Самые интересные открытия 2015 года
Возможно ли все эти устройства назвать прорывами? Предположительно, не всегда. В случае если 3D-принтеры в один раз сравнятся по скорости (еще прекрасно бы по цене) с простыми двухмерными — это будет прорыв, что, пожалуй, поменяет всю землю материальной культуры.
В случае если пуля сама будет обнаружить собственную жертву, независимо от навыков стрелка, это также будет прорыв, действительно, в не самой приятной для человечества области. Но кроме того новинки, каковые помой-му не содержат в себе радикальных новшеств — к примеру, рука-манипулятор с мягким захватом либо мини-дрон в защитной клетке, все равно мало-помалу меняют нашу жизнь и возбуждают фантазию вторых новаторов и изобретателей. О том, как их идеи обогатят жизнь человечества, мы прочтём ровно через год.
Жёсткий захват мягкой подушкой
В мире существует множество разных роботизированных рук, на разработку которых были затрачены огромные финансовые ресурсы и ушла уйма времени. Они способны поднимать различные предметы, бережно обхватывая их шепетильно откалиброванными механическими пальцами — будь то маленький щенок либо деталь реактивного двигателя. «В мире осталось не так много предметов, для которых еще не созданы особые роботизированные механизмы захвата», — говорит Билл Калли, глава существующей уже три года бостонской компании Empire Robotics.
Калли и учредитель компании Джон Эменд поставили себе задачу создать манипулятор, что имел возможность бы поднимать разные предметы с точностью и заданной скоростью, но дабы наряду с этим не приходилось всегда поменять насадки-захваты. В следствии они сконструировали руку, которой насадки и вовсе не необходимы. Они назвали собственный творение Versaball («Универсальный шар»). «Шар» способен поднимать предметы до 25 см в диаметре менее чем за 0,7 секунды.
Как он устроен?
1. Манипулятор Versaball представляет собой мешок из эластомера, что заполнен синтетическими гранулами. В то время, когда клапан пропускает воздушное пространство вовнутрь, жёсткие частицы легко перемещаются.
2. Опустившись на объект захвата, подушечка вольно принимает его форму.
3. Клапан закрывается, воздушное пространство из подушки откачивается, жёсткие гранулы перестают перемещаться — манипулятор как бы затвердевает. Происходит захват объекта.
4. В то время, когда нужно отпустить объект, клапан впускает воздушное пространство вовнутрь подушки, гранулы опять начинают перемещаться, и объект освобождается от захвата.
Скоростная 3D-печать
Разработка трехмерной печати окончательно поменяла отечественные представления об изготовлении подробностей «на заказ», но у нее имеется значительный минус — она очень затратна по времени. Данный недочёт может окончательно остаться в прошлом.
Современные принтеры трудятся по аддитивной разработке: при печати пластиком устройство нагревает материал картриджа, бережно причиняет его на поверхность и сушит появившийся слой. Завершив с одним, печатающая головка переходит к следующему. Так, ход за шагом создается новый объект.
На печать маленького пластикового шарика может пригодиться пара часов.
Но на помощь пришло кино. Несколько физиков-и учёных химиков под управлением Джозефа Десимона из Университета Северной Каролины (США), вдохновившись образом жидкометаллического робота T-1000 из фильма «Терминатор 2: Судный сутки», всецело пересмотрела принцип, заложенный в базу 3D-печати.
Основанная ими компания Carbon3D создала разработку CLIP (Continuous Liquid Interface Production), в базе которой лежит применение фотополимерных смол, затвердевающих под действием света и переходящих в жидкое состояние в присутствии кислорода. На начальной стадии пластина-основание погружается в плоскую емкость, заполненную смолой. На дне емкости оборудовано окно — через него на поверхность пластины проецируется профиль, соответствующий сечению создаваемого предмета.
Смола затвердевает, пластина неспешно поднимается вверх, излучение проецирует очередной профиль, и объект печати словно бы вытягивается из емкости с жидкостью]. Посредством кислородной мембраны удается избежать затвердевания смолы на дне емкости. По окончании процесса остается только отрезать готовый объект от пластины и смыть остатки смолы.
Как и при простой 3D-печати, наблюдение за работой CLIP-принтера завораживает, наряду с этим он печатает в 25−100 раз стремительнее собственных классических собратьев. По утверждению Carbon3D, разработку CLIP возможно применять для широкого класса полимеров с различными особенностями — от пористых до очень жёстких.
Протез «Сделай сам»
Истон Лачаппель решил окончательно покончить с непомерно большой ценой протезирования. Дабы осуществить собственную задумку, он сконструировал прототип неестественной конечности, израсходовав очень мало денег: все работы он проводил прямо у себя в помещении. Но Истон не остановился на достигнутом, совершив еще более необычный поступок: он выложил собственный проект в открытый выход в интернет, совсем безвозмездно.
Как-то раз, еще ребёнком, Истон познакомился с семилетним ребенком, у которого вместо руки был протез ценой $80?000. По окончании данной встречи парень твердо решил изобрести собственную замену руке — достаточно продвинутую в техническом замысле и одновременно с этим дешёвую по цене. Для сооружения прототипа Истону пригодилась леска, подробности конструктора LEGO, пара моторчиков от игрушечных самолетов и электрические провода — закупка материалов обошлась всего $400.
В следующих предположениях он применил подробности, напечатанные на 3D-принтере, и подключил к ним пара электродов, считывающих управляющие сигналы мозга. Это изобретение прославило собственного создателя, а мультимиллионер Энтони Роббинс обеспечил Истону начальный капитал для стартапа.
Благодаря замечательной помощи в 2014 году юный предприниматель основал компанию Unlimited Tomorrow, которая продолжила развивать проект RoboArm, и занялась разработкой экзоскелета для людей, страдающих параличом нижних конечностей. Потребность в недорогих протезах в Соединенных Штатах всегда росла, но дабы вывести таковой товар на рынок, требуется одобрение особого ведомства. Взять его — дело продолжительное.
И тогда Лачаппель сказал, что Unlimited Tomorrow открывает бесплатный доступ к проекту первой версии RoboArm на своем сайте. «Мы не могли больше ожидать и решили разрешить возможность изготовить протез всем, кто в нем вправду испытывает недостаток», — прокомментировал собственный ответ Истон.
За чашкой в космосе
- Члены 30-й экспедиции выпивают чай из первой модели космической кружки (2012 год)
Первая и вторая (справа) модели космической кружки
Доналд Петтит космонавт NASA, проводивший серию опытов на борту МКС по изучению капиллярных сил совместно с физиком Марком Вейслогелом из Портландского университета (США). Результатом этих опытов стали совместно изобретенные космические кружки.
Сейчас прямо на борту МКС возможно выпивать кофе из кружки. И вот как эта кружка устроена. В случае если загрузить трубочку в чашку с напитком на Земле, то жидкость заполнит ее а также встанет чуть выше (благодаря капиллярному эффекту, появляющемуся из-за отличия давлений в появившемся за счет смачивания стенок трубки вогнутом мениске).
Изменяя геометрию трубки, возможно добиться, дабы жидкость встала вверх до самого края, остановившись в ожидании, в то время, когда ее выпьют. На орбите в условиях невесомости роль трубочки играется узкий канал, образованный двумя стенками космической кружки, примыкающими друг к другу под маленьким углом. Данный угол значительно уменьшается по направлению от дна кружки к верхнему ободку, тут появляется что-то наподобие острого носика.
Отличие в капиллярных силах толкает жидкость снизу вверх, пока она не остановится у этого носика — точь-в-точь как при с обычной трубочкой на земле. Так устроена космическая кружка первого поколения. Во второй версии дизайна у кружки уже нет острых углов.
Ее округлые формы смыкаются в передней части, образуя вытянутый носик с заостренным кончиком наверху. Дабы выпить из таковой кружки, ее не нужно наклонять — достаточно только прикоснуться к носику губами, и кофе сам устремится к вам в рот под действием капиллярных сил. Надеюсь, этим изобретением покорители космоса будут пользоваться и через 400 лет, пускай кроме того имя автора будет забыто.
«Крепкий орешек» пролетит везде
Современные дроны удачно делают пара функций:
1 — шпионят за неприятелями,
2 — подглядывают за приятелями,
3 — доставляют легкие посылки на маленькие расстояния,
4 — выручают людскую судьбу.
Последний пункт подтолкнул Эдриана Брайода и Патрика Севоза, окончивших Федеральную политехническую школу Лозанны (Швейцария), к идее создания дрона Gimball. Пристально изучив бессчётные неудачи поисковых летающих роботов-спасателей при ликвидации аварии на «Фукусиме» (они не сумели добраться в труднодоступные места через заваленные проходы), юные инженеры создали улучшенную модель. Их Gimball окружен рамой из углепластика, защищающей его пропеллеры от повреждения.
Выглядит рама как необычная клетка, закрепленная в трехосевом кардановом подвесе, так что в случае если аппарат и натолкнется на что-то в полете, то она примет удар на себя, разрешив дрону удержаться на лету. На борту устройства установлена ударопрочная камера с высоким разрешением, талантливая передавать изображение в настоящем времени и записывать видео. Она выдерживает столкновения на скорости до 15 км/ч, так что Gimball может пробраться фактически везде — кроме того в том направлении, где не пройдет человек.
Ранее в текущем году основанная Брайодом и Севозом компания Flyability победила в соревновании UAE drones for Good в Дубаи и победила приз в $1 млн.
Пульс Мирового океана
- Коралловые рифы весьма чувствительны к химическому составу и температуре воды (повышенному содержанию углерода). Вверху продемонстрирован здоровый пестрящий красками коралл, внизу — бесцветный риф, что всецело вымер
Двое инженеров из Монтаны (США) открывают новые возможности для изучения Мирового океана
Монтана — большой штат в северной части США на границе с Канадой, с прекрасной природой, но не имеющий выхода к морю. Но это никак не смутило химика Майка Деграндпре и инженера-механика Джеймса Бека из города Миссулы, основавших компанию Sunburst Sensors, которая необычным образом была на переднем крае океанологических изучений.
Два года назад Sunburst подписалась на участие в двух конкурсных проектах фонда X-Prize. В одном из них требовалось создать точный pH-сенсор, талантливый трудиться на глубине до трех километров. В другом датчик должен был измерять pH на малых глубинах с превосходящей существующие аналоги точностью и наряду с этим стоить не более $1000.
В текущем году поступила информация, что Sunburst обошла соперников в обоих заданиях и победила $1,5 млн.
За последние 115 лет температура поверхности мирового океана повысилась на 0,8°С, а уровень pH сократился на 0,1%. Такие трансформации смогут стать роковыми для коралловых рифов, моллюсков и другой морской живности — данный негативный эффект затронет всех подряд жителей мирового океана.
Для победы над соперниками Sunburst модифицировала собственный pH-сенсор SAMI (погружной независимый датчик стационарного типа). Новый титановый корпус надежно защищает внутренние части SAMI от большого давления на громадной глубине, а по окончании замены дорогих компонентов более недорогими аналогами и пересмотра принципов работы устройства у Джеймса и Майка оказался более надежный и действенный аппарат со ценой ниже, чем у соперников.
Именно поэтому прибору ученые смогут изучать трансформации уровня кислотности океана в глубинных слоях — в том месте, где изучения еще ни при каких обстоятельствах не проводились.
Робот-гепард обучился прыгать
В 2013 году робот Cheetah («Гепард»), созданный инженерами Массачусетского технологического университета (США), наделал большое количество шума. Робот уже обучился бегать без посторонней помощи, а сейчас инженеры оснастили его необычными «глазами» — лидаром, благодаря которому он может «видеть» и удачно преодолевать препятствия, перепрыгивая их на скорости около восьми километров/ч. Делает он это без всякого вмешательства человека.
Изначально робот создавался в интересах армейских, но разработчики видят мирное будущее для собственного детища. Лишь представьте, что вы сможете путешествовать без привязки к ровным асфальтированным дорогам! Людям с ограниченными возможностями не пригодятся инвалидные коляски, а при природных бедствий возможно будет тут же послать спасательные отряды на помощь.
Тест на поиск взрывчатки
Довольно часто для успешного разминирования саперам нужно проанализировать пример вещества, с которым они имеют дело. На отправку в ожидание и лабораторию результата уходит драгоценное время — дабы выяснить, взрывчатка ли это, смертельно страшный токсин либо безобидное химическое соединение, может пригодиться пара часов. К тому же сама транспортировка примера воображает дополнительный риск.
В текущем году компания Thermo Fisher Scientific заявила о создании прибора Gemini — первого переносного спектрометра, соединившего в себе две технологии по определению состава вещества. При помощи Рамановской спектроскопии (комбинационного рассеяния) возможно измерить, сколько света рассеивает материал. Данный способ прекрасно подходит для работы с прозрачными контейнерами, жидкостями и флуоресцирующими порошками.
Вторая разработка, встроенная в Gemini, — инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR). Она лучше подходит для анализа цветных материалов и светящихся образцов. Вес Gemini не превышает 2 кг.
Бетон против террора
В апреле 2013 года в начале утра преступники перерезали телекоммуникационные кабели вблизи распределительной подстанции Меткалф энергокомпании Pacific Gas and Electric рядом от города Сан-Хосе (Калифорния, США). После этого, выстрелив из снайперской винтовки, они один за одним вывели из строя семнадцать трансформаторов, снабжающих электроэнергией Кремниевую равнину. Спустя тридцать мин. они скрылись, нанеся ущерб размером около $15 млн.
Эта история о наглом нападении не взяла широкой огласки, но она четко показала уязвимость энергосистемы США. Для обеспечения безопасности Федеральная рабочая группа по регулированию энергетического сектора (Federal Energy Regulatory Commission) "настойчиво попросила" от всех участников бизнеса обезопасисть принадлежащие им подстанции, но наряду с этим не предоставила конкретных руководств, как как раз повысить их защиту.
В текущем году компания High Impact Technology из Орегона внесла предложение подходящее ответ: оградить объекты цементными стенками толщиной 10? см, талантливыми выдержать взрыв бомбы, укрыть оборудование от пуль, ураганного ветра (до 190 км/ч) и обезопасисть от пожара (до 1200°С). В 1930—1960-е годы о таком никто бы и не поразмыслил: тогда не опасались терроризма.
Неординарные особенности выстроенным HIT стенкам придает особенная арматура из композитного материала, по прочности вдвое превосходящая сталь, — она-то и формирует базу высокопрочного бетона. Снаружи стенке защищает обрезиненная оболочка, которая превосходно гасит энергию осколков и пуль от взрыва. Для полной остановки пули требуется 20-сантиметровый слой простого бетона, а по разработке HIT хватит и 7,5 см.
Еще 2,5 см было нужно добавить чтобы стенки выдерживала ветровые нагрузки.
Статья «Открытия года 2015» размещена в издании «Популярная механика» (№158, декабрь 2015).
<
h4>