3 jelentős Anyagtudományi áttörés-és miért számítanak a jövőre nézve

kevesen ismerik fel az anyagtudomány hatalmas következményeit.

a mai okostelefon építése az 1980-as években körülbelül 110 millió dollárba kerülne, közel 200 kilowatt energiát igényel (szemben a mai évi 2 kW-val), és az eszköz 14 méter magas lenne, az alkalmazott anyagok szerint CTO Omkaram Nalamasu.

ez az anyagok ereje. Az anyagtudomány demokratizálta az okostelefonokat, így a technológia több mint 3,5 milliárd ember zsebébe került. De messze túl eszközök és áramkörök, anyagtudomány középpontjában áll számtalan áttörést az energia, a jövő városok, tranzit, és az orvostudomány. És a Covid-19 élvonalában az anyagtudósok előrelépnek a biológiai anyagokkal, a nanotechnológiával és más anyagkutatással a megoldás felgyorsítása érdekében.

ahogy a neve is sugallja, az anyagtudomány az új anyagok felfedezésének és fejlesztésének szentelt ág. Ez mind a fizika, mind a kémia kinövése, a periódusos rendszert élelmiszerboltként, a fizika törvényeit pedig szakácskönyvként használja.

és ma egy Anyagtudományi forradalom közepén vagyunk. Ebben a cikkben kicsomagoljuk a legfontosabb anyagbeli előrelépéseket.

merüljünk bele.

a Materials Genome Initiative

2011 júniusában a Carnegie Mellon Egyetemen Obama elnök bejelentette a Materials Genome Initiative-t, egy országos erőfeszítést a nyílt forráskódú módszerek és az AI használatára, hogy megduplázza az innováció ütemét az anyagtudományban. Obama úgy vélte, hogy ez a gyorsulás kritikus az Egyesült Államok globális versenyképessége szempontjából, és kulcsfontosságúnak tartja a tiszta energia, a Nemzetbiztonság és az emberi jólét jelentős kihívásainak megoldását. És működött.

az AI segítségével az elemek—hidrogén, bór, lítium, szén stb.—a kezdeményezés hatalmas adatbázist hozott létre, amely lehetővé teszi a tudósok számára, hogy egyfajta improvizációs jazzt játsszanak a periódusos rendszerrel.

a fizikai világ új térképe lehetővé teszi a tudósok számára, hogy gyorsabban egyesítsék az elemeket, mint valaha, és segít nekik mindenféle új elem létrehozásában. És egy sor új gyártási eszköz tovább erősíti ezt a folyamatot, lehetővé téve számunkra, hogy teljesen új méretekben és méretekben dolgozzunk, beleértve az atomskálát is, ahol most egy atomot építünk.

a legnagyobb Anyagtudományi áttörések

ezek az eszközök segítettek létrehozni a szénszálas kompozitokban használt metaanyagokat a könnyebb járművekhez, a fejlett ötvözeteket a tartósabb sugárhajtóművekhez és az emberi ízületek helyettesítésére szolgáló bioanyagokat. Áttörést látunk az energiatárolás és a kvantumszámítás területén is. A robotikában az új anyagok segítenek létrehozni a humanoid, puha robotokhoz szükséges mesterséges izmokat—gondolj a Westworld-re a világodban.

csomagoljuk ki az elmúlt évtized vezető Anyagtudományi áttöréseit.

(1) Lítium-ion akkumulátorok

a lítium-ion akkumulátor, amely ma mindent ellát az okostelefonjainktól az autonóm autókig, először az 1970-es években javasolták. az 1990-es évekig nem tudott piacra kerülni, és csak az elmúlt években kezdte el elérni az érettséget.

exponenciális technológia, ezek az akkumulátorok ára három évtizede csökken, 90 százalékkal zuhant 1990 és 2010 között, és 80 százalékkal azóta. Ezzel párhuzamosan tizenegyszeres kapacitásnövekedést tapasztaltak.

de a kereslet kielégítéséhez elegendő mennyiség előállítása folyamatos probléma. A Tesla fokozta a kihívást: a vállalat egyik Nevadai Gigafaktora évente 20 gigawatt energiatárolást termel, ezzel először láttuk a lítium-ion akkumulátorokat méretarányosan gyártani.

Musk azt jósolja, hogy 100 Gigafaktor képes tárolni az egész földgömb energiaigényét. Más vállalatok gyorsan mozognak, hogy integrálják ezt a technológiát is: A Renault a Zoe akkumulátoraira épülő otthoni energiatárolót épít, a BMW 500 i3 akkumulátorcsomagját integrálják az Egyesült Királyság nemzeti energiahálózatába, a Toyota, a Nissan és az Audi pedig kísérleti projekteket jelentett be.

a lítium-ion akkumulátorok továbbra is jelentős szerepet játszanak a megújuló energia tárolásában, segítve a nap-és szélenergia árainak csökkentését, hogy versenyezzenek a szén és a benzin áraival.

(2) grafén

ugyanabból a grafitból származik, amelyet a mindennapi ceruzákban találtak, a grafén csak egy atom vastagságú szén. Szinte súlytalan, de 200-szor erősebb, mint az acél. A villamos energia és a hő gyorsabb elvezetése, mint bármely más ismert anyag, ez a szuperanyag transzformatív alkalmazásokkal rendelkezik.

a grafén lehetővé teszi az érzékelőket, a nagy teljesítményű tranzisztorokat, sőt a gélt is, amely segíti az idegsejtek kommunikációját a gerincvelőben. Sok rugalmas eszköz képernyők, kábítószer-szállító rendszerek, 3D nyomtatók, napelemek, és védő szövet használata grafén.

a gyártási költségek csökkenésével ez az anyag képes felgyorsítani mindenféle előrelépést.

(3) perovszkit

jelenleg az átlagos napelem “konverziós hatékonysága”—annak mértéke, hogy mennyi rögzített napfényt lehet villamos energiává alakítani—körülbelül 16 százalék körül mozog, nagyjából 3 dollár / watt költséggel.

a perovskit, egy fényérzékeny kristály és az egyik újabb új anyagunk, képes arra, hogy akár 66% – ot is elérjen, ami megduplázná a szilícium panelek összegyűjtését.

a Perovskite összetevői széles körben elérhetők és olcsók a kombináláshoz. Mit jelentenek ezek a tényezők összeadódnak? Megfizethető napenergia mindenki számára.

a Nanovilág anyagai

a nanotechnológia az anyagtudomány külső széle, az a pont, ahol az anyagmanipuláció nano-kicsivé válik-ez milliószor kisebb, mint egy hangya, 8000—szer kisebb, mint egy vörösvérsejt, és 2,5-szer kisebb, mint egy DNS-szál.

a nanobotok olyan gépek, amelyek irányíthatók arra, hogy többet termeljenek magukból, vagy bármi másból, amit szeretne. És mivel ez atomi léptékben történik, ezek a nanobotok atomról atomra képesek szétszedni bármilyen anyagot—talajt, vizet, levegőt—, és ezeket a most nyersanyagokat felhasználva szinte bármit felépíthetnek.

a fejlődés meglepően gyors volt a nano-világban, most már számos nano-termék van a piacon. Soha többé nem akar ruhát hajtani? A szövetek nanoméretű adalékai segítenek nekik ellenállni a ráncosodásnak és a foltosodásnak. Ne csináld az ablakokat? Nem probléma! A Nano-filmek az ablakokat öntisztítják, tükröződésmentesek, és képesek villamos energiát vezetni. Szeretne napenergiát hozzáadni a házához? Vannak nanobevonataink, amik befogják a nap energiáját.

a nanoanyagok könnyebb autókat, repülőgépeket, baseball ütőket, sisakokat, kerékpárokat, poggyászokat, elektromos szerszámokat gyártanak—a lista folytatódik. A Harvard kutatói nanoméretű 3D nyomtatót építettek, amely képes egy milliméter széles miniatűr akkumulátorok előállítására. És ha nem tetszik a terjedelmes VR szemüveg, a kutatók most nanotech segítségével intelligens kontaktlencséket hoznak létre, amelyek felbontása hatszor nagyobb, mint a mai okostelefonoké.

és még több jön. Jelenleg az orvostudományban a kábítószer-szállító nanobotok különösen hasznosnak bizonyulnak a rák elleni küzdelemben. A számítástechnika egy furcsa történet, mivel a Harvard biomérnöke nemrégiben 700 terabájt adatot tárolt egyetlen gramm DNS-ben.

környezetvédelmi szempontból a tudósok szén-dioxidot vehetnek fel a légkörből, és szuper erős szén nanoszálakká alakíthatják a gyártás során. Ha ezt a napenergiával működő skálán meg tudjuk csinálni, akkor a Szahara sivatag méretének egytizede körülbelül egy évtized alatt csökkentheti a CO2-t a légkörben az iparosodás előtti szintre.

az alkalmazások végtelenek. És gyorsan jön. A következő évtizedben a nagyon-nagyon kicsi hatása hamarosan nagyon-nagyon nagy lesz.

záró gondolatok

a mesterséges intelligencia és a kvantumszámítás segítségével a következő évtizedben az új anyagok felfedezése exponenciálisan felgyorsul.

és ezekkel az új felfedezésekkel a testreszabott anyagok általánossá válnak. A jövőbeli térdimplantátumokat személyre szabják, hogy megfeleljenek az egyes testek pontos igényeinek, mind a szerkezet, mind az összetétel szempontjából.

bár szabad szemmel láthatatlanok, a nanoméretű anyagok beépülnek mindennapi életünkbe, zökkenőmentesen fejlesztve az orvostudományt, az energiát, az okostelefonokat és még sok mást.

végső soron a fejlett technológiák demonetizálásához és demokratizálódásához vezető út az anyagok újratervezésével kezdődik— a láthatatlan katalizátorral és katalizátorral. A jövőnk az általunk létrehozott anyagoktól függ.

(Megjegyzés: Ez a cikk egy részlet a jövő gyorsabb, mint gondolnád—új könyvem, most jelent meg január 28-án! Ahhoz, hogy a saját példányát, kattints ide!)

csatlakozz hozzám

(1) A360 Executive Mastermind: ha exponenciálisan és bőség gondolkodású vállalkozó vagy, aki közvetlenül tőlem szeretne edzeni, fontolja meg, hogy csatlakozzon a bőség 360 Mastermind-hez, egy 360 vezérigazgató és vállalkozó rendkívül szelektív közösségéhez, akiket minden januárban 3 napig edzek Beverly Hills-ben, Ca-ban. Az A360-on keresztül kontextust és egyértelműséget nyújtok a tagjaimnak arról, hogy a konvergáló exponenciális technológiák hogyan fogják átalakítani az egyes iparágakat. Elkötelezett vagyok az A360 futtatása mellett egy folyamatban lévő 25 éves utazás során, mint ” visszaszámlálás a Szingularitáshoz.”

ha szeretne többet megtudni, és fontolóra veszi a 2021-es tagságunkhoz való csatlakozást, jelentkezzen itt.

(2) bőség-Digitális Online közösség: létrehoztam egy merész, bőség-gondolkodású vállalkozók Digitális/Online közösségét is, az úgynevezett bőség-digitális. Az Abundance-Digital a Singularity University’ onramp ‘ az exponenciális vállalkozók számára-azok számára, akik magasabb szinten szeretnének részt venni és játszani. Kattintson ide további információkért.

(mind az A360, mind az Abundance-Digital a Singularity University része—a részvételed egy globális közösség felé nyit meg.)

ez a cikk eredetileg megjelent diamandis.com. olvassa el az eredeti cikket itt.

kép jóváírás: Anand Kumar

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.