3 store materialevidenskab gennembrud-og hvorfor de betyder noget for fremtiden

få anerkender de store konsekvenser af materialevidenskab.

for at bygge dagens smartphone i 1980 ‘ erne ville det koste omkring $110 millioner, kræve næsten 200 kilovatts energi (sammenlignet med 2 kg om året i dag), og enheden ville være 14 meter høj, ifølge anvendte materialer CTO Omkaram Nalamasu.

det er kraften i materialer fremskridt. Materialevidenskab har demokratiseret smartphones og bragt teknologien til lommerne på over 3, 5 milliarder mennesker. Men langt ud over enheder og kredsløb står materialevidenskab i centrum for utallige gennembrud på tværs af energi, fremtidige byer, transit og medicin. Og i spidsen for Covid-19 går materialeforskere videre med biomaterialer, nanoteknologi og anden materialeforskning for at fremskynde en løsning.

som navnet antyder, er materialevidenskab den gren, der er afsat til opdagelse og udvikling af nye materialer. Det er en udvækst af både fysik og kemi, ved hjælp af det periodiske system som sin købmand og fysikkens love som sin kogebog.

og i dag er vi midt i en materialevidenskabelig revolution. I denne artikel vil vi pakke de vigtigste materialer fremskridt sker nu.

lad os dykke ind.

Materials Genome Initiative

i juni 2011 på Carnegie Mellon University annoncerede præsident Obama Materials Genome Initiative, en landsdækkende indsats for at bruge open source-metoder og AI til at fordoble tempoet i innovation inden for materialevidenskab. Obama mente, at denne acceleration var kritisk for USAs globale konkurrenceevne og havde nøglen til at løse betydelige udfordringer inden for ren energi, national sikkerhed og menneskelig velfærd. Og det virkede.

ved at bruge AI til at kortlægge de hundreder af millioner af forskellige mulige kombinationer af elementer—hydrogen, bor, lithium, kulstof osv.- initiativet skabte en enorm database, der giver forskere mulighed for at spille en slags improvisation med det periodiske system.

dette nye kort over den fysiske verden lader forskere kombinere elementer hurtigere end nogensinde før og hjælper dem med at skabe alle mulige nye elementer. Og en række nye fabrikationsværktøjer forstærker denne proces yderligere, så vi kan arbejde på helt nye skalaer og størrelser, herunder atomskalaen, hvor vi nu bygger materialer et atom ad gangen.

største Materialevidenskabelige gennembrud

disse værktøjer har bidraget til at skabe de metamaterialer, der anvendes i kulfiberkompositter til lettere køretøjer, avancerede legeringer til mere holdbare jetmotorer og biomaterialer til erstatning af menneskelige led. Vi ser også gennembrud inden for energilagring og kvanteberegning. I robotik hjælper nye materialer os med at skabe de kunstige muskler, der er nødvendige for humanoide, bløde robotter—tænk Vestverden i din verden.

lad os pakke nogle af de førende materialevidenskabelige gennembrud i det sidste årti.

(1) Lithium-ion-batterier

lithium-ion-batteriet, der i dag driver alt fra vores smartphones til vores autonome biler, blev først foreslået i 1970 ‘erne. det kunne ikke komme på markedet før i 1990’ erne og begyndte ikke at nå modenhed før de sidste par år.

en eksponentiel teknologi, disse batterier er faldet i pris i tre årtier, faldende 90 procent mellem 1990 og 2010 og 80 procent siden. Samtidig har de set en elleve gange stigning i kapaciteten.

men at producere nok af dem til at imødekomme efterspørgslen har været et løbende problem. Tesla har taget udfordringen op: en af virksomhedens Gigafabrikker i Nevada uddanner 20 gigavatter af energilagring om året, hvilket markerer første gang, vi har set lithium-ion-batterier produceret i skala.

Musk forudsiger, at 100 Gigafabrikker kunne lagre energibehovet i hele kloden. Andre virksomheder bevæger sig hurtigt for også at integrere denne teknologi: Renault bygger et hjem energilagring baseret på deres batterier, 500 i3 batteripakker integreres i Storbritanniens nationale energinet, og Toyota, Nissan og Audi har alle annonceret pilotprojekter.

Lithium-ion-batterier vil fortsat spille en vigtig rolle inden for lagring af vedvarende energi og hjælpe med at nedbringe sol-og vindenergipriserne for at konkurrere med kul-og bensinpriserne.

(2) grafen

afledt af den samme grafit, der findes i hverdagsblyanter, er grafen et ark kulstof, der kun er et atom tykt. Det er næsten vægtløst, men 200 gange stærkere end stål. Ledende elektricitet og sprede varme hurtigere end noget andet kendt stof, dette super-materiale har transformative applikationer.

Graphene muliggør sensorer, højtydende transistorer og endda gel, der hjælper neuroner med at kommunikere i rygmarven. Mange fleksible enhedsskærme, lægemiddelafgivelsessystemer, 3D-printere, solpaneler og beskyttende stof bruger grafen.

efterhånden som produktionsomkostningerne falder, har dette materiale magten til at fremskynde fremskridt af alle slags.

(3) Perovskite

lige nu svæver “konverteringseffektiviteten” af det gennemsnitlige solpanel—et mål for, hvor meget fanget sollys kan omdannes til elektricitet—omkring 16 procent til en pris på cirka $3 pr.

Perovskite, en lysfølsom krystal og et af vores nyere nye materialer, har potentialet til at få det op til 66 procent, hvilket ville fordoble, hvad siliciumpaneler kan mønstre.

Perovskite ‘ s ingredienser er bredt tilgængelige og billige at kombinere. Hvad tilføjer alle disse faktorer? Prisbillig solenergi til alle.

materialer i Nano-verden

nanoteknologi er den ydre kant af materialevidenskab, det punkt, hvor stofmanipulation bliver nano-lille—det er en million gange mindre end en myre, 8.000 gange mindre end en rød blodlegeme og 2,5 gange mindre end en DNA-streng.

nanobotter er maskiner, der kan dirigeres til at producere mere af sig selv, eller mere af hvad du ellers gerne vil. Og fordi dette finder sted i atomskala, kan disse nanobotter trække enhver form for materiale fra hinanden—jord, vand, luft—atom for atom og bruge disse nu råmaterialer til at konstruere næsten alt.

fremskridt har været overraskende hurtig i nano-verden, med en sværm af nano-produkter nu på markedet. Vil du aldrig folde tøj igen? Nanoskala tilsætningsstoffer til stoffer hjælper dem med at modstå rynker og farvning. Gør ikke vinduer? Ikke et problem! Nano-film gør vinduer selvrensende, antireflekterende og i stand til at lede elektricitet. Vil du tilføje sol til dit hus? Vi har nanobelægninger, der fanger solens energi.

nanomaterialer gør lettere biler, fly, baseball flagermus, hjelme, cykler, bagage, elværktøj—listen fortsætter. Forskere ved Harvard byggede en 3D-printer i nanoskala, der var i stand til at producere miniaturebatterier, der var mindre end en millimeter brede. Og hvis du ikke kan lide de omfangsrige VR-beskyttelsesbriller, bruger forskere nu nanotech til at skabe smarte kontaktlinser med en opløsning, der er seks gange større end nutidens smartphones.

og endnu mere kommer. Lige nu, inden for medicin, viser nanobotter sig at være særligt nyttige til bekæmpelse af kræft. Computing er en fremmed historie, da en bioingeniør ved Harvard for nylig lagrede 700 terabyte data i et enkelt gram DNA.

på miljøfronten kan forskere tage kulsyre fra atmosfæren og omdanne den til superstærke kulstofnanofibre til brug i fremstillingen. Hvis vi kan gøre dette i skala—drevet af sol—kunne et system en tiendedel af Sahara-Ørkenens størrelse reducere CO2 i atmosfæren til præindustrielle niveauer i omkring et årti.

applikationerne er uendelige. Og kommer hurtigt. I løbet af det næste årti er virkningen af den meget, meget lille ved at blive meget, meget stor.

Endelige tanker

ved hjælp af kunstig intelligens og kvanteberegning i løbet af det næste årti vil opdagelsen af nye materialer accelerere eksponentielt.

og med disse nye opdagelser vil Tilpassede materialer vokse almindeligt. Fremtidige knæimplantater vil blive tilpasset til at imødekomme de nøjagtige behov i hver krop, både med hensyn til struktur og sammensætning.

selvom det er usynligt for det blotte øje, vil nanoskalamaterialer integreres i vores hverdag og problemfrit forbedre medicin, energi, smartphones og mere.

i sidste ende starter vejen til demonetisering og demokratisering af avancerede teknologier med at omdesigne materialer-den usynlige katalysator og katalysator. Vores fremtid afhænger af de materialer, vi skaber.

(Bemærk: Denne artikel er et uddrag fra fremtiden er hurtigere end du tror-min nye bog, netop udgivet den 28. Januar! For at få din egen kopi, klik her!)

Deltag i mig

(1) A360 udøvende Mastermind: hvis du er en eksponentielt og overflodsindet iværksætter, der gerne vil coache direkte fra mig, kan du overveje at deltage i min overflod 360 Mastermind, et meget selektivt samfund af 360 administrerende direktører og iværksættere, som jeg træner i 3 dage hver januar i Beverly Hills, Ca. Gennem A360 giver jeg mine medlemmer kontekst og klarhed om, hvordan konvergerende eksponentielle teknologier vil transformere enhver branche. Jeg er forpligtet til at køre A360 i løbet af en igangværende 25-årig rejse som en “nedtælling til singulariteten.”

hvis du gerne vil lære mere og overveje at deltage i vores 2021-medlemskab, skal du ansøge her.

(2) Abundance-Digital Online Community: jeg har også oprettet et digitalt/Online community af dristige, abundance-minded iværksættere kaldet Abundance-Digital. Overflod-Digital er Singularity Universitets ‘onramp’ for eksponentielle iværksættere—dem, der ønsker at blive involveret og spille på et højere niveau. Klik her for at lære mere.

(både A360 og Abundance-Digital er en del af Singularity University—din deltagelse åbner dig for et globalt samfund.)

denne artikel blev oprindeligt vist på diamandis.com. Læs den originale artikel her.

Billedkredit: Anand Kumar fra

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.