Пятница будущего. Итоги года
Приветствую! 2022 год выдался непростым во многих смыслах, однако были в нем и светлые стороны. Например, мы запустили новую рубрику «Пятница будущего». И вот уже полгода каждую неделю публикуем наиболее интересные достижения и открытия со всего мира. Наверное, не совсем правильно говорить о том, что в этом выпуске будут итоги всего года, но лиха беда начало, так что давайте вспомним наиболее примечательные события. И обойдемся без негатива, потому что он-то как раз преходящий: США наложили новые санкции на КНР и РФ, а потом появились исключения и достижения, аннулирующие их. Microsoft запретила россиянам обновлять Windows, а теперь убрала это ограничение. Так что в целом мир меняется к лучшему.
На самом деле, даже по итогам полугодия отобрать топ-10 самых интересных или значимых событий оказалось не так просто. Пришлось даже добавить специальный бонус, а что больше всего запомнилось вам — давайте узнаем в следующем году по итогам голосования.
Table of Contents
В США получили прирост энергии при термоядерном синтезе
Начнем, пожалуй, с самого серьезного научного-технического достижения даже не года, а последних десятилетий. Министерство энергетики США сообщило о том, что ученым из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии впервые в истории науки удалось добиться прироста энергии в ходе реакции термоядерного синтеза. При этом особенно замечательным оказалось то, что многие годы считавшиеся наиболее перспективными установки токамак так и остались перспективными, а прорыв удалось совершить исследователям, работающим на экспериментальном лазерном реакторе NIF. Этот проект не выглядел самым многообещающим и, по некоторым слухам, находился на грани закрытия. Однако «5 декабря команда NIF провела первый в истории контролируемый эксперимент по термоядерному синтезу, достигнув энергетической безубыточности, это означает, что в результате синтеза было получено больше энергии, чем потребовалось от лазера для его начала», — указывается в сообщении Минэнергии США (цит. по сообщению ТАСС). На разогрев плазмы было потрачено 2,05 МДж энергии, а в результате реакции синтеза было получено 3,15 МДж. Несмотря на то, что теперь мы знаем, что реакция управляемого термоядерного синтеза возможна не только теоретически, но и практически, говорить о скором переходе на новый источник энергии не приходится. Более того, несмотря на большой научный прорыв, Минэнерго США вообще ничего не говорит о практическом применении. Так что звездолеты с термоядерными реакторами пока остаются на страницах научной фантастики, а не научной литературы. А жаль.
Google переизобретает интернет-поиск
Если вы устали от того, что в поисковой выдаче Google присутствует все что угодно, только не то, что вы искали, или за мусором из рекламы и кликбейта не можете найти необходимое, то вы не одиноки. В Google тоже устали от того, во что превратилась их поисковая система. И скоро грядет «Гугл. Перезагрузка». Ну или что-то вроде. На конференции Search On вице-президент компании, курирующий поисковое направление, Прабхакар Рагхаван (Prabhakar Raghavan) заявил о том, что исследуется вопрос полного изменения поисковой системы, имя которой стало нарицательным. Вопрос только в том, станет ли это шагом в сторону улучшения. Потому как было озвучено предположение о необходимости отойти от классической схемы, в которой для получения максимально точного ответа на запрос требовалась максимально точная формулировка искомого. Теперь в Google видят своей целью охватить молодое поколение, которое ищет информацию в TikTok и Instagram*, а также с трудом формулирует точные запросы. Поэтому нас ждут расширенные возможности поиска по голосовым запросам или изображениям, а также новые способы отображения информации вместо прежней ленты со ссылками. Заявлено, что поиск превратится в систему анализа информации и «инструмент по поиску того, на что прямого ответа нет». Как это будет работать, можно представить лишь на основе нескольких уже показанных новых функций. Среди них выделяются Multisearch, где можно комбинировать запрос из графического и текстового исходников, а также система всплывающих подсказок, которая позволяет уточнить область поиска, не конкретизируя его предмет. Выдача будет дополнена мозаичным показом изображений и информационными виджетами. Пока эти вопросы еще исследуются Google, но само решение о глобальном перезапуске интернет-поисковика уже принято.
Носимые устройства будут заряжаться от людей
Одной из ключевых и пока трудно решаемых проблем носимой электроники является необходимость обеспечения ее высокой автономности. В более чем компактное устройство с весьма высокой вычислительной нагрузкой требуется интегрировать источник питания, который бы обеспечивал как минимум несколько дней полноценной работы. При всех успехах в миниатюризации литиевых аккумуляторов и оптимизации энергопотребления этот путь не выглядит перспективным. А вот возможность запитать откуда-нибудь извне — очень даже. С этой мыслью исследователи из Университета штата Вашингтон в Сиэтле (США) и создали гибкое носимое термоэлектрическое устройство, которое преобразует тепло тела в электричество. С таким источником питания сам обладатель умных часов или фитнес-браслета становится источником энергии для своего гаджета.
Устройство представляет собой многослойный 3D-композит с заданными функциональными и структурными свойствами. Ключевой особенностью стало использование присадочного материала с жидкими металлическими сплавами, который устранял проблему невозможности растяжения и неэффективной теплопередачи. Для улучшения теплопередачи в устройство внедрили полые микросферы, которые направляют тепло на полупроводники в слое ядра. Новинку протестировали на 15 тысяч растяжений с 30% деформацией. В перспективе это означает, что источник питания можно будет закреплять не на теле, а, например, на одежде, что существенно расширяет возможную сферу применения.
Зарядить за 600 секунд
Одной из трудно решаемых для любого владельца электромобиля задач пока что является его зарядка. Если у вас нет возможности зарядить аккумулятор за ночь так, чтобы вам хватило пробега на весь следующий день, то вы неизбежно столкнетесь с тем, что пополнение заряда займет от получаса и дольше. То есть никакого сравнения с классическими ДВС, топливный бак которых пополняется буквально за считанные минуты. И бесконечное умножение зарядных станций эту проблему решить не сможет, если на пополнение емкости одной батареи будет уходить по полтора часа. Ускорить заряд при этом совсем непросто: даже если вы увеличите зарядный ток на порядок, ионы начнут двигаться от катода к аноду настолько быстро, что аккумулятор выйдет из строя почти моментально. В долгосрочной перспективе мощная зарядка также не улучшает состояние литий-ионного аккумулятора, а именно он составляет большую часть стоимости электромобиля, и от его емкости зависит запас хода. Выход — создание интеллектуальных зарядок. В Национальной лаборатории Айдахо разработали ИИ, который позволит ускорить заряд литиевых батарей без негативного эффекта. Алгоритм на основе машинного обучения анализирует состояние аккумулятора, износ, конструкцию и определяет максимально возможный уровень тока, который можно передать в данную единицу времени. Таким образом удается кратно повысить мощность тока без плакирования лития или возникновения трещин на катоде. Заявляется, что за 10 минут такой зарядки аккумулятор электромобиля может получить до 90% максимальной емкости. Впрочем, останавливаться на достигнутом в Национальной лаборатории Айдахо не планируют. В пару к умной зарядке они разрабатывают и умный аккумулятор, который будет оптимизирован для сверхскоростного заряда.
Литография переходит на пикометры
Компания Zyvex Labs представила литографическую установку , которая позволяет создавать процессоры по технологии 0,7 нанометра. Да, в то время, когда коммерческие процессоры только подбираются к 1 нанометру, для квантовых компьютеров и военных систем связи уже будут доступны решения, которые измеряются пикометрами. Установка ZyvexLitho1 предназначена для электронной литографии с разрешением до 768 пикометров. Т.е. это на уровне пары атомов кремния. Установка базируется на технологии сканируемой туннельной микроскопии (STM) и предназначена для производства квантовых процессоров. В полный комплект оборудования для литографии от Zyvex Labs входит 20-битная цифровая система ZyVector для управления процессами с низким электронным шумом и низкой задержкой для создания атомарно-точных шаблонов, а также сверхвысоковакуумный сканер STM ScientaOmicron, настроенный для изготовления квантовых устройств. Компания заявляет, что ее комплект оборудования STM обладает уникальной для коммерческого рынка автоматизацией и набором возможностей, а на поставку заказанного ей потребуется всего шесть месяцев с момента заказа. Впрочем, далеко не факт, что основными заказчиками оборудования будут коммерческие компании с учетом того, что в числе «помощников» в разработке Zyvex Labs указали DARPA и Управление исследований Армии США.
Философский камень оказался водой
А теперь поговорим о философских вопросах, которые издавна мучили человечество. На протяжении многих веков алхимики искали способ, который бы позволил им получать золото из какого-нибудь другого материала. Однако к XXI веку наши представления о физике и химии ушли далеко от этих наивных предположений, хотя и стоят на них. И некоторым до сих пор интересно, можно ли получить одно вещество из другого. Теперь ученым известно, что при огромном давлении в 15 млн атмосфер, что встречается в недрах планет-гигантов, чистая вода может приобретать свойства металла, например, электропроводность. А вот Павел Юнгвирт из Чешской академии наук в Праге и его коллеги смогли превратить воду в металл при обычном давлении. Для этого они заставили чистую воду заимствовать электроны щелочных металлов. Сложностью на этом пути является то, что воду и щелочные металлы смешать нельзя, при соединении происходит бурная экзотермическая реакция. Однако ученым удалось собрать установку, в которой они смогли сформировать в вакуумной камере капли смеси натрия и калия, которые затем подвергли воздействию водяного пара. В результате вода образовала слой в 1/10 микрона, а затем электроны металлов перешли в воду, сделав ее на несколько секунд металлической. Бонусом стало подтверждение предположения, что металлическая вода должна быть золотистой и блестящей, так что в определенном смысле золото из воды все же было получено. Можно ли считать установку, собранную в Чешской академии наук, «философским камнем», исследователи не уточняли.
Объективной реальности не существует
Пока в Чехии искали философский камень, бразильские ученые ответили на вопрос «существует ли объективная реальность». В Федеральном университете ABC (UFABC) в Сан-Паулу группа исследователей проверила «принцип дополнительности», предложенный в 1928 году Нильсом Бором. Согласно этому принципу, одинаковые объекты обладают взаимодополняющими свойствами, которые невозможно наблюдать и измерить одновременно. Так, в эксперименте с двумя электронами можно определить положение в пространстве только одного из них. Это предположение было подтверждено в 1978 году Джоном Уилером, который повторил эксперимент Томаса Янга 1801 года по изучению свойств света с помощью двойной щели. Только в отличие от исследователя XIX века, он исследовал прибор, работавший в двух режимах измерения — волн и частиц. Однако позднее при применении принципа квантовой суперпозиции к экспериментам с частицами были получены данные, которые, казалось, опровергают «принцип дополненности» Бора.
В университете UFABC ученые использовали методы ядерного магнитного резонанса, аналогичные тем, которые применяются в медицинской визуализации при манипулировании ядерными спинами различных атомов в молекуле с помощью электромагнитного излучения. В специальной установке создали новое интерференционное устройство для ядерного спина протона, чтобы исследовать его волновую и частичную реальность в квантовой области. По словам ученых, новые опыты дали ту же статистическую картину, что и предыдущие, но при этом подтвердили «принцип дополненности» Бора. Частицы материи в определенных условиях вели себя как волна, что подтверждает принцип, что реальность зависит от наблюдателя, а не существует объективно. Квантовые системы получают свою собственную реальность только после того, как создается экспериментальная модель, т.е. ученые начинают работать с ними.
Мертвого паука превратили в робота
Местами будущее, которое уже наступило, напоминает ненаучную фантастику из ужастиков с телеканала ТВ-3. Например, Дэниел Престон (Daniel Preston) совместно с коллегами из Университета Райса (Хьюстон, США) создали новый вид техники, который назвали «некробототехникой». Да-да, можно сказать, что они предложили заниматься прикладной некромантией, только без магии и человеческих жертв. Жертвами во имя науки стали пауки-волки (Lycosidae), которых умерщвляли специальным образом, а затем превращали в пневмозахват. Членистоногих усыпляли с помощью охлаждения, после чего в тело вводили иглу, которая соединялась с пневматической системой. При жизни данный вид членистоногих управляет своими конечностями с помощью гидравлики, а после смерти лапки паука сжимаются. Таким образом, исследователям удалось создать пневмозахват: при повышении давления лапки разжимались, а при понижении сжимались. В результате удавалось поднимать предметы, вес которых в 1,3 раза превышал собственную массу паука. Система выдержала 1000 циклов, хотя использование мертвого организма и имело некоторые негативные последствия. Что же касается практического применения таких некроботов, то оно представляется исследователям в виде помощи при сборе мелких и хрупких объектов, а также захватов в природе мелких биологических существ с использованием естественной маскировки. Например, мух. О том, как и для чего в Университете Райса планируют использовать мертвых мух, пока ничего не сообщается.
ВВС НОАК придумали, как управлять техникой силой мысли
Если в США уже по полной развлекаются с прикладной некромантией, то в Китае творится полное аниме. В Инженерном институте Военно-воздушных сил Народно-освободительной армии Китая как-то посмотрели мультики из соседней враждебной страны про самолеты и огромных боевых роботов, управляемых силой мысли пилота, и пришли в восторг. Однако поскольку просто показать мультики руководству — это не научный метод, пришлось заняться исследованием на тему того, как же все-таки мысль превратить в понятный компьютеру импульс. Идею позаимствовали также из научной фантастики, но впервые смогли довести ее до практической реализации. У исследователей уже был готовый пример программируемого материала, который мог генерировать электромагнитные волны и выполнять манипуляции с ними. Новинкой стало создание метаповерхности, которая одновременно была способна воспринимать естественную активность головного мозга и переводить ее в радиосигнал, который затем мог транслироваться и программно переводиться в команды по управлению компьютерной системой. На данный момент технология отнюдь не готова к применению, но уже демонстрирует потенциальную возможность выполнения таким образом нескольких простых команд, которые даже на нынешнем этапе были бы способны заменить манипуляторы там, где важна скорость реакции.
Китайцы создали ховерборд на реактивной тяге и с ИИ
«Технологии» из фильма «Назад в будущее» никак не дают покоя некоторым изобретателям, включая вполне серьезных инженеров и ученых. Именно такие специалисты из Пекинского института энергетического машиностроения представили очередной летающий скейтборд на зависть Марти Макфлаю. Прототип ховерборда SF-FB-30 получил систему управления на основе искусственного интеллекта, которая должна решить вопрос с тем, что управлять подобным транспортным средством не так-то и просто. Сходство с роликовой доской заканчивается в тот момент, когда вы оказываетесь в воздухе. В воздух, кстати, китайский прототип поднимают сразу четыре компактных реактивных двигателя, которые способны разогнать ховерборд до 150 км/ч и обеспечить сохранение подъемной силы при весе наездника до 100 кг. Из недостатков — свойственная реактивным двигателям прожорливость. Запаса топлива хватает всего на 10 минут. Так что с радиусом полета у SF-FB-30 не очень: 3 км при средней скорости 60 км/ч. Впрочем, разработчики обещают эти показатели постепенно улучшить. В конце концов, это прототип, который пока доверяют исключительно искусственному интеллекту и манекенам, пилотируемые полеты запланированы на 2023 год.
Унитаз с голосовым помощником
И, наконец, бонус, без которого список технических достижений, которые можно попробовать здесь и сейчас, был бы неполным. В США стартовали продажи унитаза со встроенным голосовым помощником. Если честно, то я затрудняюсь представить того, кому может понадобиться не просто унитаз, а унитаз с Alexa и встроенными динамиками. Да еще и с микрофоном, который может привести к тому, что сливной бачок при неудачном стечении обстоятельств натурально сольет вашу конфиденциальную информацию. Если агенты КГБ, которые подслушивали за неблагонадежными гражданами в туалетах, — это элемент городского фольклора, то Kohler Numi 2.0 — это реальный продукт, который можно приобрести за 11,5 тысяч долларов. Помимо голосового помощника Amazon, динамиков и микрофонов, устройство имеет неоновую подсветку, подогрев ободка, биде, сушку, автоматическую крышку и слив. Также производитель рекомендует избегать самостоятельного монтажа, поскольку нужно учитывать акустические характеристики вашего туалета, иначе натурально может выйти разговор с дерьмодемоном.
Не нашли своего варианта? Пишите в комментариях, чем в научно-технической сфере запомнился 2022 год лично вам.
*Компания Meta Platforms, в которую входят социальные сети Facebook и Instagram, признана экстремистской организацией и запрещена в РФ.