3 hlavní průlomy v oblasti vědy o materiálech-a proč na nich záleží pro budoucnost

málokdo si uvědomuje obrovské důsledky vědy o materiálech.

Chcete-li postavit dnešní smartphone v 80.letech, stálo by to asi 110 milionů dolarů, vyžadovalo by téměř 200 kilowattů energie (ve srovnání s 2kW za rok dnes) a zařízení by bylo 14 metrů vysoké, podle použitých materiálů CTO Omkaram Nalamasu.

to je síla materiálových pokroků. Věda o materiálech demokratizovala smartphony a přinesla technologii do kapes více než 3, 5 miliardy lidí. Ale daleko za zařízeními a obvody, věda o materiálech stojí v centru nesčetných průlomů napříč energií, budoucí města, tranzit, a medicína. A v popředí Covid-19 vědci v oblasti materiálů postupují vpřed s biomateriály, nanotechnologiemi a dalším výzkumem materiálů, aby urychlili řešení.

jak již název napovídá, materiálová věda je obor věnovaný objevování a vývoji nových materiálů. Je to výrůstek fyziky i chemie, pomocí periodické tabulky jako svého obchodu s potravinami a fyzikálních zákonů jako své kuchařky.

a dnes jsme uprostřed revoluce v oblasti materiálových věd. V tomto článku, rozbalíme nejdůležitější pokroky v materiálech, které se nyní dějí.

pojďme se ponořit.

Materials Genome Initiative

v červnu 2011 na Carnegie Mellon University prezident Obama oznámil iniciativu Materials Genome Initiative, celostátní úsilí o využití metod s otevřeným zdrojovým kódem a AI ke zdvojnásobení tempa inovací ve vědě o materiálech. Obama cítil, že toto zrychlení je rozhodující pro globální konkurenceschopnost USA, a držel klíč k řešení významných výzev v oblasti čisté energie, národní bezpečnost, a lidské blaho. A fungovalo to.

pomocí AI zmapovat stovky milionů různých možných kombinací prvků—vodík, bor, lithium, uhlík, atd.- iniciativa vytvořila obrovskou databázi, která vědcům umožňuje hrát s periodickou tabulkou jakýsi improvizovaný jazz.

tato nová mapa fyzického světa umožňuje vědcům kombinovat prvky rychleji než kdykoli předtím a pomáhá jim vytvářet nejrůznější nové prvky. A řada nových výrobních nástrojů tento proces dále zesiluje, což nám umožňuje pracovat ve zcela nových měřítcích a velikostech, včetně atomové stupnice, kde nyní stavíme materiál po jednom atomu.

největší průlomy v oblasti vědy o materiálech

tyto nástroje pomohly vytvořit metamateriály používané v kompozitech z uhlíkových vláken pro lehčí vozidla, pokročilé slitiny pro odolnější proudové motory a biomateriály, které nahrazují lidské klouby. Jsme také svědky průlomů v oblasti ukládání energie a kvantové výpočetní techniky. V robotice nám nové materiály pomáhají vytvářet umělé svaly potřebné pro humanoidní, měkké roboty-think Westworld ve vašem světě—

Pojďme rozbalit některé z předních průlomů vědy o materiálech za poslední desetiletí.

(1) Lithium-iontové baterie

lithium-iontová baterie, která dnes pohání vše od našich smartphonů až po naše autonomní automobily, byla poprvé navržena v 70. letech. na trh se dostala až v 90. letech a dospěla až v posledních několika letech.

exponenciální technologie tyto baterie klesají v ceně po tři desetiletí, mezi lety 1990 a 2010 klesly o 90 procent a od té doby o 80 procent. Současně zaznamenali jedenáctinásobný nárůst kapacity.

ale výroba dostatečného množství, aby uspokojila poptávku, byla trvalým problémem. Tesla přistoupila k této výzvě: jedna z Gigafactories společnosti v Nevadě chrlí 20 gigawattů skladování energie ročně, což je poprvé, co jsme viděli lithium-iontové baterie vyráběné v měřítku.

Musk předpovídá, že 100 Gigafactories by mohlo ukládat energetické potřeby celé zeměkoule. Ostatní společnosti se rychle snaží integrovat tuto technologii: Renault buduje domácí úložiště energie na základě svých baterií Zoe, akumulátory BMW 500 i3 jsou integrovány do britské národní energetické sítě a Toyota, Nissan a Audi oznámily pilotní projekty.

Lithium-iontové baterie budou i nadále hrát hlavní roli v skladování obnovitelné energie, což pomůže snížit ceny solární a větrné energie, aby konkurovaly cenám uhlí a benzínu.

(2) Grafen

Grafen je list uhlíku o tloušťce jen jednoho atomu. Je téměř beztížný, ale 200krát silnější než ocel. Vedení elektřiny a odvádění tepla rychleji než jakákoli jiná známá látka má tento supermateriál transformační aplikace.

Grafen umožňuje senzory, vysoce výkonné tranzistory a dokonce i gel, který pomáhá neuronům komunikovat v míše. Mnoho flexibilních obrazovek zařízení, systémů pro doručování léků, 3D tiskáren, solárních panelů a ochranných tkanin používá Grafen.

s poklesem výrobních nákladů má tento materiál sílu urychlit pokrok všeho druhu.

(3) Perovskit

právě teď se „účinnost konverze“ průměrného solárního panelu-míra toho, kolik zachyceného slunečního světla může být přeměněno na elektřinu-pohybuje kolem 16 procent, za cenu zhruba 3 $za watt.

Perovskit, světlocitlivý krystal a jeden z našich novějších nových materiálů, má potenciál získat až 66 procent, což by zdvojnásobilo to, co mohou křemíkové panely shromáždit.

perovskite složky jsou široce dostupné a levné kombinovat. K čemu všechny tyto faktory přispívají? Cenově dostupná solární energie pro každého.

materiály Nano-světa

nanotechnologie je vnější okraj vědy o materiálech, bod, kdy manipulace s hmotou je nano-malá—to je milionkrát menší než mravenec, 8 000krát menší než červené krvinky a 2,5 krát menší než řetězec DNA.

nanoboty jsou stroje, které mohou být zaměřeny na výrobu více sebe sama, nebo více toho, co byste chtěli. A protože se to děje v atomovém měřítku, tito nanoboti mohou rozdělit jakýkoli druh materiálu-půdu—vodu, vzduch-atom po atomu, a použít tyto nyní suroviny ke konstrukci téměř všeho.

pokrok byl překvapivě rychlý v nano-světě, s houf nano-produktů nyní na trhu. Už nikdy nechcete skládat oblečení? Nanoměřítkové přísady do tkanin jim pomáhají odolávat vráskám a barvením. Nedělat okna? Žádný problém! Nano-filmy dělají okna samočistící, antireflexní a schopné vést elektřinu. Chcete do svého domu přidat solární energii? Máme nano-povlaky, které zachycují sluneční energii.

nanomateriály vyrábějí lehčí automobily, letadla, baseballové pálky, přilby, Jízdní kola, zavazadla, elektrické nářadí—seznam pokračuje. Vědci z Harvardu postavili 3D tiskárnu nanometrů schopnou vyrábět miniaturní baterie o šířce menší než jeden milimetr. A pokud se vám tyto objemné brýle VR nelíbí, vědci nyní používají nanotech k vytvoření inteligentních kontaktních čoček s rozlišením šestkrát větším než u dnešních smartphonů.

a ještě více se blíží. Právě teď, v medicíně, se nanoboty dodávající drogy ukazují jako zvláště užitečné v boji proti rakovině. Výpočetní technika je podivný příběh, protože bioinženýr na Harvardu nedávno uložil 700 terabajtů dat v jediném gramu DNA.

na environmentální frontě mohou vědci odebrat oxid uhličitý z atmosféry a přeměnit jej na super silné uhlíkové nanovlákna pro použití ve výrobě. Pokud se nám to podaří v měřítku-poháněném sluneční energií-systém o desetině velikosti saharské pouště by mohl snížit CO2 v atmosféře na předindustriální úroveň asi za deset let.

aplikace jsou nekonečné. A přichází rychle. V příštím desetiletí bude dopad velmi, velmi malého velmi, velmi velký.

Závěrečné myšlenky

s pomocí umělé inteligence a kvantového počítání v příštím desetiletí se objev nových materiálů exponenciálně zrychlí.

a s těmito novými objevy, přizpůsobené materiály poroste samozřejmostí. Budoucí kolenní implantáty budou přizpůsobeny tak, aby vyhovovaly přesným potřebám každého těla, a to jak z hlediska struktury, tak složení.

ačkoli neviditelné pouhým okem, nanoměřítkové materiály se integrují do našeho každodenního života, hladce zlepšují medicínu, energii, chytré telefony a další.

cesta k demonetizaci a demokratizaci pokročilých technologií nakonec začíná přepracováním materiálů-neviditelného aktivátoru a katalyzátoru. Naše budoucnost závisí na materiálech, které vytváříme.

(Poznámka: Tento článek je výňatek z budoucnosti je rychlejší, než si myslíte-moje nová kniha, právě vydaná 28. ledna! Chcete-li získat vlastní kopii, klikněte zde!

Přidej se ke mně

(1) A360 Executive Mastermind: pokud jste exponenciálně a hojně smýšlející podnikatel, který by chtěl trénovat přímo ode mě, zvažte připojení k mému abundance 360 Mastermind, vysoce selektivní komunitě 360 generálních ředitelů a podnikatelů, kteří koučují 3 dny každý leden v Beverly Hills, Ca. Prostřednictvím A360 poskytuji svým členům kontext a jasnost o tom, jak konvergující exponenciální technologie promění každé odvětví. Jsem odhodlán provozovat A360 v průběhu probíhající 25leté cesty jako “ odpočítávání do Singularity.“

pokud se chcete dozvědět více a zvážit připojení k našemu členství v roce 2021, přihlaste se zde.

(2) Abundance-Digital Online Community: také jsem vytvořil digitální / Online komunitu odvážných, hojnost smýšlejících podnikatelů s názvem Abundance-Digital. Abundance-Digital je Singularity University‘ onramp ‚ pro exponenciální podnikatele-ty—kteří se chtějí zapojit a hrát na vyšší úrovni. Kliknutím sem se dozvíte více.

(A360 i Abundance-Digital jsou součástí Singularity University-vaše účast vás otevírá globální komunitě.)

tento článek se původně objevil na diamandis.com. Přečtěte si původní článek zde.

Image Credit: Anand Kumar z

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.