоростью. Количество смартфонов и планшетов увеличивается, а качество связи — нет. И это мы сейчас говорим о странах, в которых работает 4G. Ограничение доступа — это не просто раздражение, это смертельная угроза для инноваций. К 2020 году, как полагают, беспроводные технологии будут стоит 4,5 триллиона долларов. Но их рост зависит от наших возможностей к расширению.

Легкодоступные Wi-Fi могли бы решить эту проблему. Провайдеры и телефонные компании уже начали располагать небольшие хотспоты Wi-Fi в густонаселенных местах. Но стимулов для построения массивной инфраструктуры, которая бы могла охватить весь мир, у этих компаний нет.

Нашлась одна компания, которая предложила невероятно смелое решение — Wi-Fi-антенна в виде аэрозольной пыли.

"Chamtech Enterprises" разработала жидкость с миллионом наноконденсаторов, которые, будучи распыленными на поверхности, смогут улавливать сигнал лучше, чем обычный металлический стержень. С применением этой технологии возможно создание недорогой сети широкополосных Wi-Fi-хотспотов. Антенны могут быть нарисованы на любой поверхности.

Такие проекты, как Project Loon, могли бы обеспечить сетью Wi-Fi весь мир или хотя бы развивающиеся страны, но судя по всем данным, инженеры Google отказались от этой идеи — воздушные шары не очень долго живут на высоте. SpaceX, Virgin Galactic и OneWeb тоже планируют развернуть космический интернет: вывести на низкую околоземную орбиту спутники, которые будут фактически обеспечивать людей скоростным интернетом по типу Wi-Fi.

Пустыни — генераторы энергии

При слове Сахара мы сразу воображаем сухую, мёртвую пустыню. Подумайте о ней, как о практически неисчерпаемом источнике чистой энергии. За шесть солнечных дней эта пустыня впитывает больше энергии, чем человечество потребляет за год. Неудивительно, что у политиков, ученых и экономистов есть виды на Сахару. Так называемый Desertec будет включать в себя сотни квадратных километров ветряных и солнечных электростанций на всех пустынях мира. В первую очередь, хотят передать солнечную энергию из Северной Африки в Европу. Около тысячи квадратных километров в Северной Африке покроет 20% энергетических нужд европейцев уже к 2050 году. Все, что нужно понять, — это что концепт Desertec уже готов. И, как в случае с любым крупным инфраструктурным объектом, проблемой остается только политика. Северо-африканские лидеры видят в Desertec работодателя, а вот ОАЭ держат инвесторов в сомнениях, поскольку не знают, насколько стабилен регион в долгосрочной перспективе.

90% населения Земли абсолютно не интересуют пустынные земли. Китайские города могли бы получать энергию с Гоби. Южная Америка — из Атакамы. Везде, где есть свет, есть надежды. О возможном использовании пустынь для круглогодичного выращивания зерновых писал еще Константин Эдуардович Циолковский. Стоит полагать, пройдет время, и эти идеи обязательно обретут себя в реальности.

Цифровые линзы

Смартфоны обеспечили нам постоянный контакт с мировой информацией. Но, по сути, этот контакт требует от нас, чтобы мы смотрели вниз, на дисплей устройства, не отрываясь и не глядя по сторонам. Каким образом мы могли бы получать эту информацию, не рискуя жизнью во время перехода через дорогу и не теряя друзей? Очки дополненной реальности Google Glass выглядят по-дурацки, и толком непонятно, для чего они предназначены. Гарнитуры виртуальной реальности Oculus Rift, Samsung Gear VR, Project Morpheus — все они слишком тяжелы и создают дополнительные неудобства. Идеальным решением были бы линзы, желательно постоянные.

Соучредители Google заговорили о прямом контакте с мозгом еще в 2002 году. С тех пор мы успели увидеть и похоронить прототип Google Glass, очков, которые отражают информацию на дисплеях, видных только владельцу. Но Бабак Парвиз, основатель Project Glass и по совместительству профессор Вашингтонского университета, пытается заглянуть на шаг вперёд. Он предложил долгосрочный план, согласно которому весь мир информационной сферы сосредоточится не на громоздких очках, а на контактных линзах. С использованием антенн не больше человеческого волоса, линзы смогут дополнять реальность и сведут необходимость дисплеев смартфонов, компьютеров, телевизоров на нет.

«Единственное, что будут делать дисплеи, — проецировать шаблоны на вашей сетчатке — говорил Парвиз. — Поэтому если у вас будут подобные линзы, вам не понадобятся никакие дисплеи никогда больше».

Кроме того, линзы могут быть постоянным монитором здоровья, анализирующим клетки глаза.

С момента того заявления Парвиза прошло много времени, но идея так и не воплотилась, а очки Google Glass были отложены в долгий ящик. Поэтому если захотите избавить человечество от неудобных формфакторов, вам будет чем заняться.

Захват и уничтожение астероида

Фильм «Армагеддон» раскрыл нам глаза на две вещи. Во-первых, мы совершенно не подготовлены к появлению астероида, который грозит врезаться в наш голубой шарик. Во-вторых, у нас нет подходящего инструмента для работы.

«Брюс Уиллис внес существенный вклад в планетарную оборону», — говорит Бонг Уи, директор Исследовательского центра по отклонению астероидов в Айове.

«Армагеддон» поспособствовал популяризации теории подземных взрывов. И у Уи есть ракета — Hyper-Velocity Asteroid Intercept Vehicle — которая поможет, если что. Снаружи это кинетическая ракета. Изнутри — ядерный взрыв. Кинетическая часть вгрызается в скалу, а бомба разносит все к чертям на мелкие кусочки. NASA так понравилась эта ракета, что агентство выделило грант в 100 000 долларов на разработки. HAIV заносит бомбу внутрь астероида, что увеличивает силу взрыва в двадцать раз. Уи планирует испытать систему в 2020 году.

«Это обойдется в 500 миллионов долларов, но это копейки по сравнению с гибелью цивилизации, если астероид обратит нас в пыль».

Ну и на 50 миллионов дешевле, чем собрал «Армагеддон» в мировом прокате.

Впрочем, разрушение астероида — это одно, а вот захват его с целью обработки, исследования или для использования в качестве якоря для космического лифта — совершенно другое. Ломать — не строить. Один небольшой астероид мог бы подарить Земле тонны полезных ископаемых, возможно, даже золота и редкоземельных металлов, которых нам крайне не хватает.

Небоскребы из алмазов

Алмаз — один из самых прочных материалов во Вселенной. Он весьма прозрачный, химически инертный и отлично проводит тепло. И сделан из наиболее распространенного элемента — углерода. Алмаз — всего лишь углеродный кристалл. И он чрезвычайно полезен во многих областях, от микроэлектроники до водоснабжения. К сожалению, крупные алмазы — чрезвычайная редкость. Но только представьте, что было бы, если бы они стали распространенными, как стекло.

Стивен Бейтс считает, что это возможно. 64-летний ученый проработал в Принстоне и в NASA, провел несколько лет в General Motors, где создал прозрачный поршневый двигатель с использованием сапфира, что позволило увидеть поток пламени и газов буквально за стеклом. Этот сапфировый двигатель заставил Бейтса задуматься об алмазах.

«Все, что вы можете сделать из сапфира, будет гораздо лучше, если вы сможете сделать это из алмаза».

После погружения в исследования по синтезу кристаллов в тонких плёнках с помощью процесса, который называется осаждением из паровой фазы, Бейтс запатентовал метод воспроизводства алмазов таким же образом. Концепт прост: посадить алмазное зерно, относительно недорогой промышленный продукт, в форму с парами фуллерена C60 — представьте себе футбольный мяч с гранями, образованными 60 атомами углерода. Потом взорвать все это лазерным лучом. Фуллерен распадается, а углерод конденсируется между алмазными частицами, эффективно сплавляя их в относительно твердую массу.

Даже если метод окажется технически и экономически целесообразным, материал будет пористым. Никто не знает, какие свойства у пористых алмазов. Первым шагом для Бейтса будет приобретение лазера за 100 000 долларов. Но что, если сработает? Представьте себе бриллиантовую основу для вашего дома, алмазные кости в сломанных ногах, алмазные детали для самолётов и космических кораблей. Только не думайте, что жить в алмазном доме будет приятно — это место будет достаточно прохладным, поскольку стены будут проводить тепло на ура.

Если хоть одна из этих идей вдохновила вас на работу — дерзайте. Качественная реализация хотя бы одной из поставленных задач точно сделает вас миллионером как минимум.