3 Store Materialvitenskap Gjennombrudd-Og Hvorfor De Betyr Noe For Fremtiden

få anerkjenner de store implikasjonene av materialvitenskap.

for å bygge dagens smarttelefon på 1980-tallet, ville det koste rundt $ 110 millioner, krever nesten 200 kilowatt energi (sammenlignet med 2kw per år i dag), og enheten ville være 14 meter høy, Ifølge Applied Materials Cto Omkaram Nalamasu.

det er kraften i materialets fremskritt. Materialvitenskap har demokratisert smarttelefoner, og bringer teknologien til lommene på over 3,5 milliarder mennesker. Men langt utover enheter og kretser står materialvitenskap i sentrum av utallige gjennombrudd på tvers av energi, fremtidige byer, transitt og medisin. Og i forkant Av Covid-19, er materialer forskere smi videre med biomaterialer, nanoteknologi, og andre materialer forskning for å akselerere en løsning.

som navnet antyder, er materialvitenskap grenen viet til oppdagelse og utvikling av nye materialer. Det er en utvekst av både fysikk og kjemi, ved hjelp av det periodiske bordet som sin matbutikk og fysikkens lover som kokebok.

og i dag er vi midt i en materialteknisk revolusjon. I denne artikkelen vil vi pakke ut de viktigste materialfremskrittene som skjer nå.

La oss dykke inn.

Materials Genome Initiative

I juni 2011 ved Carnegie Mellon University annonserte President Obama Materials Genome Initiative, en landsdekkende innsats for å bruke åpen kildekode-metoder og AI for å doble innovasjonstakten innen materialvitenskap. Obama følte at denne akselerasjonen var kritisk FOR USAS globale konkurranseevne, og holdt nøkkelen til å løse betydelige utfordringer innen ren energi, nasjonal sikkerhet og menneskelig velferd. Og det virket.

VED å bruke AI for å kartlegge hundrevis av millioner av forskjellige mulige kombinasjoner av elementer-hydrogen, bor, litium, karbon, etc.- initiativet skapte en enorm database som gjør det mulig for forskere å spille en slags improjazz med det periodiske bordet.

dette nye kartet over den fysiske verden lar forskere kombinere elementer raskere enn noen gang før, og hjelper dem med å skape alle slags nye elementer. Og en rekke nye fabrikasjonsverktøy forsterker denne prosessen ytterligere, slik at vi kan jobbe på helt nye skalaer og størrelser, inkludert atomskalaen, hvor vi nå bygger materialer ett atom om gangen.

Største Materialvitenskap Gjennombrudd

disse verktøyene har bidratt til å skape metamaterialer som brukes i karbonfiberkompositter for lettere kjøretøy, avanserte legeringer for mer holdbare jetmotorer og biomaterialer for å erstatte menneskelige ledd. Vi ser også gjennombrudd i energilagring og kvantemåling. I robotikk hjelper nye materialer oss med å skape de kunstige musklene som trengs for humanoide, myke roboter-tenk Westworld i din verden.

La oss pakke ut noen av de ledende materialvitenskapens gjennombrudd i det siste tiåret.

(1) Litiumionbatterier

litiumionbatteriet, som i dag driver alt fra smarttelefonene til våre autonome biler, ble først foreslått på 1970-tallet. Det kunne ikke gjøre det til markedet før 1990-tallet, og begynte ikke å nå modenhet før de siste årene.

en eksponentiell teknologi, disse batteriene har gått ned i pris i tre tiår, og faller 90 prosent mellom 1990 og 2010, og 80 prosent siden. Samtidig har de sett en elleve ganger økning i kapasiteten.

men å produsere nok av dem til å møte etterspørselen har vært et pågående problem. Tesla har trappet opp utfordringen: en av selskapets Gigafactories I Nevada spyr ut 20 gigawatt energilagring per år, som markerer første gang vi har sett litium-ion-batterier produsert i skala.

Musk spår 100 Gigafactories kunne lagre energibehovet til hele kloden. Andre selskaper beveger seg raskt for å integrere denne teknologien også: Renault bygger et hjem energilagring basert På Sine zoe-batterier, BMWS 500 i3-batteripakker blir integrert i STORBRITANNIAS nasjonale energinett, Og Toyota, Nissan og Audi har alle annonsert pilotprosjekter.

Litiumionbatterier vil fortsette å spille en viktig rolle i fornybar energilagring, og bidra til å redusere sol – og vindkraftprisene for å konkurrere med kull og bensin.

(2) Grafen

Avledet fra samme grafitt som finnes i hverdagsblyanter, er grafen et ark med karbon bare ett atom tykt. Det er nesten vektløst, men 200 ganger sterkere enn stål. Dette supermaterialet leder elektrisitet og sprer varme raskere enn noe annet kjent stoff, og har transformative applikasjoner.

Grafen muliggjør sensorer, høyytelses transistorer og til og med gel som hjelper nevroner å kommunisere i ryggmargen. Mange fleksible enhetsskjermer, legemiddelleveringssystemer, 3D-skrivere, solcellepaneler og beskyttende stoffbruk grafen.

som produksjonskostnadene reduseres, har dette materialet kraft til å akselerere fremskritt av alle slag.

(3) Perovskite

Akkurat nå svinger «konverteringseffektiviteten» til det gjennomsnittlige solpanelet—et mål på hvor mye fanget sollys kan omdannes til elektrisitet—rundt 16 prosent, til en kostnad på omtrent $3 per watt.

Perovskite, en lysfølsom krystall og et av våre nyere nye materialer, har potensial til å få det opp til 66 prosent, noe som vil doble hva silisiumpaneler kan mønstre.

perovskites ingredienser er allment tilgjengelige og rimelige å kombinere. Hva legger alle disse faktorene til? Rimelig solenergi for alle.

Materialer Av Nano-Verden

Nanoteknologi er den ytre kanten av materialvitenskap, det punktet hvor saken manipulasjon blir nano-liten-det er en million ganger mindre enn en maur, 8000 ganger mindre enn en rød blodcelle, og 2,5 ganger mindre enn EN tråd AV DNA.

Nanobots er maskiner som kan rettes til å produsere mer av seg selv, eller mer av hva annet du ønsker. Og fordi dette foregår i atomskala, kan disse nanobotene trekke fra hverandre alle slags materialer-jord, vann, luft-atom for atom, og bruke disse nå råmaterialene til å konstruere omtrent alt.

Progress har vært overraskende rask i nano-verden, med en flokk av nano-produkter nå på markedet. Vil du aldri kaste klær igjen? Nanoskala tilsetningsstoffer til stoffer hjelpe dem motstå rynker og flekker. Ikke gjør windows? Ikke noe problem! Nano-filmer gjør vinduer selvrensende, antireflekterende og i stand til å lede strøm. Vil du legge til solenergi i huset ditt? Vi har nano-belegg som fanger solens energi.

Nanomaterialer gjør lettere biler, fly, balltre, hjelmer, sykler, bagasje, elektroverktøy—listen fortsetter. Forskere ved Harvard bygget en nanoskala 3D-skriver som er i stand til å produsere miniatyrbatterier mindre enn en millimeter bred. Og hvis du ikke liker de store VR-brillene, bruker forskere nå nanoteknologi for å lage smarte kontaktlinser med en oppløsning seks ganger større enn dagens smarttelefoner.

og enda mer kommer. Akkurat nå, i medisin, narkotika levering nanobots viser seg spesielt nyttig i kampen mot kreft. Computing er en fremmed historie, som bioengineer ved Harvard nylig lagret 700 terabyte data i et enkelt gram DNA.

på miljøfronten kan forskere ta karbondioksid fra atmosfæren og konvertere den til super sterke karbon nanofibre til bruk i produksjonen. Hvis vi kan gjøre dette i skala—drevet av sol-et system en tiendedel Av Sahara-Ørkenen, kan redusere CO2 i atmosfæren til preindustrielle nivåer om et tiår.

applikasjonene er uendelige. Og kommer fort. I løpet av det neste tiåret er virkningen av veldig, veldig liten i ferd med å bli veldig, veldig stor.

Final Thoughts

med hjelp av kunstig intelligens og quantum computing i løpet av det neste tiåret, vil oppdagelsen av nye materialer akselerere eksponentielt.

og med disse nye funnene vil tilpassede materialer vokse vanlig. Fremtidige kneimplantater vil bli tilpasset for å møte de eksakte behovene til hver kropp, både når det gjelder struktur og sammensetning.

selv usynlig for det blotte øye, vil nanoskala materialer integreres i vår hverdag, sømløst forbedre medisin, energi, smarttelefoner, og mer.

til Slutt starter veien til demonetisering og demokratisering av avansert teknologi med å designe materialer— den usynlige enabler og katalysator. Vår fremtid er avhengig av materialene vi lager.

(Merk: denne artikkelen er et utdrag Fra Fremtiden Er Raskere enn Du Tror-min nye bok, nettopp utgitt 28. januar! For å få din egen kopi, klikk her!)

Bli Med Meg

(1) A360 Executive Mastermind: Hvis Du er en eksponentielt og overflod-minded entreprenør som ønsker coaching direkte fra meg, vurdere å bli Min Overflod 360 Mastermind, en svært selektiv fellesskap av 360 Administrerende Direktører og entreprenører som jeg trener for 3 dager hver januar I Beverly Hills, Ca. Gjennom A360 gir jeg medlemmene mine kontekst og klarhet om hvordan konvergerende eksponentielle teknologier vil forvandle alle bransjer. Jeg er forpliktet Til å kjøre A360 i løpet av en pågående 25-årig reise som en » nedtelling til Singulariteten.»

hvis du vil lære mer og vurdere å bli med i vårt 2021-medlemskap, søk her.

(2) Abundance-Digital Online Community: jeg har også opprettet Et Digitalt/online fellesskap av dristige, overflod-tenkende entreprenører kalt Abundance-Digital. Abundance-Digital Er Singularity Universitys ‘onramp’ for eksponentielle entreprenører-de som ønsker å bli involvert og spille på et høyere nivå. Klikk her for å lære mer.

(Både A360 Og Abundance-Digital er en del Av Singularity University—din deltakelse åpner deg for et globalt samfunn.)

denne artikkelen opprinnelig dukket opp på diamandis.com. Les den opprinnelige artikkelen her.

Bilde Kreditt: Anand Kumar fra

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert.