3 główne Przełomy w dziedzinie Materiałoznawstwa-i dlaczego mają znaczenie dla przyszłości

niewielu dostrzega ogromne implikacje nauki o materiałach.

zbudowanie dzisiejszego smartfona w latach 80. kosztowałoby około 110 milionów dolarów, wymagałoby prawie 200 kilowatów energii (w porównaniu do 2KW rocznie dzisiaj), a urządzenie miałoby 14 metrów wysokości, zgodnie z zastosowanymi materiałami CTO Omkaram Nalamasu.

to potęga materiałów. Materiałoznawstwo zdemokratyzowało smartfony, wprowadzając tę technologię do kieszeni ponad 3,5 miliarda ludzi. Ale daleko poza urządzeniami i obwodami, materiałoznawstwo stoi w centrum niezliczonych przełomów w energetyce, przyszłych miastach, Tranzycie i medycynie. W czołówce badań nad Covid-19 naukowcy zajmujący się materiałami posuwają się naprzód w zakresie badań nad biomateriałami, nanotechnologią i innymi materiałami, aby przyspieszyć rozwiązanie.

jak sama nazwa wskazuje, materiałoznawstwo jest gałęzią poświęconą odkrywaniu i opracowywaniu nowych materiałów. Jest to przerost zarówno fizyki, jak i chemii, wykorzystujący układ okresowy jako swój sklep spożywczy, a prawa fizyki jako książkę kucharską.

a dzisiaj jesteśmy w środku rewolucji materiałoznawstwa. W tym artykule rozpakujemy najważniejsze materiały.

zanurkujmy.

Materials Genome Initiative

w czerwcu 2011 r.na Uniwersytecie Carnegie Mellon prezydent Obama ogłosił Materials Genome Initiative, Ogólnopolski wysiłek w celu wykorzystania metod open source i sztucznej inteligencji w celu podwojenia tempa innowacji w materiałoznawstwie. Obama uważał, że przyspieszenie to ma kluczowe znaczenie dla globalnej konkurencyjności USA i jest kluczem do rozwiązania istotnych wyzwań w zakresie czystej energii, bezpieczeństwa narodowego i dobrobytu ludzi. I zadziałało.

wykorzystując sztuczną inteligencję do mapowania setek milionów różnych możliwych kombinacji pierwiastków-wodoru, boru, litu, węgla itp.- inicjatywa stworzyła ogromną bazę danych, która pozwala naukowcom grać rodzaj improwizacji z układem okresowym.

ta nowa mapa świata fizycznego pozwala naukowcom łączyć elementy szybciej niż kiedykolwiek wcześniej i pomaga im tworzyć wszelkiego rodzaju nowe elementy. A szereg nowych narzędzi produkcyjnych dodatkowo wzmacnia ten proces, pozwalając nam pracować w zupełnie nowych skalach i rozmiarach, w tym w skali atomowej, gdzie teraz budujemy materiały jeden atom na raz.

największe Przełomy w dziedzinie Materiałoznawstwa

narzędzia te pomogły stworzyć metamateriały stosowane w kompozytach z włókna węglowego do lżejszych pojazdów, zaawansowane stopy do trwalszych silników odrzutowych i biomateriały zastępujące ludzkie stawy. Widzimy także przełomowe odkrycia w dziedzinie magazynowania energii i obliczeń kwantowych. W robotyce nowe materiały pomagają nam tworzyć sztuczne mięśnie potrzebne humanoidalnym, miękkim robotom-pomyśl Westworld w swoim świecie—

rozpakujmy niektóre z wiodących przełomów w dziedzinie materiałoznawstwa w ostatniej dekadzie.

(1) baterie litowo-jonowe

bateria litowo-jonowa, która dziś zasila wszystko, od naszych smartfonów po nasze autonomiczne samochody, została po raz pierwszy zaproponowana w latach 70. XX wieku.nie mogła wejść na rynek aż do lat 90. i nie zaczęła osiągać dojrzałości aż do ostatnich kilku lat.

technologia wykładnicza, te baterie spadają w cenie od trzech dekad, spadając o 90 procent między 1990 a 2010, a od tego czasu o 80 procent. Jednocześnie odnotowali jedenastokrotny wzrost wydajności.

ale wyprodukowanie ich wystarczającej ilości, aby zaspokoić popyt, jest ciągłym problemem. Tesla podjęła wyzwanie: jeden z Gigafactories firmy w Nevadzie produkuje 20 gigawatów energii rocznie, co oznacza, że po raz pierwszy widzieliśmy akumulatory litowo-jonowe produkowane na dużą skalę.

Musk przewiduje, że 100 Gigafabryk może pomieścić zapotrzebowanie energetyczne całego globu. Inne firmy szybko wdrażają również tę technologię: Renault buduje domowy magazyn energii w oparciu o swoje akumulatory Zoe, pakiety akumulatorów BMW 500 i3 są integrowane z brytyjską krajową siecią energetyczną, A Toyota, Nissan i Audi ogłosiły projekty pilotażowe.

baterie litowo-jonowe będą nadal odgrywać główną rolę w magazynowaniu energii odnawialnej, pomagając obniżyć ceny energii słonecznej i wiatrowej, aby konkurować z cenami węgla i benzyny.

(2) Grafen

pochodzący z tego samego grafitu znalezionego w codziennych ołówkach, grafen jest arkuszem węgla o grubości zaledwie jednego atomu. Jest prawie nieważka, ale 200 razy mocniejsza od stali. Przewodząc elektryczność i rozpraszając ciepło szybciej niż jakakolwiek inna znana substancja, ten super-materiał ma transformacyjne zastosowania.

Grafen umożliwia czujniki, wysokowydajne Tranzystory, a nawet żel, który pomaga neuronom komunikować się w rdzeniu kręgowym. Wiele elastycznych ekranów urządzeń, systemów dostarczania leków, drukarek 3D, paneli słonecznych i tkanin ochronnych wykorzystuje grafen.

wraz ze spadkiem kosztów produkcji materiał ten ma moc przyspieszania postępu wszelkiego rodzaju.

(3) perowskit

obecnie „sprawność konwersji” przeciętnego panelu słonecznego—miara ilości przechwyconego światła słonecznego może zostać zamieniona na energię elektryczną—wynosi około 16 procent, co kosztuje około 3 USD za wat.

perowskit, światłoczuły kryształ i jeden z naszych nowszych nowych materiałów, ma potencjał, aby uzyskać to do 66 procent, co podwoiłoby to, co mogą zebrać panele silikonowe.

składniki perowskitu są szeroko dostępne i niedrogie w łączeniu. Do czego te wszystkie czynniki się sumują? Przystępna cenowo energia słoneczna dla każdego.

materiały Nano-Świata

nanotechnologia jest zewnętrzną krawędzią nauki o materiałach, punktem, w którym manipulacja materią staje się nano-mała—to milion razy mniejsza niż mrówka, 8000 razy mniejsza niż krwinka czerwona i 2,5 razy mniejsza niż nić DNA.

nanoboty to maszyny, które można skierować do produkcji większej ilości samych siebie lub więcej czegokolwiek innego. A ponieważ dzieje się to w skali atomowej, te nanoboty mogą rozdzielić każdy rodzaj materiału-glebę, wodę, powietrze-atom po atomie i użyć tych surowców do skonstruowania prawie wszystkiego.

postęp był zaskakująco szybki w nano-świecie, z mnóstwem nano-produktów dostępnych obecnie na rynku. Nigdy więcej nie chcesz składać ubrań? Nanoskalowe dodatki do tkanin pomagają im zapobiegać marszczeniu i barwieniu. Nie robić okien? Żaden problem! Nano-folie sprawiają, że okna są samoczyszczące, antyrefleksyjne i zdolne do przewodzenia energii elektrycznej. Chcesz dodać energię słoneczną do swojego domu? Mamy nano-powłoki, które wychwytują energię słońca.

nanomateriały produkują lżejsze samochody, samoloty, kije baseballowe, kaski, rowery, bagaże, elektronarzędzia—lista jest długa. Naukowcy z Harvardu zbudowali nanoskalową drukarkę 3D zdolną do wytwarzania miniaturowych baterii o szerokości mniejszej niż jeden milimetr. A jeśli nie lubisz tych nieporęcznych gogli VR, naukowcy używają nanotech do tworzenia inteligentnych soczewek kontaktowych o rozdzielczości sześć razy większej niż dzisiejsze smartfony.

i jeszcze więcej nadchodzi. Obecnie w medycynie nanoboty dostarczające leki okazują się szczególnie przydatne w walce z rakiem. Komputery to dziwniejsza historia, jako bioinżynier na Harvardzie przechowywał ostatnio 700 terabajtów danych w jednym gramie DNA.

w dziedzinie ochrony środowiska naukowcy mogą pobierać dwutlenek węgla z atmosfery i przekształcać go w super mocne nanowłókna węglowe do stosowania w produkcji. Jeśli uda nam się to zrobić na skalę—zasilaną energią słoneczną—system o 1/10 wielkości Sahary mógłby zredukować CO2 w atmosferze do poziomu sprzed epoki przemysłowej w ciągu około dekady.

wnioski są nieograniczone. I to szybko. W ciągu następnej dekady wpływ bardzo, bardzo małych będzie bardzo, bardzo duży.

myśli końcowe

z pomocą sztucznej inteligencji i obliczeń kwantowych w ciągu następnej dekady odkrycie nowych materiałów przyspieszy wykładniczo.

i dzięki tym nowym odkryciom spersonalizowane materiały staną się powszechne. Przyszłe implanty kolanowe będą spersonalizowane tak, aby dokładnie zaspokoić potrzeby każdego ciała, zarówno pod względem struktury, jak i składu.

choć niewidoczne gołym okiem, materiały nanoskalowe zintegrują się z naszym codziennym życiem, płynnie poprawiając medycynę, energię, smartfony i wiele innych.

ostatecznie droga do demonetyzacji i demokratyzacji zaawansowanych technologii zaczyna się od przeprojektowania materiałów-niewidzialnego aktywatora i katalizatora. Nasza przyszłość zależy od materiałów, które tworzymy.

(Uwaga: Ten artykuł jest fragmentem przyszłości jest szybsza niż myślisz-moja nowa książka, właśnie wydana 28 stycznia! Aby otrzymać własną kopię, kliknij tutaj!)

Dołącz do mnie

(1) A360 Executive Mastermind: jeśli jesteś przedsiębiorcą o wykładniczym i obfitości, który chciałby coachingu bezpośrednio ode mnie, rozważ dołączenie do mojego Abundance 360 Mastermind, wysoce selektywnej społeczności 360 prezesów i przedsiębiorców, których coachuję przez 3 dni każdego stycznia w Beverly Hills, Ca. Dzięki A360 zapewniam moim członkom kontekst i jasność na temat tego, jak zbieżne technologie wykładnicze zmienią każdą branżę. Zobowiązuję się do uruchomienia A360 w trakcie trwającej 25-letniej podróży jako ” countdown to the Singularity.”

jeśli chcesz dowiedzieć się więcej i rozważyć dołączenie do naszego członkostwa 2021, zgłoś się tutaj.

(2) Abundance-Cyfrowa społeczność Online: stworzyłem również cyfrową/internetową społeczność odważnych, myślących o obfitości przedsiębiorców o nazwie Abundance-Digital. Abundance-Digital to „onramp” Uniwersytetu Singularity dla przedsiębiorców wykładniczych-tych, którzy chcą zaangażować się i grać na wyższym poziomie. Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej.

( zarówno A360, jak i Abundance-Digital są częścią Singularity University—Twój udział otwiera Cię na globalną społeczność.

ten artykuł pierwotnie ukazał się na diamandis.com. przeczytaj oryginalny artykuł tutaj.

Zdjęcie: Anand Kumar z

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.