(Примечание редактора: это отрывок из 38-й ежегодной премии Popular Science «Лучшее из нового». Обязательно прочтите полный список 50 величайших инноваций 2025 года.)
Обладатель Гран-при в области инженерии
Superwood от InventWood: прочнее стали и в 6 раз легче, доменная печь не требуется
Узнать больше
На сталь приходится примерно 8 процентов выбросов парниковых газов, но она настолько надежна, что строители не хотят обходиться без нее.
Исследователь Лянбин Ху нашел новый подход к этой проблеме благодаря счастливой случайности. Будучи молодым исследователем в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, а затем в Стэнфорде, Ху пытался выяснить, как собирать батареи из углеродных нанотрубок, но обнаружил, что конструирование на наноуровне является сложной и дорогостоящей задачей. У него было «ага!» Взглянув на древесные волокна, мы поняли, что нановолокна в клетках древесины примерно в 100 раз прочнее обычной древесины. А с точки зрения эффективного расширения и связывания углерода? Просто вырастить дерево.
Ху разработал химическую ванну для удаления лигнина, который скрепляет целлюлозу в древесине. Нагревая полученные волокна, он смог сжать древесину примерно на 80 процентов от ее первоначальной толщины, используя свои знания в наномасштабе. Он разрушил внутреннюю структуру таким образом, чтобы устранить слабые стороны и укрепить связи. (Вы можете думать об этом как об избавлении от всего пространства внутри древесного волокна.) Его процесс также затемняет древесину и делает материал прочнее стали, не говоря уже о том, что он в шесть раз легче. Результат – Супервуд.
Эксперты задаются вопросом, примет ли строительная отрасль, которая, как известно, не склонна к риску, столь радикальную замену стали, и не без причины. Если вы строите небоскреб стоимостью 2 миллиарда долларов, захотите ли вы сказать своему кредитору, что вы бросаете кости на обработанную древесину, не имеющую многолетних показателей безопасности?
Но Алекс Лау, генеральный директор InventWood, компании, которая лицензировала открытие Ху, говорит, что как только компания увеличит масштабы, он намерен продавать Superwood за половину цены стали. Но на данный момент он будет завоевывать сердца и умы в строительной отрасли, сначала ориентируясь на безопасные для древесины рынки материалов для настила и кровли, прежде чем заняться структурными элементами и зданиями, оптимизированными для Superwood. И еще есть экологические преимущества. Супервуд может быть изготовлен из самых разных пород деревьев — вы даже можете сделать материал из примерно 10–20 процентов лесной продукции, которая выбрасывается как неправильная порода, или из 40 процентов лесопильной древесины, считающейся непремиальной, которая в противном случае была бы расколота или сожжена. Лау говорит, что он может заменить половину спроса на сталь в США, или 50 миллионов тонн, всего лишь 12,5 миллионами тонн Superwood. Звучит очень много, но он отмечает, что мы каждый год выбрасываем такое количество древесных отходов на свалку, а на лесопильных заводах Юга имеется 14 миллионов тонн избыточной древесины.
Песочная батарея от Polar Night Energy: термобатарея промышленного масштаба из песка, позволяющая избежать пожаров и загрязнения горнодобывающей промышленности.
Узнать больше
Промышленные аккумуляторы обеспечивают один из способов поддержания возобновляемой энергии, когда перестает дуть ветер или перестает светить солнце. Но производство батарей из лития, кобальта или железа имеет значительный выброс парниковых газов, а также может приводят к загрязнению металлов и воды.
Финская компания Polar Night Energy решает проблему перебоев в работе, перерабатывая измельченный мыльный камень, побочный продукт местной фабрики по производству каминов, для создания крупнейшей песчаной батареи в мире. Вместо того, чтобы хранить электричество, эта тепловая батарея хранит тепло в изолированном стальном цилиндре размером примерно 43 на 49 футов. Система берет излишки электроэнергии из сети для нагрева песка. Затем трубы, встроенные в батарею, направляют холодный воздух внутрь, позволяют теплу передаваться от песка, а затем отправляют горячий воздух наружу при температуре от 140 до 752 градусов. F. Горячий воздух затем можно использовать для производства пара для промышленных процессов или для нагрева зданий или воды. В отличие от обычных батарей, эффективность которых со временем снижается, песок не разлагается, а ожидаемый срок службы батареи составляет 30 лет. И в отличие от литий-ионных аккумуляторов (или нефтеперерабатывающих заводов), песок никогда не загорится.
Хотя использование горячего песка в качестве аккумулятора является древней идеей, этот инструмент современен и соответствует промышленным требованиям, сохраняя до 100 МВтч энергии в течение нескольких месяцев. Этого достаточно для обеспечения потребности в тепле в течение месяца в небольшом родном городе Порнайнен, где находится батарея, и в течение недели ледяной финской зимой.
И это только первый проект промышленного масштаба от Polar Night Energy; компания планирует конкурировать с литий-ионными батареями для некоторых промышленных применений меньшей мощности — от 2 до 10 МВт — по всей Европе. Стоимость сохраненного киловатт-часа также ниже, хотя высокие первоначальные затраты и строители, которые не любят незнакомые технологии, являются препятствиями. Почти 40 процентов промышленных применений тепла находятся в температурном диапазоне песчаных батарей.
Willow Quantum от Google: чип, который фактически делает меньше ошибок по мере увеличения количества физических кубитов
Узнать больше
Исправление ошибок — важнейшая функция любого компьютерного чипа, а в квантовых компьютерах она еще более важна. Это потому, что незначительные сбои материала, изменения температуры и даже космические лучи может изменить способ хранения или передачи информации вычислительными объектами, известными как кубиты..
Google отметил важную веху на пути к созданию действительно практичного квантового компьютера с новым подходом к исправлению квантовых ошибок. С помощью новой машины под названием Willow компания Google создала 105-кубитную машину с беспрецедентной способностью уменьшать количество ошибок даже при увеличении количества работающих кубитов. Поскольку кубиты по своей природе подвержены ошибкам, традиционно, чем больше кубитов в чипе, тем выше вероятность сбоя. Поместив кубиты, предназначенные для хранения данных, в сетку с кубитами, исправляющими ошибки, исследовательская группа Google смогла фактически снизить количество ошибок даже при увеличении количества кубитов. Это означает, что массив 7х7 имел лучшую коррекцию ошибок, чем массив 3х3 — беспрецедентное достижение. Google сообщает, что Уиллоу за пять минут завершила числовой тест, на который обычному «классическому» суперкомпьютеру потребовалось бы 10 септиллионов лет — это больше, чем возраст Вселенной. И это указывает на силу квантового воздействия на проблемы.
Однако в квантовой стране не все так просто: исследовательские компьютеры обычно начинаются с миллиона долларов, но не могут решить никаких реальных проблем. Но они не смогут этого сделать без надежного исправления ошибок, и поэтому Willow — это значительный шаг вперед.
Отель Populus от Urban Villages/Studio Gang: эко-отель, который серьезно относится к устойчивому развитию и выглядит как осина
Узнать больше
Окна Populus вдохновлены черными «глазами» белых осин, возникающими после опадания ветвей. Populus — это больше, чем просто криволинейный визуальный праздник: затенение также помогает уменьшить количество тепла, потребляемого зданием летом.
Широкое использование древесины в строительстве снижает (но не устраняет) потребность в углеродоемком бетоне в строительстве. Строитель использовал специальный низкоуглеродистый бетон, содержащий угольные отходы, известные как летучая зола. привело к снижению выбросов углерода на 30 процентов по сравнению с обычным бетоном.. На территории есть варочный котел, который превращает пищевые отходы в компост. Кроме того, на территории нет парковки, что позволяет снизить потребность в цементе и армированной стали, а также стимулировать использование общественного транспорта и совместных поездок.
Отель спонсировал посадку 70 000 тысяч деревьев в Колорадо, чтобы компенсировать углеродный след материалов, а затем приобрел другие компенсаторы выбросов углерода. (Яотчасти потому, что большая часть саженцев деревьев погибла из-за засухи и нашествия жуков.). Они также покупают кредиты на ветроэнергетику у своей электрической компании. На онлайн-панели отеля указано, что у него есть уже секвестрировал 116 процентов углерода который был выпущен во время строительства и текущей эксплуатации.
Профессор экологических исследований Университета Колорадо Джоэл Харттер не уверен, что все утверждения оправданы. Например, он отмечает, что компенсация — это все равно, что платить кому-то за то, чтобы он ел овощи, чтобы вы могли продолжать есть фаст-фуд. В конце концов, самым экономичным решением было бы нет постройте красивое зимнее место, отапливаемое метаном, чтобы люди прилетали в гости. Но он не хочет делать лучшее врагом хорошего. Он говорит, что отель Populus помогает показать индустрии туризма, которая остро нуждается в улучшении, того, чего требует приверженность устойчивому развитию. По сравнению с типичным роскошным отелем это все равно, что смотреть на яблоки и апельсины.
Доставка Zip by Zipline: автономная дроновая система безопасно доставляет буррито к фасадам домов в Далласе.
Узнать больше
Доставка дронами в густонаселенных городских районах долгое время казалась слишком сложной и опасной, но теперь это реально, и начинает казаться, ну, нормальный. Начиная с апреля Zipline запустила услугу, в рамках которой дрон-коптер с 5 винтами забирает буррито или умные часы у таких розничных продавцов, как Chipotle или Walmart, наматывая роботизированный прямоугольный грузовой автомобиль под названием «Delivery Zip». Затем вертолет самостоятельно летит к месту расположения клиента и спускается по почтовому индексу для доставки. Звучит как научная фантастика, но особенно новая услуга нравится пожилым людям Далласа и родителям-одиночкам. (Компания сообщает, что обслуживает «десятки тысяч» клиентов DFW). По всему миру Zipline совершил более 10,85 миллиона доставок дронами, и пролетел более 120 миллионов миль без единой серьезной травмы. Такие цифры поставок оставляют позади богатых конкурентов, финансируемых Google и Amazon.
В 2016 году компания Zipline начала доставлять кровь, а затем и другие лекарства в Руанде из столицы Кигали в отдаленные сельские районы, где дороги были недоступны. Среди результатов было На 51 процент меньше смертей от послеродовых кровотечений в учреждениях, обслуживаемых Zipline. Сегодня, после расширения обслуживания в Кот-д’Ивуаре, Нигерии, Гане и Кении.а в ходе медицинских испытаний в Великобритании и США компания поставила более 25 миллионов доз вакцин. Zipline расширяет розничную торговлю и доставку продуктов питания в различные субрегионы района Даллас-Форт-Уэрт — на момент публикации их насчитывается 20, и они продолжают считаться. Платформа Zipline первого поколения использовала дрон с неподвижным крылом, который сбрасывал медикаменты на парашюте; команда изобрела платформу P2 второго поколения с Delivery Zip, учитывая более точные требования к посадке в многолюдном городе.
Путеводитель по подаркам PopSci на 2025 год
2026-01-01 13:50:00
1767280628
#выдающихся #инженерных #новинок #года
Ещё по этой теме
