Wie Wissenschaftler unser Leben schöner, länger und bequemer machen: 10 nützliche wissenschaftliche Entdeckungen und Erfindungen des 21. Jahrhunderts
Verschiedenes / / September 09, 2021
Fortschrittliche Technologien, über die in renommierten wissenschaftlichen Zeitschriften geschrieben wird, finden Anwendung im Alltag – sofort oder nach Jahrzehnten. Die Rede ist von den Errungenschaften der Wissenschaft im 21. Jahrhundert, die bis vor kurzem noch wie Science-Fiction wirkten.
1. 3D-Drucktechnologien
Die ersten 3D-Drucker erschienenInfografik: Die Geschichte des 3D-Drucks Bereits in den 1980er Jahren, aber erst im 21. Jahrhundert wurden sie überall eingesetzt. Geräte sind billiger geworden, als Verbrauchsmaterial werden mittlerweile nicht nur Kunststoff, sondern auch Metalle, Beton, Lebensmittel und sogar lebende Zellen verwendet.
Das größte 3D-gedruckte Gebäude ist die Dubai Municipality (VAE) mit einer Fläche von 641 qm. M. Es entstand das zweistöckige futuristische Gebäude mit einer Höhe von 9,5 m Dubai Municipality wird das größte 3D-gedruckte Gebäude der Welt aus gipsbasiertem Material. Und in Amsterdam haben sie mit Hilfe von 3D-Druckern errichtet Joris Laarmans 3D-gedruckte Edelstahlbrücke wird endlich in Amsterdam eröffnet 12-Meter-Edelstahl-Fußgängerbrücke.
Israelische Wissenschaftler verwendeten Forscher drucken in 3D ein Herz mit menschlichem Gewebe und Blutgefäßen 3D-Drucker zum Drucken eines Kunstherzens. Das kirschgroße Versuchsorgan bestand aus einem Hydrogel auf Basis lebender Zellen, das Kammern und Blutgefäße bildete. Und die französische Firma Poietis schuf Französisches Start-up entwickelt einzigartige Technologie für den 4D-Laserbiodruck von lebendem Gewebe künstliche Haut mit vierdimensionaler Struktur, die Patienten nach Verbrennungen und schweren Verletzungen hilft, und hat Technologien zum Drucken anderer Gewebe des menschlichen Körpers entwickelt.
Auch im Alltag hat der 3D-Druck seinen Platz. Bestellen Sie beispielsweise einen herkömmlichen 3D-Drucker, um Plastikfiguren und -teile herzustellen, oder kaufen Sie ein Gerät zum Drucken von Lebensmitteln, von Pizza über Desserts bis hin zu Gourmet-Dekorationen. Aus globaler Sicht sollte der Lebensmittel-3D-Druck reduzieren 3D-Druck von Lebensmitteln reduziert Lebensmittelverschwendung die Menge an Lebensmittelverschwendung auf dem Planeten und machen Ein Leitfaden für 3D-gedruckte Lebensmittel - Revolution in der Küche? sogar Diätmahlzeiten sind sehr appetitlich.
2. Erweiterte Realität
Es wird oft mit Virtual Reality verwechselt, aber das sind völlig unterschiedliche Technologien. Virtual Reality ist eine komplett digitale Welt, die man durch eine spezielle Brille oder einen Helm mit Bildschirmen für jedes Auge sehen kann. Mithilfe der Augmented-Reality-Technologie werden digitale Objekte in das gewohnte Bild der realen Welt eingefügt.
Die Wurzeln von Augmented Reality liegen im 20. Jahrhundert, aber erst vor wenigen Jahren Rechenleistung ermöglichte die Einführung der Technologie fast überall - von Schulen und Kindergärten bis hin zu Montagebändern an Automobilen Fabriken. Und dafür brauchen Sie keine aufwendigen teuren Geräte - ein gewöhnliches Smartphone reicht aus.
Es funktioniert ganz einfach. Die Kamera eines Smartphones oder eines anderen Gadgets macht Bilder von allem, was in der Nähe ist, und ein Gyroskop oder Beschleunigungsmesser überwacht die Positionsänderung des Geräts im Raum. Dann werden dem Bild der Kamera die notwendigen Objekte überlagert - Hinweise, Beschriftungen oder lustige virtuelle Charaktere. Sie bewegen sich mit dem Bild der Kamera, und wenn Sie auf den Bildschirm schauen, sehen Sie gleichzeitig zwei Realitäten - unser Objektiv und die digitale.
Augmented Reality erleichtert das Lernen Augmented Reality im Sprachenlehren und -lernen? neue Sprachen: Ein Smartphone kann zum Beispiel Gegenstände in der Umgebung erkennen und signieren. Technologie hilft Chirurgen Augmented Reality: Die Zukunft der Medizin um Operationen durchzuführen und Ingenieure zu sammeln Upskill und Boeing nutzen Skylight, um die Kabelbaummontage neu zu erfinden komplexe Geräte und geben dabei Hinweise. Fahrer können Augmented-Reality-Navigation genießen, wenn die Streckenkarte angezeigt wird Wie wirkt sich Augmented Reality heute auf die Automobilindustrie aus? über der Straße, Designer - Show Der Aufstieg von Augmented Reality in Innenarchitektur und ImmobilienentwicklungKunden ein neues Interieur in der Wohnung vor der Renovierung. Und im Restaurant kann der Besucher vor dem Servieren das Gericht bedenken Wie Augmented Reality (AR) die Gastronomie verändert ihn von allen Seiten recht wohl, der noch körperlich leer ist.
3. Voll künstliches Herz
Funktionierende Prototypen menschlicher Organe gibt es zwar schon lange, aber meistens waren es komplexe stationäre Systeme, mit denen ein Verlassen des Krankenhauses kaum möglich wäre. 2021 konnten Wissenschaftler und Ärzte erstmals ein komplett künstliches Herz entwickeln und implantieren.
Ein Team von Chirurgen des Duke University Hospital unter der Leitung von Jacob Schroeder und Carmelo Milano trat auf Künstliches Herz der neuen Generation bei Duke implantiert - Erstes in den USA erfolgreicher Organersatz für den 39-jährigen Matthew Moore, der an Herzversagen litt. Mit dem Implantat wird er eine fast vertraute Frau dirigieren können
Leben - von Verwandten umgeben leben, einen zweijährigen Sohn großziehen, in den Laden gehen und arbeiten, reisen.
Die einzige Unannehmlichkeit ist, dass das Kunstherz von einer externen Batterie mit Strom versorgt wird, die etwa 4 Stunden hält. Der Controller zur Steuerung des Geräts befindet sich ebenfalls außerhalb des menschlichen Körpers. Daher muss der Patient eine etwa 4 Kilogramm schwere Tasche tragen und sich regelmäßig mit einem Computer im Krankenhaus verbinden, um den Status des Geräts zu überwachen.
4. Wiederverwendbare Raketen
SpaceX hat Raketen entwickelt, die geborgen und wiederverwendet werden können. Diese effiziente und kostengünstige Alternative zu Einwegraketen hat das Potenzial, die Kosten für die Beförderung von Fracht in den Orbit zu senken.
Der erste Restart der Rakete fand am 30. März 2017 statt. SpaceX gesendet Falcon 9: erste Rakete der Orbitalklasse, die zum Wiederflug fähig ist ins All Falcon 9 ist ein Modell mit neun flüssigen Merlin-Triebwerken, die mit RP-1-Kerosin und flüssigem Sauerstoff betrieben werden. Später gestartet Falcon Heavy: die stärkste Rakete der Welt Falcon Heavy mit drei modifizierten ersten Stufen von Falcon 9: eine wurde als Zentraleinheit verwendet, zwei als seitliche Booster.
Nicht die gesamte Rakete kann als wiederverwendbar bezeichnet werden, sondern nur ihre erste von zwei Stufen. Es verfügt über Systeme für die Rückkehr und die vertikale Landung auf einem im Ozean schwimmenden Landeplatz oder einer Plattform. Der Schritt hält stand Die meistgeflogene Falcon 9-Rakete von SpaceX ist nach 10 Starts und Landungen ein rußiger Veteran (Fotos) bis zu zehn Starts.
Später wurde Blue Origin, gegründet von Amazon-CEO Jeff Bezos, auf den Markt gebracht Neuer Hirte seine einstufige wiederverwendbare New Shepard-Rakete. Es läuft mit Wasserstoff und Sauerstoff und ist für suborbitale Flüge ausgelegt. New Shepard eignet sich für den Weltraumtourismus, wird aber im Gegensatz zu Falcon keine künstlichen Erdsatelliten in die Umlaufbahn bringen können.
5. Batterien mit hoher Dichte
Neue Stand-alone-Geräte brauchen viel Strom, um möglichst lange ohne Steckdose auszukommen. Gleichzeitig müssen Batterien kompakt und sicher sein – sie dürfen beispielsweise bei Erwärmung oder mechanischer Beschädigung nicht explodieren.
Das Team des Pennsylvania Battery and Energy Storage Technology Center (BEST) erstellt Hochenergie-Lithium-Ionen-Akku ist sicherer für Elektrofahrzeuge eine sichere und leistungsstarke Lithium-Ionen-Batterie, mit der ein Elektrofahrzeug bis zu 1,6 Millionen Kilometer zurücklegen kann. Bei den Tests wurden buchstäblich Nägel hineingetrieben, um einen Kurzschluss zu verursachen. Aber die Temperatur der beschädigten Zelle stieg nur um 100 Grad Celsius – und bei einer normalen Batterie wären es 1.000 Grad Celsius.
Auch Samsung-Forschern gelang ein Durchbruch: Sie entwickelten Samsung enthüllt neue Festkörper-Lithium-Metall-Batterie mit 900Wh/L Dichte 900 Wh/L Festkörper-Lithium-Metall-Akku. Sie ist 50 % kompakter als bestehende Batterien und kommt ohne den Einsatz von flüssigem Elektrolyt aus. Im Laufe der Zeit verschlechtert sich der Akku nicht - die Ladungsmenge, die er ansammeln kann, bleibt gleich.
6. Bionische Hand
Bionische Prothesen können im 21. Jahrhundert natürliche Gliedmaßen fast vollständig ersetzen. Wissenschaftler haben nicht nur die Möglichkeit geschaffen, sie wie mit eigenen Händen zu bewegen, sondern sogar die Fähigkeit zum Fühlen zurückgegeben - die Empfindungsimpulse werden direkt an das Gehirn weitergeleitet.
Forscher der Johns Hopkins University in den USA haben Modulare prothetische Extremität MPL (Modular Prosthetic Limb), die fast alle Bewegungen ausführen kann, zu denen die menschliche Hand fähig ist. Es verfügt über mehr als 100 Sensoren, sowie spezielle Motoren, die für die gewohnte Stärke und Agilität sorgen.
Die Prothese ist mit taktilen Sensoren ausgestattet und ermöglicht es Ihnen, den Ort, die Temperatur und die Textur von Objekten zu bestimmen. Und die neurale Schnittstelle bietet eine intuitive und natürliche Steuerung der künstlichen Hand – denken Sie nur an die Aktion, um sie auszuführen.
7. Graphen
Die Existenz des ersten bekannten wirklich zweidimensionalen Kristalls (mit einem ein Atom dicken Kristallgitter) in Im Jahr 2004 wurden die Wissenschaftler Andrei Geim und Konstantin Novoselov zum ersten Mal experimentell bestätigt und im Jahr 2010 erhielten sie Der Nobelpreis für Physik 2010Nobelpreis für Physik.
Graphen ist im Wesentlichen ein ein Atom dicker Graphitfilm (kristallisierter Kohlenstoff). Aufgrund der Instabilität war es lange Zeit nicht erhältlich. Wild und Novoselov verwendet Elektrischer Feldeffekt in atomar dünnen Kohlenstoffschichten ein oxidiertes Siliziumsubstrat, um den 2D-Film zu stabilisieren.
Graphen ist sehr langlebig und dennoch extrem flexibel. Es leitet Strom und Elektronen bewegen sich darin Physiker zeigen, dass sich Elektronen in Graphen über 100-mal schneller bewegen können als in Silizium schneller als bei allen bekannten Materialien. Insbesondere ist es 100-mal schneller als Silizium, aus dem moderne Prozessoren hergestellt werden.
Mit Graphen lassen sich ultrafeine Filter, Touchscreen-Displays, Sensoren, hocheffiziente katalytische Zellen, Nanokanäle für die Arbeit mit DNA und Komponenten für hochpräzise Elektronik herstellen. Graphen-Chips werden die Leistung von Computern verbessern und die Datenübertragung beschleunigen, Geräte leistungsfähiger und kompakter machen.
8. Unbemannte Fahrzeuge
Fortschritte in der künstlichen Intelligenz, große Rechenleistung, hohe drahtlose Übertragungsraten Daten und genaue Sensoren - all dies diente als Grundlage für die Schaffung von Autos, die ohne auskommen können Treiber. Sie scannen die Verkehrslage in Echtzeit, erkennen Fußgänger und Verkehrszeichen und können in einer schwierigen Situation in Sekundenbruchteilen eine Entscheidung treffen.
2021 fuhr Tesla Model 3 mit FSD-System (Full Self-Driving) selbstständig Tesla Autopilot FSD San Francisco nach Los Angeles ohne Interventionen von San Francisco nach Los Angeles und zurück sind es rund 2.400 Kilometer. Das Auto bewältigte die Aufgabe auch auf belebten Straßen der Stadt erfolgreich und machte zwei Stopps, um die Batterie aufzuladen.
Aber Autopilot wird nicht nur für private Autos entwickelt. In den USA beispielsweise wurde 2020 das Startup Waymo gegründet Waymo öffnet seinen vollständig fahrerlosen Service in Phoenix für die breite Öffentlichkeit unbemannter Taxidienst. Es gibt nicht viele Autos, aber Ausflüge sind für jeden möglich.
Unbemannte Taxis werden in Russland erscheinen Yandex sagte, wo in Moskau die ersten unbemannten Taxis erscheinen werden diesen Herbst - allerdings bisher im experimentellen Modus. Die vom Unternehmen ausgewählten Testteilnehmer können im Moskauer Stadtteil Yasenevo ohne Fahrer mit dem Auto fahren.
Eine weitere Anwendung unbemannter Fahrzeuge ist der Gütertransport. NVIDIA Drive Platform hilft bereits Unbemannte Lkw Trucker unterwegs und werden sie bald auf Standardstrecken ersetzen können. Auch Tesla und andere Unternehmen arbeiten in diese Richtung.
9. Genbearbeitung
2012 entwickelten Jennifer Doudna aus den USA und Emmanuelle Charpentier aus Frankreich das molekulare Werkzeug CRISPR-Cas9, die sogenannte „genetische Schere“. Für diesen wissenschaftlichen Durchbruch im Jahr 2020 erhielten sie Emmanuelle Charpentier und Jennifer Doudna haben den Nobelpreis für Chemie 2020 gewonnen Nobelpreis für Chemie.
CRISPR ‑ Cas9 ermöglicht Ihnen, die Gene von Pflanzen und Tieren zu bearbeiten. Dies eröffnet neue Wege für die Züchtung und hat das Potenzial, die Ausbreitung von Krankheiten zu stoppen – wenn zum Beispiel Mückengene verändert werden, können sie Malaria und Borreliose nicht vertragen.
CRISPR - Cas9 hat bereits zur Krebsbehandlung beigetragen. Es wird geforscht, die in Zukunft sparen können Was sind Genome Editing und CRISPR ‑ Cas9? von Erbkrankheiten und genetischen Mutationen.
Aber es ist falsch zu glauben, dass CRISPR-Cas9 den Weg für GVO ebnet. Erstens haben gentechnisch veränderte Organismen erstmals erhalten Herbert W. Boyer und Stanley N. Cohen zurück im Jahr 1972. CRISPR - Cas9 kann nur die Genauigkeit der DNA-Modifikation verbessern und negative Nebenwirkungen beseitigen.
Die Karte des menschlichen Genoms ist übrigens auch eine Errungenschaft des 21. Jahrhunderts. Der Hauptteil der Arbeit am Human Genome Project ist abgeschlossen Das Humangenomprojekt in 2003.
10. Humanoide Roboter
Roboteratlas Atlas: der dynamischste humanoide Roboter von Boston Dynamics - dem Liebling des Internets: Er kann Purzelbäume schlagen, nach starken Schlägen auf den Beinen bleiben, Hindernisse überwinden und sogar tanzen. Die Entwickler nennen es eine Forschungsplattform, die die Grenzen der Ganzkörpermobilität und des dynamischsten humanoiden Roboters verschieben soll.
Tatsächlich haben Atlas und andere Modelle von Boston Dynamics – wie der Roboterhund Spot und der Laderoboter von Stretch – tiefgreifende praktische Auswirkungen. Sie sind in der Lage, Menschen unter schwierigen oder gefährlichen Bedingungen zu ersetzen: unter den Trümmern von Gebäuden oder in Brände, erkunden Sie entlegene Gebiete, liefern Sie Waren und führen Sie langweilige Routinen rund um die Uhr durch Operationen.
Es gibt andere Anwendungen für humanoide Roboter. So werden zum Beispiel Modelberater, Begleiter und Kellner, Assistenten für Menschen mit Behinderungen entwickelt.
Und der russische Roboter Fedor war sogar zu Besuch Twitter-Fedor37516789 im Weltraum im Jahr 2019. Er kann ein Auto und ein ATV fahren, Türen öffnen, Treppen steigen, durch ein Labyrinth gehen, schießen und mit einer Bohrmaschine arbeiten.
Wissenschaftliche Entdeckungen können unser Leben radikal verändern: Langlebigkeit schenken, bei der Erforschung des Weltraums helfen, alltägliche Angelegenheiten übernehmen und in wenigen Tagen sogar ein Haus bauen. Erfahren Sie mehr über sie auf dem aktualisierten Website des Vereins "Wissen". Im Rahmen des Allrussischen Bildungsmarathons "Neues Wissen" werden hier 18 Mini-Vorträge zu wissenschaftlichen Durchbrüchen des 21. Jahrhunderts veröffentlicht.
Am New Knowledge Marathon nahmen Yuri Bashmet, Konstantin Khabensky, Edward Snowden, Mikhail Mischustin, Evgeny Kaspersky, Tatyana Golikova, Arkady Volozh, German Gref, Alexander Ovechkin und andere beliebte Lautsprecher. Auf der Seite werden mehr als 150 Stunden Bildungsinhalte erscheinen - das sind inspirierende Geschichten, hitzige Debatten über moderne Probleme der Menschheit und faszinierende Interviews mit berühmten Persönlichkeiten.
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