U današnje vreme, raste naša potreba za novim tehnologijama koje čine život boljim, lakšim i efikasnijim. Inovativni načini proizvodnje i očuvanja energije mogu nam pomoći da se suočimo sa globalnim zagrevanjem i drugim problemima životne sredine. Integracija biologije i elektronike za bržu i naprednu zdravstvenu zaštitu nikada nije bila tako dobrodošla kao u ovom trenutku. Brojni naučnici širom sveta otkrivaju i razvijaju materijale koji su jači, lakši, dugotrajniji ali i neophodni za iole ozbiljnija kosmička putovanja ali i za druge raznovrsne primene ovde na Zemlji. Mnogi od ovih tehnoloških proboja mogu delovati nestvarno, kao da su iz naučne fantastike. Pisac ovih redaka, filmski i televizijski kompozitor Marjan Max Marić je na portalu Quora pisao o nekim tehnologijama za koje većina ljudi ne zna da postoje u stvarnom životu – mada su već i fizički prisutne.

1. Li-Fi ili Fideliti Lajt (visokokvalitetno osvetljenje)

Brzi bežični sistem komunikacije koji koristi LED sijalice za domaćinstvo omogućava prenos podataka 100 puta brži od današnjih WiFi brzina, i dostiže do 224 gigabita u sekundi.

Termin „laj-faj“ (Li-Fi) skovao je Harald Haas, predavač i šef katedre za mobilne komunikacije na Univerzitetu u Edinburgu, inače koosnivač pureLiFI, koji opisuje svoju ideju “svetlosnih bežičnih podataka”. Li -Fi funkcioniše tako što uključuje i isključuje LED osvetljenje veoma visokim brzinama čime se ujedno prenose i podaci – prebrzo da bi ljudsko oko moglo da te promene primeti. Prednost korišćenja vidljivog svetla nad radio-frekvencijom koju koristi sadašnja WiFi tehnologija je u tome što je njen spektar 10.000 puta veći, a očekuje se da bude čak deset puta jeftiniji. Istraživači su dosad uspeli da prenesu podatke brzinom od 224 Gbit/ s, što je znatno više od najbržih širokopojasnih mreža u 2013. godini. S obzirom da svetlosni talasi ne mogu prodreti kroz zidove, veruje se da je Li-Fi bolja odbrana od hakera nego WiFi. Li-Fi, takođe, ne zahteva direktnu liniju vidljivosti, dok se svetlom reflektovanim od zidova mogu postići brzine od 70 Mb/s.

2. Elektronska koža ili e-koža

Organsko strujno kolo je 10 puta tanje od ćelije ljudske kože, lakše od pera i može se može naneti na kožu „elektronskom tetovažom“.

Elektronska koža je osetljiva na temperaturu i pritisak; u pitanju je tanak, elektronski materijal koji imitira ljudsku kožu. Baš kao i prava judska koža, ona se može rastegnuti a takođe se može i – lečiti. Koristi elastične solarne ćelije koje je februara 2011. razvio tim sa Stenforda za moć sa mikrokontrolom sličnom rebrastoj, elastičnoj strukturi harmonike koja omogućava da se ova „koža“ 30% rasteže bez ikakvih oštećenja. Elektronska koža sadrži i biološke i hemijske senzore zajedno sa senzorima pritiska. Prihvata se na kožu usled fizičkog zakona poznatog kao Van der Vaalsova sila, koja se zasniva na prirodnoj privlačnosti između molekula, a ne nekih „lepkova“.

E-koža je napravljena ugrađivanjem senzora na tanki film, a zatim se na taj fila nanosi podloga od poliestera, baš kao i ona koji se sada koristi u  izradi privremenih tetovaža. U julu 2013. godine je još jedan tim, sa kalifornijskog univerziteta Berkliju uspeo da napraviti e-kožu koja će se „pokrenuti“ tj reagovati kad se dodirne, i koja postaje svetlija kako se pritisak na nju povećava. Među potencijalne interesantne primene e-kože spada njena sposobnost da prati vitane funkcije onog na koga je implantirana, kada je u stanju da prati vitalne funkcije pacijenta. Druga primena je u robotici, gde će ovakva koža moći da identifikuje bolest ili intoksikaciju pacijenta, kao i video koji se može uključiti na zadnjoj strani ruke.

3. Transparentni aluminijumski oklop

Keramičko jedinjenje na bazi aluminijuma, kiseonika i azota, poznatijeg kao aluminijum-oksinitrid (AlON) je optički providan i četiri puta teži od silikata stakla. Debljine od samo 1,6 inča, AlON oklop može da zaustavi rafal iz mašinskog BMG oružje sa briketom zrna kalibra .50 koji može da probije stakleni laminat debljine 9.4 centimetra.

ALON (ili AlON) je najteža transparentna keramika koja je danas komercijalno dostupna. Ovo je oksid magnezijuma i aluminijuma čiji je najzastupljeniji mineral spinel (od latinske reči “spina”, što znači strela). Kockasto-streličasta hemijska struktura magnezijum-aluminata (MgAl2O4) je sjajna za izradu prozorskih okana, ploča, kupola, šipki, cevi kao i za mnoge druge forme. AlON je optički transparentan, i to više od 80%, tako da se u ovoj strukturi minerala može uočiti svetlost bliska ultra-ljubičastom frekventnom opsegu, kao i infracrvena svetlosta na srednjim frekvencijama elektromagnetnog spektra. Takođe je četiri puta teže od klasično slepljenog silikatnog stakla a poseduje 85% čvrstine safira. Spina, takođe, može izdržati temperaturu do 2.100 stepeni Celzijusa. Ovo je lagan, tvrd i transparentan materijal koji AlON čini odličnim kandidatom za zaštitu od bojevog zrna, za koji je dokazano da je u stanju da zaustavi rafal projektila kalibra .50. Spina takođe nosi nadimak “prozirni aluminijum”, po fiktivnom materijalu koji se pominje u čuvenoj naučno-fantastičnoj seriji „Zvezdane staze“.

4. Kontaktna sočiva promenljive boje za nadgledanje nivoa šećera

Nano-čestice ugrađene u hidrogelna sočiva reaguju sa molekulima glukoze prisutne u suzama, što uzrokuje promenu boje, i tako upozorava nosioca o povećanju ili padu nivoa šećera u krvi.

Jedna od najvažnijih stvari koje svaki dijabetičar mora da čini jeste da stalno prati nivo šećera u krvi kako bi bile izbegnute komplikacije koje idu sa dijabetesom. Pa ipak, danas, svaki put kada se testira nivo šećera, sledi neizbežni ubod iglom i kapljica krvi. Kontaktna sočiva čiju boju menja nivo glukoze u suznoj tečnosti oka osmišljena je od strane profesora Đin Žanga (Jin Zhang) sa Univerziteta u Zapadnom Ontariju. Ova invencija bi mogla da obesmisli svakodnevno uzimanje krvi ubodom igle. Kad god se dešava promena – povećanje ili smanjenje nivoa šećera u krvi – suze i urin takođe beleže ovu promenu. Sočiva reaguju na glukozu prisutnu u suzama i, shodno tome, menjaju boju. Smatra se da novi nano-kompoziti korišćeni u ovim sočivima mogu naći široki spektar primene kao što je čuvanje hrane ili pakovanje biorazgradive hrane (taj materijal, dakle, indikuje razlaganje šećera).

5. Bežična prenosiva energija

Japanski istraživači uspeli su da prenesu energiju pomoću mikrotalasa: distribuirali su 1,8 kilovata električne energije kroz vazduh sa velikom preciznošću, do prijemnika udaljenog 55 metara od emitera.

Jedan od najvažnijih istraživačkih projekata u Japanskoj agenciji za istraživanje zračenja (JAXA) su solarni energetski sateliti (solar power satellites, SPS) koji mogu iskoristiti solarnu energiju za korišćenje na Zemlji. Energija bi tada bila preneta na Zemlju pomoću lasera ​​ili mikrotalasa. Međutim, laseri se smatraju nepraktičnim jer ne rade kroz oblake. Nedavno je JAXA uspela da isporuči 1,8 kilovata energije anteni poznatoj kao „rektena“ (rectenna) udaljenoj 55 metara, uz pomoć pažljivo usmerenih mikrotalasa.

Pretvaranje solarne energije u DC, zatim u mikrotalase i ponovo u DC, da bi na kraju bila kovertovana u AC je 80% efikasan sistem, bez obzira na gubitak jednog dela energije tokom prenosa. Agencija planira raspoređivanje geosinhronog solarnog kolektora težine 10.000 metričkih tona koji bi bio stacioniran na oko 36.000 kilometara od Zemlje. Iz projekta JAXA se nadaju da će do 2031. godine prerasti u komercijalnu pilot-stanicu snage jednog gigavata.

6. Transparentni solarni paneli

Ovi solarni paneli omogućavaju prolazak vidljivog svetla a da se iz njega iskoristi ultraljubičasti i infracrveni spektar, koji su važni za proizvodnju energije.

Transparentni luminescentni solarni koncentratori (TLSC) ili, kraće i prostije rečeno, prozirni solarni paneli, nastali su na državnom univerzitetu Mičigen i napravljeni su od organskih soli koje apsorbuju specifične oku nevidljive talasne dužine. Solarne ćelije uobičajeno rade tako što apsorbuju svetlost koja stvara jednu vrstu senke, jer ona ne dozvoljava da svetlost prođe. TLSC je, međutim, ovom problemu pristupio tako što uzima ultra-ljubičasto i infracrveno svetlo i “luminiscira” ih kao drugu talasnu dužinu infracrvene svetlosti. Ovo novo infracrveno svetlo se vodi i prikuplja na ivicama panele tj ploča, gde su prisutne tanke trake konvencionalnih solarnih foto-naponskih ćelija. Trenutni prototip ima efikasnost od oko 1%, iako naučnici veruju da bi uskoro trebalo da dostignu iskorišćenost tj efikasnost od 10% i više.

7. Femto-Fotografija

Istraživači sa bostonskog univerziteta MIT stvorili su novi sistem za snimanje koji vizuelne podatke može da pridobija brzinom od jednog triliona ekspozicija u sekundi – ovo je dovoljno brzo da se „uhvati“ svetlost koja putuje duž litarske boce.

Istraživački tim MIT Media Lab-a pod rukovicom Rameša Raškara u saradnji sa Laboratorijom za grafiku i imidžing na univrzitetu u Saragosi u Španiji razvio je tehniku za snimanje rasprostiranja vrlo kratkih impulsa svetlosti. Ova tehnika, poznata kao femto-fotografija, koristi kameru sinhronizovanu sa pulsnim laserom, posebno modifikovanim da bi snimio 2D slike umesto da snima samo jednu liniju skeniranja.

Prema rečima Raškara i njegovog tima, oni su uspeli da uhvate svetlost koja je uspela da pređe samo 0,6 milimetara (za šta je potrebna brzina od dve pikosekunde, odnosno 2×10 na minus dvanaesti sekundi da bi svetlost prešla ovaj put). Još jedno zanimljivo postignuće femto-fotografije je njena sposobnost da rekonstruiše nepoznate predmete oko uglova, u šta spadaju objekti koji su izvan vidokruga, ili izvora svetlosti ili kamere.

8. Diskovi od 5D stakla

Britanski istraživači uspeli su da proizvedu staklene diskove u stanju su da snimaju podatke u pet dimenzija i pohrane ih na sigurno čak do 13,8 milijardi godina. Diskovi mogu da uskladište 360 terabajta podataka i mogu izdržati temperaturu do 1000 stepeni Celzijusa.

Naučnici sa Univerziteta u Sautemptonu uspešno su demonstrirali metodu koju su nazvali “petodimenzionalno skladištenje podataka”. Na normalnom CD-u, podaci se čuvaju stvaranjem „perforacija“ koje laser potom očita: laser ovo „ulegnuće“ očita kao jedinicu a nedostatak ulegnuća tj ravnu površinu „pročita“ kao nulu – tako nastaje čitanje binarnog koda, sastavljenog od jedinica i nul. Ovo čini CD dvodimenzionalnim. S druge strane, petodimenzionalni disk čuva informacije unutar sebe, u izvanredno minijaturnim fizičkim strukturama pod nazivom “nano-rešetke“. Kao i udubljenja na CD-u, ove nanometričke strukture očitavaju se pomoću svetlosti. Pet dimenzija, u ovom slučaju, predstavljaju trodimenzionalni rešetkasti prostor,“lokaciju“ (ose x, y, z), faktori prepoznavanja podataka zavise od jačine svetlosti i refrakcije, uz njenu orijentaciju. Ove dodatne dimenzije doprinose da skladište podataka na toj novoj vrsti diskova budu daleko veće gustine u poređenju sa onom koja danas postoji na CD-u. Trenutno, Blu-ray Disc može da zadrži do 128 gigabajta podataka, dok 5D disk iste veličine može da uskladišti gotovo 3.000 puta više, odnosno 360 terabajta podataka.

9. Sintetički “list” koji proizvodi kiseonik

Sintetički ali ipak i biološki list napravljen je rastvaranjem hloroplasta u proteinskoj matrici od svile upija vodu i ugljen-dioksid kako bi proizveo kiseonik, baš poput biljaka u prirodi,  a u budućnosti bi mogao omogućiti dugačka svemirska putovanja.

Uz mogućnost interplanetarnih putovanja koja bi u budućnosti mogla postati realnost, NASA istražuje načine proizvodnje kiseonika za daleka međuzvezdana putovanja, razrađujući ekosistem letelice koji bi život u kosmosu učinio mogućim. Džulijen Melkiori (Julian Melchiorri), diplomirani inženjer Kraljevskog koledža u Britaniji, u saradnji sa laboratorijom univerziteta Tafts stvorio je jedan takav uređaj kojeg je nazvao “Melkiorijev svileni list“ (Melchiorri’s Silk Leaf). On veruje da su vlakna svile “neverovatno utočište za stabilizujuće molekule​.​” On je iz ćelija biljaka izvadio hloroplast i stavio ih u matricu tj „ležište“ ili „kolevku“ – u protein svile. Poput normalnog lišća u prirodi, potrebna je svetlost i malo vode za proizvodnju kiseonika. On veruje da bi to omogućilo putovanja na velike kosmičke razdaljine tako što će proizvoditi dovoljno kiseonika za disanje posade.

10. Aerogel

Sintetički, porozni, ultralaki materijal napravljen je od gela sa kojeg je uklonjena tečna komponenta koja je zamenjena gasom. Izuzetno otporan i ujedno izvanredan toplotni izolator, jedan aerogelni blok možete zagrejati do 2.200 stepeni Celzijusa i da ga, prititom, i dalje držite golim rukama a da vam se koža ne ugljeniše.

Takođe poznat i kao “smrznuti dim”, “čvrsti vazduh” ili “čvrsti oblak”, ovaj aerogel je čvrste strukture, izuzetno niske gustine i toplotne provodljivosti. Može se napraviti od različitih hemijskih jedinjenja. U početku je pravljen pomoću silika-gela. Sada, međutim, postoje aerogeli zasnovani na ugljeniku, aluminatskoj glinici, hromu i kalijum-dioksidu. Tečna komponenta gela se ekstrahuje superkritičkim sušenjem. Proces omogućava da se ova masa osuši u dovoljnoj meri da čvrsta matrica ostane netaknuta, umesto da se uruši usled kapilarnog delovanja.

Skoro 99,8% ovog materijala sačinjava – vazduh; sačinjen od vazdušastih ali neverovatno čvrstih niti i mreže unutar kojih su vazdušni džepovi koji zauzimaju većinu zapremine aerogela. Materijal je osetljiv na dodir i skoro da je bez težine upravo zbog vazdušnih džepova. Međutim, toliko je čvrsta da 2,5 kilograma cigle možete okačiti i aerogelne niti teške samo dva grama. Takođe, ovaj materijal je kandidat za obezbeđivanje toplotne izolacije budućih svemirskih brodova.

 

Kiall Lucas, Cyber Consultant & Ethical Hacker