100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Какие материалы будущего уже создали ученые? Описание, фото и видео

Камуфляж-невидимка и цифровая ткань: 10 реальных материалов «из будущего»

Фото: Unsplash

Material science — это наука, которая изучает материалы. Ученые ищут способы улучшить существующие материалы или разработать новые, исследуют их свойства и структуру. Открытия нередко поражают воображение даже самых преданных любителей фантастики.

«Броня» для транспорта

Ученые Пермского и Томского политехнических университетов совместно разработали сверхпрочный литой стеклокристаллический материал. В его основе — оксиды кремния, магния, алюминия, титана и марганца. При взрыве новый материал распределяет энергию по всей своей площади, поэтому он более устойчив к внешнему воздействию и высокой температуре. Схожие материалы, напротив, принимают удар в одной точке и из-за этого разрушаются. Ученые утверждают, что изделия из литого стеклокристаллического материала прослужат в 15 раз дольше, чем изготовленные из металла.

Структура литого стеклокристаллического материала

У российского изобретения есть аналоги, но они содержат вредные и недешевые в производстве вещества. Для изготовления литого стеклокристаллического материала не требуются дефицитные, дорогостоящие и токсичные вещества. Из него можно делать ударопрочные корпуса для автомобилей и железнодорожного транспорта, а также тротуарную плитку, бордюры, фонтаны, украшения для фасадов.

Сплав для новых систем охлаждения

Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» в сотрудничестве с компанией LG Electronics создали новые высокотеплопроводные магниевые сплавы. Их главное преимущество — устойчивость к высоким температурам, поэтому материалы планируют использовать в системах охлаждения. Проблема аналогов в том, что они быстро нагреваются и даже загораются на солнце. Например, в 2018 году в Германии на заводе BMW случился пожар в мастерской, где находилось большое количество деталей из магниевых сплавов.

Образцы новых сплавов

Новый материал продлевает срок службы бытовой техники, электромобилей. В США, странах Евросоюза, Корее и Китае ученые запатентовали не только сплав, но и радиатор на его основе.

Иван Круглов, заведующий лабораторией компьютерного дизайна материалов в МФТИ:

«Высокотеплопроводные магниевые сплавы — один из удачных примеров, когда сначала компьютер исследовал свойства вариантов соединений Mg-Zn-Si-Ca, а потом ученые реализовали самые перспективные из них. Без помощи программ на создание этих материалов ушло бы в несколько раз больше времени».

Композит с возможностью регенерации

В научно-исследовательском институте космических и авиационных материалов (НИИКАМ) в городе Переславль-Залесский разработали новый композитный материал аристид. Он в десять раз легче промышленного алюминия и по прочности превосходит титан. Тонкая 3-миллиметровая пластина выдерживает выстрел в упор из пистолета среднего калибра. При этом повреждения от пули остаются только на поверхности материала. Аристид обладает свойством регенерации и самостоятельно восстанавливает небольшие повреждения. А еще он жаропрочный и переносит температуру до 1300 ℃. Для сравнения: огонь в камине разгорается максимум до 1200 ℃.

Аристид

Разработчики утверждают, что аристид может заменить композитные материалы, которые используют при изготовлении деталей для космических кораблей, спутников, авиатехники. Также его можно применять в автомобильной промышленности, строительстве, производстве протезов и кардиостимуляторов.

Волокно для одежды со встроенной нейросетью

В Массачусетском технологическом университете (США) разработали первое в мире цифровое волокно — тонкую и гибкую нить, которая вшивается в любую ткань. Благодаря встроенной нейронной сети разработка умеет распознавать, хранить и анализировать информацию. Например, определять, какой физической активностью занят человек. Это доказали в ходе эксперимента: мужчина сидел, ходил и бегал в одежде с цифровым волокном, а в это время датчики анализировали изменения температуры тела и передавали данные на компьютер. Разработка смогла с точностью до 96% определить, какое действие выполняет человек. Принцип работы новинки можно сравнить со смарт-часами, которые знают, что вы начали движение, с какой скоростью идете и сколько сделали шагов.

Цифровое волокно, вшитое в ткань

В планах ученых — изготавливать вещи с цифровым волокном для массового потребления. Такая одежда не чувствуется на теле, а стирать ее можно до десяти раз. Пока человек носит изделие, оно измеряет пульс, температуру. Разработчики утверждают, что в перспективе технология может хранить в одежде и музыку, ведь они уже смогли записать на волокно 30-секундное аудио весом 0,48 мегабайта.

Бесконечно перерабатываемый пластик

Согласно исследованию Агентства по охране окружающей среды США, в Америке только 12% пластмассы перерабатывается более одного раза. Большинство ее видов не подлежит повторному использованию. В 2019 году американские ученые создали новый пластик полидикетоенамин (ПДК), который можно перерабатывать бесконечно. ПДК без вреда качеству «разбирают» на молекулярном уровне и собирают в другую форму с новой текстурой или цветом. Ученые даже спроектировали компьютерную модель оборудования для производства и обработки материала. На ее основе можно сделать реальную установку.

Полидикетоенамин может заменить пластмассу, которую используют в производстве бытовых предметов, машин, изделий для строительства и медицины. По планам ученых новый материал поможет очистить окружающую среду от мусора.

«Ткань» для плаща человека-невидимки

Канадская компания HyperStealth Biotechnology разработала технологию квантовой невидимости. Сквозь новый материал, как через стекло, видно почти все, что располагается за ним. Однако лучи света, попадая в микроскопические линзы, рассеиваются, и всё, что находится на определенном расстоянии позади материала — будь то люди или предметы, становятся неразличимыми. Материал похож на тонкий пластик, но его точные характеристики компания пока не раскрывает.

Разработчики запатентовали 13 видов материала разной формы и назначения. Одни могут скрывать человека, другие — здания, третьи — транспорт, космическую и военную технику, корабли. На основе нового материала получится создавать камуфляж для военных и полиции, а в будущем — и для массового потребления.

Пленка для очков вместо приборов ночного видения

Ученые из Австралийского национального университета разработали сверхтонкую пленку, которая состоит из микроскопических кристаллов и делает инфракрасное излучение видимым для человеческого глаза. Материал недорогой и простой в изготовлении.

Очки со сверхтонкой пленкой ночного видения

Планируется, что разработку будут применять в службах безопасности и вооруженных силах. Сейчас там используют громоздкие приспособления для ночного видения, которые могут вызывать боли в шее. Новая сверхтонкая пленка крепится на обычные очки — она удобнее и облегчает работу в темноте. В будущем возможно массовое использование новинки: например, пленка пригодится для управления машиной в плохо освещенных местах.

Читайте так же:
Как снимали фильм «Дрожь земли»

Металл против болгарки и дрели

Немецкие физики создали материал Proteus, который невозможно разрезать. Он прочнее стали и в семь раз легче нее. При разработке ученые вдохновлялись природой — раковиной морских улиток и кожурой грейпфрутов. Оказалось, что их структура состоит из переплетений мягких и плотных элементов. Физики повторили этот принцип в своей разработке и получили материал, который похож на желе и заполнен множеством твердых керамических кусочков.

Попытка распилить материал Proteus

Ученые предполагают, что изобретение будут использовать для изготовления сейфов и защитного снаряжении против холодного оружия и для работы с режущими инструментами. Ведь если попробовать разрезать Proteus болгаркой или дрелью, то он разрушит диск и сверло. Так получается, потому что материал вызывает боковые вибрации внутри режущих граней. В эксперименте блок толщиной 4 см за минуту привел в негодность диск болгарки.

Звукоизолятор, способный сделать самолеты тихими

В британском Университете Бата разработали самый легкий звукопоглощающий материал. Сделан он из жидкого оксида графена и спирта. Изобретение похоже на соты, только внутри не мед, а плотная материя со множеством воздушных пузырьков. Профессор Микеле Мео, который возглавляет команду разработчиков, поясняет: «Метод получения материала можно сравнить со взбиванием яичных белков для создания безе. То есть звукоизолятор крепкий, но содержит много воздуха».

Самый легкий звукоизолятор в мире

Разработку планируют использовать в авиатехнике: она очень легкая и способна снизить уровень шума двигателей самолета. По словам ученых, авиалайнеры могут стать почти такими же тихими, как новые автомобили. Пока что материал плохо рассеивает тепло, поэтому есть риск перегрева. Ученые проводят дополнительные исследования, чтобы решить эту проблему. Также специалисты хотят найти и другие полезные свойства. Например, огнестойкость или способность защищать от электромагнитных волн.

Золото со свойствами пластмассы

В Швейцарии разработали золото, плотность которого в десять раз меньше обычного: 1,7 г/см3 по отношению к 15 г/см3. По свойствам материал напоминает пластмассу, но химический состав такой же, как у природного металла. Изделие из него не получится сломать голыми руками или разбить, даже если уронить с большой высоты. В «пластмассовом» золоте содержится множество воздушных карманов, невидимых глазу, поэтому оно такое легкое.

«Пластмассовое» золото

Изобретение поможет уменьшить вес корпуса часов, также его предполагают использовать в производстве ювелирных украшений, электронике, атомной и химической промышленности. По желанию заказчика у модифицированного золота можно менять плотность, мягкость и цвет.

Куда движется material science

Иван Круглов, заведующий лабораторией компьютерного дизайна материалов в МФТИ:

«Раньше ученым приходилось методом проб и ошибок разрабатывать новые материалы и изучать их свойства. При этом все ограничивалось профессионализмом специалиста. То есть если он не знает про устойчивость медных проводов к вибрациям, то не поймет, что их можно использовать в транспорте. Такой подход называется экспериментальным.

В 2021 году набирает популярность другой подход — компьютерные методы. Это значит, что специальные программы ищут новые материалы и предсказывают, например, как поведет себя сплав при высокой температуре или насколько прочным будет новый вид пластика. Чаще всего этот способ используют для поиска сверхпроводников (они при низкой температуре теряют электрическое сопротивление) и термоэлектриков (веществ, которые образуют электроток при разности температур). Благодаря технологиям удалось ускорить процесс поиска различных материалов, а значит и в других производственных и научных сферах ожидается более быстрое развитие.

В российской сфере material science делают упор на разработку:

  • новых сверхтвердых материалов;
  • составов сталей с улучшенными свойствами;
  • полимерных композиционных веществ, то есть тех, которые состоят из нескольких компонентов;
  • конструкционных и функциональных материалов — это детали машин, элементы сооружений и другие изделия, которые несут силовую нагрузку.

В 2021 году по этому направлению специально создали Центр НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества». Одна из перспективных разработок — обучение компьютеров поиску уникальных соединений для промышленности. Это возможно благодаря существующим базам данных веществ: программа анализирует их и предлагает собственные варианты с улучшенными свойствами».

Удивительные материалы будущего — список, особенности и интересные факты

Венгерский физик Денеш Габор говорил, что будущее нельзя предвидеть, но его можно изобрести. И эти слова в полной мере отображают действительность.

Будущее в разработке

Наверняка многие из вас видели фильм 1998 года «Секретные материалы: Борьба за будущее». Это фэнтезийная лента с элементами триллера и детектива. Сегодня мы также поговорим о материалах, за которыми будущее. Они не засекречены, но известно о них немногим. Потому что область их применения пока невелика. Но со временем эти материалы наверняка прочно закрепятся на рынке и будут широко использоваться.

Список материалов, которые мы сегодня рассмотрим:

  1. Аэрогель.
  2. Прозрачный алюминий.
  3. Металлическая пена.
  4. Самовосстанавливающийся бетон.
  5. Графен.
  6. Willow Glass.
  7. Стеклянная черепица.
  8. Стройматериалы из грибов.

А теперь остановимся на каждом из них подробнее.

Аэрогель

Аэрогель — это материал будущего, который можно будет использовать очень скоро. Информацию о нем опубликовали еще в 2013 году. Разработка является детищем китайских ученых. Этот наноматериал неоднократно упоминается в Книге рекордов Гиннеса. Все благодаря его уникальным свойствам.

Аэрогель (в переводе на русский «замороженный воздух» или «замороженный дым») отличается невероятной легкостью, ведь его основная составляющая — воздух. Полупрозрачный, с легким голубоватым оттенком, он напоминает застывшую пену для бритья. В его составе — 99,8 % воздуха, который заполняет крошечные ячейки, видимые только при помощи микроскопа.

материалы будущего

Аэрогель изготовлен из обычного геля. Но вместо жидкого компонента он содержит газ. При минимальной плотности (в 1000 раз меньше плотности стекла), он очень прочный. Образцы аэрогеля могут выдерживать нагрузку, в несколько тысяч раз превышающую его вес. Он также является хорошим теплоизолятором и может быть использован в космонавтике.

Читайте так же:
7 Заблуждений Человечества: рассказываем главное

Легкость эксплуатации делает его практически универсальным. Но наибольшее применение аэрогель найдет в строительстве, как теплоизоляционный, влагозащитный надежный материал.

Прозрачный алюминий

секретные материалы борьба за будущее

Технологии движутся вперед — и вот уже регулярно в СМИ появляется информация о том, что учеными был создан прозрачный алюминий. Этот новейший материал, который был разработан совсем недавно и выпускается под маркой ILON, состоит из алюминия, азота и кислорода.

Основная задача кварц-оксинитрид алюминия — это замена пуленепробиваемого стекла. Однако применять его можно не только для этой цели. Материал будущего обладает устойчивостью к ударам. Его практически невозможно поцарапать. При этом прозрачный алюминий вдвое легче стекла.

Сегодня ALON начали использовать. Компания Microsoft уже применяет металл. Он содержится в составе корпуса «умных часов». Возможно, когда-нибудь из кварц-оксинитрид алюминия будут изготавливать конструкции. Но лишь тогда, когда упадет цена на этот материал. Расходы будущих периодов насчитывают миллиарды, если стоимость его не станет более демократичной.

Металлическая пена

расходы будущих периодов материалы

Этот легкий материал имеет уникальную способность остановить пулю в воздухе и превратить ее в пыль. При этом состав пены может разниться. Единого «рецепта» нет. Например, пропустить газ через расплавленный металл. Или добавить порошкообразный гидрид титана в расплавленный алюминий.

Металлическая пена представляет собой пример эволюции материалов. Сейчас они кажутся диковинкой, но вскоре станут чем-то обыденным и привычным.

Благодаря наличию воздушных карманов пена обладает теплоизолирующими свойствами. Она не тонет в воде, легко режется. Это позволяют применять ее для декоративных работ. Тем более, она обладает естественным, красивым рисунком.

Материал имеет акустические свойства, устойчив к коррозии и не плавится даже при воздействии очень высоких температур. Исследования его устойчивости уже проводились. Даже при температуре 1482°С он окислился, но его прочность и структура сохранились. Более низкие температуры вообще никак не сказываются на внешнем виде и свойствах материала.

Самовосстанавливающийся бетон

материалы настоящее и будущее

Долговечность возводимой конструкции при постройке здания всегда находится под сомнением. Недобросовестность строителей и некачественные материалы способны очень быстро уничтожить новое здание. А восстановление его всегда требует огромных финансовых расходов.

Голландские ученые решили эту проблему. Они создали самовосстанавливающийся бетон, в составе которого содержатся живые бактерии и лактат кальция. Представьте себе, бетон «латает» сам себя! Как же они работают?

Бактерии, поглощая лактат кальция, производят известняк. Он заполняет трещины и практически полностью восстанавливает целостность бетона, что позволит существенно сэкономить на ремонте в будущем и значительно увеличить длительность эксплуатации.

Этот биобетон был создан Хенком Джонкерсом из нидерландского технического университета. Ученый со своей командой потратил 3 года для изготовления этого чуда. Хенк рассказывает, что выбрал палочки бактерий, которые способны долгие десятилетия жить без воды и кислорода. Бактерии помещены в специальные капсулы. Они открываются и «выпускают» бактерии при попадании воды, просачивающейся через трещины. Продукт уже был успешно протестирован на здании спасательной станции, расположенной близ озера.

Этот материал пока не используется в настоящем. И будущее, несомненно, за ним.

Графен

список невероятных материалов будущего

Ученые уверены, за этим материалом настоящего будущее. Он представляет собой слой углерода толщиною в 1 атом. Его называют самым тонким материалом в мире.

Примечательно, что получили графен случайно – ученые Андрей Гейм и Константин Новоселов просто развлекались. Они ради забавы исследовали куски клейкого скотча, который применяют в виде подложки для графита. С помощью клейкой ленты они слой за слоем начали отлеплять углерод. И в итоге получили идеально ровный слой углерода толщиною в атом. В 2010 году ученые были удостоены Нобелевской премии за это открытие.

Свойства графена позволяют считать его основой будущих технических разработок. Он значительно прочнее стали, что сделает гаджеты будущего более устойчивыми к подтверждениям. И даже в десятки раз ускорит скорость выхода в интернет. Подобное свойство наверняка оценит каждый пользователь социальных сетей.

Графен — это материал будущего. Интересный факт о нем совсем недавно поведали ученые. В ходе исследований было выявлено, что двухслойный одноатомный графен способен стать прекрасным материалом для бронежилетов – твердым как алмаз, но гибким.

Тем не менее, есть у этого материала и недостатки. Он может вредить окружающей среде и здоровью людей. Графеновое загрязнение поверхностных вод способно сделать их токсичными.

Продолжаем рассматривать список невероятных материалов будущего.

Willow Glass

список удивительных материалов будущего

Данное стекло предоставила компания Corning, которая уже является производителем защитного покрытия для смартфонов и планшетов, называемого Gorilla Glass. Это стекло известно устойчивостью к ударам и царапинам. Однако производители решили пойти дальше и разработать новое покрытие – Willow Glass.

Это стекло, толщина которого сравнима с толщиной бумаги формата А4. То есть всего 100 микротон. По своим функциональным возможностям напоминает обычное стекло, а внешне очень похоже на пластик. С одним существенным дополнением – оно обладает гибкостью. Willow Glass можно сгибать в разные стороны, не опасаясь потери его свойств.

Возможно, в скором времени это уникальное стекло будет служить экраном для смартфонов. Помимо удивительной гибкости, Willow Glass также невероятно устойчиво к высоким температурам – до 500°С.

Увы, стекло не обладает прочностью Gorilla Glass и не защищает столь эффективно от механических повреждений.

Черепица из стекла

эволюция материалов

Стеклянная черепица была создана швейцарской компанией SolTech Energy. Эта компания была создана в 2006 году. Ее деятельность направлена на разработку инноваций в области альтернативной энергетики и их доступность для широкого круга людей. Несомненно, это материал будущего.

Стеклянная черепица не является абсолютной новинкой, но сотрудники компании утверждают, что усовершенствовали ее.

Из основных преимуществ такого покрытия выделяют:

  1. Прочность. Материал не уступает своим металлическим аналогам.
  2. Размер и форма ее подобраны таким образом, чтобы ее можно было использовать напополам с обычной металлочерепицей.
  3. Красота. Стеклянное покрытие для крыши смотрится эффектно и гармонично сочетается с любым дизайном здания.

Принцип ее работы достаточно прост. Солнечные лучи с легкостью проходят сквозь стекло. А затем остаются на специальных поверхностях, которые поглощают солнечную энергию. Распорядиться этой энергией можно на усмотрение жильцов – использовать для отопления или для электросети. Наибольший эффект достигается, если крыша повернута на юг.

Читайте так же:
Как устроена Саратовская ГЭС

«Грибные» дома

материалы будущего интересные факты

Оказывается, грибы – превосходный строительный материал. Впервые эта идея появилась у американцев.

Компания Ecovative была основана выпускниками политехнического института. По мнению ее основателей, Гэвина Макинтайра и Эбена Байера, из грибницы можно получать самый разный материал. Не только для строительства, но и для производства обуви или мебели. Грибница представляет собой скопление тонких нитей, питающих гриб необходимыми ему микроэлементами. Она разлагает в земле органику (увядшую траву и т. д.). Во время этого процесса она выделяет вещества, склеивая субстрат, на котором она растет.

Создают материал из грибов следующим способом: соединяют грибницу и субстрат, расфасовывают получившуюся в результате субстанцию по формам и кладут в темное место. Через несколько дней грибница распускает нити, как бы цементируя субстрат. В ходе сушки и тепловой обработки грибницы убивают. Субстрат же становится готовым к применению. Технология проста и в то же время гениальна, поэтому грибы вошли в список удивительных материалов будущего.

Убийцы пластика: 10 материалов будущего H&F узнал, из чего будут делать гаджеты, одежду и вещи уже через несколько лет.

Убийцы пластика: 10 материалов будущего

С момента открытия графена было принято считать, что именно он изменит электронные технологии ближайшего будущего. Это подтверждалось огромным количеством патентных заявок на право его использования, поданных технологическими компаниями. Однако в 2012 году в Германии синтезировали похожий, но более перспективный материал — силицен. Графен — это слой толщиной с атом углерода. Силицен — такой же слой из атомов кремния. Многие свойства у них схожи. Силицен тоже обладает отличной проводимостью, что гарантирует повышение производительности при меньших теплозатратах. Однако
у силицена есть ряд неоспоримых преимуществ. Во-первых, он превосходит графен по структурной гибкости, его атомы могут выпирать из плоскости, что увеличивает спектр его применения. Во-вторых, он полностью совместим с уже существующей электроникой, в основе которой — кремний. Это означает, что на его внедрение потребуется намного меньше времени и денег.

Лидером производства строительных, отделочных и упаковочных материалов из грибов является молодая компания Ecovative, основатели которой нашли золотую жилу в мицелии — вегетативном теле гриба. Выяснилось, что он обладает прекрасными цементирующими качествами. Ребята из Ecovative смешивают его с кукурузной и овсяной шелухой, придают смеси необходимую форму и выдерживают её в темноте несколько дней. За это время грибной питательный орган перерабатывает пищу и связывает смесь в гомогенную массу, которую затем для прочности обжигают в печи. В результате этих нехитрых манипуляций получается лёгкий, прочный, огне- и влагостойкий экологичный материал, внешне напоминающий пенопласт. На основе этой технологии в Ecovative сейчас разрабатывают материал для бамперов, дверей и приборных панелей автомобилей Ford. Кроме того, они наладили производство небольших домов Mushroom Tiny House, полностью созданных на основе мицелия.

Материалы из грибов

Для экологичного строительства
и производства мебели

Аэрогель

Обычный гель состоит из жидкости, которой трёхмерный полимерный каркас сообщает механические свойства твёрдых тел: отсутствие текучести, способность сохранять форму, пластичность и упругость. В аэрогеле жидкость после высушивания материала до критической температуры заменяется газом. Получается вещество с удивительными свойствами: рекордно низкой плотностью и теплопроводностью. Так, аэрогель на основе графена — самый лёгкий материал в мире. Несмотря на то что 98,2% его объёма составляет воздух, материал обладает огромной прочностью и выдерживает нагрузку в 2 000 раз больше собственного веса. Аэрогель чуть ли не лучший на сегодня теплоизолятор, применяемый как в скафандрах NASA, так и в куртках для альпинистов толщиной всего 4 мм. Ещё одно его удивительное свойство — способность абсорбировать вещества в 900 раз больше собственного веса. Всего 3,5 кг аэрогеля могут абсорбировать тонну разлившейся нефти. Благодаря его эластичности и термической стойкости абсорбированная жидкость может быть выдавлена, как из губки, а остаток просто выжжен или удален испарением.

Феррофлюид — это жидкий материал, способный изменять свою форму под воздействием магнитного поля. Этому свойству он обязан тем, что в нём содержатся микрочастицы магнетита или других железосодержащих минералов. Когда к ним подносят магнит, они притягиваются к нему и толкают вместе с собой молекулы жидкости. Феррофлюид, вероятно, — самый доступный из всех представленных материалов: его можно купить в интернете или даже сделать самостоятельно. Феррофлюиды по теплоёмкости и теплопроводности превосходят все смазочно-охлаждающие материалы. Сейчас их используют в качестве жидких уплотнителей вокруг вращающихся осей жёстких дисков и в качестве рабочей жидкости в поршнях гидравлической подвески. В ближайшем будущем NASA планирует использовать их в зеркалах телескопов для того, чтобы те умели подстраиваться под атмосферные турбулентности. Плюс магнитные жидкости должны пригодиться при лечении рака. Их можно смешивать с противоопухолевыми препаратами и с помощью магнита точно вводить лекарство в поражённый участок, не вредя окружающим клеткам.

Жидкий металл

Для лечения рака

Самовосстанавливающиеся материалы

Для долгой жизни вещей

Самовосстанавливающиеся материалы изобретают в различных областях: строительстве, медицине, электронике. Среди самых интересных разработок — защищённый от физических повреждений компьютер. Инженер Нэнси Соттос придумала снабжать провода микроскопическими капсулами с жидким металлом. При разрыве капсула разбивается и заполняет трещину за секунды. Микробиолог Хэнк Джонкерс похожим способом продлевает срок службы дорог и зданий, подмешивая в цемент споры бактерий и питательные вещества для них. Как только в цементе появляется трещина и в неё попадает вода, бактерии пробуждаются ото сна и начинают перерабатывать корм в прочный карбонат кальция, который заполняет трещины. Новшество затронуло и текстильную промышленность. Американский учёный Марек Урбан создал прочный материал, который может самостоятельно заделывать полученные повреждения. Для этого на ткань необходимо направить концентрированный луч ультрафиолета.

Читайте так же:
Как и с помощью чего снять стресс, полезные рекомендации от психолога

В ближайшем будущем материя сможет изменять свою форму, плотность, структуру и другие физические свойства программируемым образом. Для этого необходимо создание материала, которому присуща способность обработки информации. На практике это будет выглядеть так: столик из IKEA будет собираться сам, как только его достанут из коробки, а вилка при необходимости будет легко превращаться в ложку. Уже сейчас в MIT создают предметы, которые могут менять форму. Для этого сверхтонкие электронные платы соединяются с запоминающими форму сплавами — металлами, меняющими конфигурацию под воздействием тепла или магнитного поля. Платы выделяют тепло в заданных точках, в результате чего объект собирается в задуманную учёными структуру. Так, из плоских металлических листов удалось собрать робота-насекомое. Важным направлением программируемой материи является клэйтроника, занимающаяся разработкой нанороботов, которые могут вступать в контакт друг с другом и создавать 3-D объекты, с которыми может взаимодействовать пользователь. Клэйтроника сможет предложить реалистичное чувство связности на больших расстояниях, называемое «парио». Благодаря ему можно будет услышать, увидеть и потрогать нечто, расположенное на другом конце света.

Клэйтроника

Для производства вещей, способных
менять форму по требованию

Бактериальная целлюлоза

Для экологичного производства одежды

Сьюзан Ли основала компанию BioCouture в 2003 году для того, чтобы продвигать идеи биодизайна в мире моды. Она научилась выращивать ткани для производства одежды в своей собственной ванной, имея под рукой только дрожжи, бактерии и подслащенный зелёный чай. Если весь этот компот оставить бродить на несколько недель, получается бактериальная целлюлоза — прочный материал, который напоминает полупрозрачную кожу. Пока материал влажный, ему можно придать любую трёхмерную форму. Чтобы вещи не напоминали по цвету чайный гриб, Сьюзан добавляет в него натуральные красители, например индиго, обладающий противомикробными свойствами. Главный плюс такой одежды в том, что материал для её изготовления можно брать из отходов предприятий пищевой промышленности. Бактериальная целлюлоза может пригодиться не только в производстве биоодежды, её также планируют использовать для создания кровеносных сосудов и замены костной ткани, а сейчас используют для заживления ран.

Исследовательница Марин Савва сумела создать настольный биореактор для производства вегетарианской еды. Этот 3D-биопринтер использует различные питательные вещества, содержащиеся в микроводорослях, в качестве «чернил». Устройство получило название Algaerium, от слова algae, что означает «водоросль». В основе «домашней пищевой фермы» лежит принцип струйной печати. Устройство позволяет комбинировать питательные вещества, содержащиеся в различных видах микроводорослей, и создавать продукты питания в зависимости от потребности человека. Микроводоросли Chlorella, Spirulina и Haematococcus — это не просто еда, а богатые витаминами и минералами «суперфуды», которые могут обеспечить полноценный здоровый рацион питания. Мясо из домашних биореакторов тоже уже на подходе. Процесс производства мяса в пробирке включает в себя получение мышечных клеток животных и применение белка, который позволяет клеткам вырастать в большие куски мяса. Для этого биологическая матрица коллагена засеивается мышечными клетками, которые затем заливаются питательным раствором, что вынуждает их размножаться. А в августе 2013 года был представлен первый гамбургер, содержащий 140 граммов искусственно культивированного мяса. Говорят, не очень вкусного.

Суперфуд из биопринтера

Для производства полезной
пищи на дому

Метаматериал

Для производства вещей-невидимок

Свойства метаматериалов обусловлены искусственно созданной структурой, которую они воспроизводят. Разработчики метаматериалов при их синтезировании имеют возможность выбора размера структур, их формы и других параметров, в результате чего можно получить характеристики, не встречающиеся в природе. В 2000 году исследователь Дэвид Смит изготовил метаматериал с отрицательным показателем преломления. Поведение света в нём оказалось настолько странным, что теоретикам пришлось переписать книги по электромагнитным свойствам веществ. Сейчас экспериментаторы используют свойства метаматериалов для создания суперлинзы, позволяющей получать изображения с деталями меньше длины волны используемого света. С их помощью можно было бы делать микросхемы с наноскопическими элементами и записывать на оптические диски огромные объёмы информации. Метаматериалы обладают отрицательным показателем преломления, поэтому они идеальны для маскировки объектов. Наноструктуры, придающие материалу отрицательный коэффициент преломления, искривляют световые волны, пустив их по контуру предмета, что делает его невидимым. Учёным удалось воплотить принцип в реальность, правда, успехи пока ограничиваются микроволновым диапазоном.

Каменную бумагу придумала компания Ogami. Внешне она мало чем отличается от обычной. Вместо дерева и полимеров её производят из нетоксичной смолы и карбоната кальция, который встречается в природе в виде минералов — кальцита, известняка, мрамора. Эти компоненты легко получить из каменных карьеров и даже отходов строительства. Для производства бумаги минерал измельчают до состояния порошка. Производственный процесс не требует расхода воды, применения хлора, кислот и нефтяных продуктов, которые и делают отходы традиционного бумажно-целлюлозного производства ядовитыми. Хотя по фактуре каменная бумага почти ничем не отличается от древесной, у неё есть ряд замечательных дополнительных свойств. Она не боится воды, её сложнее порвать. Её можно многократно использовать, так как стирая написанное, вы не ухудшаете её структуру. На каменной бумаге уже была напечатана первая книга — «Little Pig Looks for Rain» на тайваньском.

Какие материалы будущего уже создали ученые? Описание, фото и видео

В коллекции Эндрю Дента есть несколько ультрасовременных материалов, которые наверняка заинтересуют дизайнеров в ближайшие годы. Давайте же рассмотрим некоторые из них.

Графеновое нанопокрытие

Графен в сотни раз крепче стали. Это невероятно легкий полупрозрачный материал, способный проводить достаточное количество тепла и электроэнергии. Именно поэтому графен хорошо подходит для электроники, биомедицины, добычи солнечной энергии и многого другого. Но с этим материалом довольно трудно работать и массово производить его в чистом виде. Графеновое нанопокрытие покрывает другие материалы и дешево и эффективно наделяет их лучшими свойствами графена. Одно из возможных дизайнерских решений — использование графенового нанопокрытия для производства более тонких легких и крепких смартфонов с улучшенным временем работы батареи.

Читайте так же:
Ученые считают, что газовый гигант сделает переворот в теории эволюции планет

Karta-Pack (хлопковое волокно)

Этот на 100% переработанный материал на ощупь напоминает хлопок, но обладает жесткостью пластика. Он сделан из переработанных волокон хлопка старых джинс и футболок. Karta-Pack не только помогает переработать миллионы использованных вещей в год — этот материал производит впечатление продукта класса люкс, который можно использовать в качестве интересного варианта дорогой упаковки. Представьте себе, что вы достаете какой-нибудь гаджет из упаковки, которая на ощупь напоминает жесткий хлопок. Дент считает, что дизайнеры мебели могут использовать Karta-Pack для создания элементов интерьера, которые будут приятными, как ткань, и смогут выдержать вес человека.

Разноцветные проводящие чернила

Чернила, проводящие электричество, существуют уже давно, но только в двух цветах — серебряном и угольно-черном. По словам Дента, у таких чернил «нет настоящей красоты для тех, кто не является инженером». Но благодаря новому открытию проводящим чернилам можно будет придать любой цвет. Один из возможных вариантов их использования — умная одежда и носимые гаджеты. Вы только представьте себе пиджак с красивым принтом на рукаве, с помощью которого вы можете управлять своим iPhone.

Потолочная плитка ReWall

Потолочная плитка ReWall сделана из переработанных контейнеров для напитков — картона, пластиковых бутылок и алюминиевых банок — с помощью метода, похожего на производство ориентированно-стружечных плит. Структура материала действительно напоминает стружечную плиту. ReWall можно резать и сверлить, как дерево, но он более устойчив к влаге, поэтому отлично подойдет для отделки потолка. Кроме того, материал хорошо выдерживает различные погодные условия.

Покрытие ZrOC

Процесс покрытия декоративных металлических изделий, например, раковины или дисков автомобиля, для придания им особой прочности и защиты от царапин называется покрытием осажденных паров или PVD. ZrOC — это новое покрытие из смеси циркония, кислорода и углепластика, которое можно наносить на металл, пластик, дерево, стекло или ткани. В зависимости от того, как смешаны эти элементы, получаются разные оттенки хрома. «Изначально этот материал был изобретен для покрытия элементов кухни, но я считаю, что его можно использовать и для смартфонов или «умных» часов», — считает Дент.

Тесонит (tethonite)

Распечатанные на 3D-принтере предметы всегда смотрятся хуже, чем вещи, изготовленные традиционными методами. С тесонитом все обстоит иначе: это сложное керамическое вещество, полученное с помощью 3D-печати. После обжига и отвердевания оно выглядит точно так же, как и обычная керамика, изготовленная вручную или на промышленном оборудовании. Тесонит не только раздвигает границы искусства керамики, но и может использоваться в других отраслях.

«Такие компании, как Apple, хотят открыть новые способы использования керамики, ведь это невероятный материал, — утверждает Дент. — Он твердый, тонкий, светлый, но в отличие от металла, очень хрупкий».

Керамика легко ломается, поэтому ее редко можно найти в каких-либо гаджетах (хотя недавно была представлена керамическая модель часов Apple Watch). Тесонит сочетает в себе лучшие качества металла и керамики и поэтому может пригодиться компаниям вроде Apple в создании новых устройств.

ThermalTech

ThermalTech — это запатентованная легкая умная ткань, сделанная из стопроцентной нержавеющей стальной проволоки с частичным тонирующим покрытием. Эта ткань отлично бы подошла для создания спортивной одежды. Материал хорошо поглощает тепло от ультрафиолетового излучения, а затем распределяет его по всей поверхности. Представьте себе легкий спортивный костюм, который дает столько же тепла, как одежда из шерсти. Тогда вам станет очевидно, почему ThermalTech может заинтересовать такие компании, как Nike. По словам Дента, производители спортивной одежды «уже нашли материалы, которые не пропускают пот и неприятный запах. Единственная проблема, с которой они еще не справились, это регуляция температуры».

Paptic

Paptic — что-то среднее между бумагой и пластиком. Это новый материал, на котором легко печатать. Его легко можно переработать или использовать в качестве упаковки. «Возможно, Paptic не изменит весь мир», — признает Дент. Тем не менее он считает что вскоре этот материал будет использоваться повсюду, потому что на ощупь и с виду он похож на бумагу, но обладает прочностью пластика.

RE>CRETE

Бетон — это сложное вещество, состоящее из разных отходов — в основном из песка и гравия, склеенного между собой цементом. RE>CRETE не слишком от него отличается, правда вместо песка и гравия в нем содержатся порванные на кусочки газеты, старые письма, измельченный пенополистирол, провода от бытовой электроники, кредитные карточки, CD-диски, переработанная краска для дома, ворсинки, копоть и портландцемент. С помощью RE>CRETE мы сможем строить дома будущего из того, что раньше было мусором.

Гибкая батарея

Вообразите, что на вас костюм, который представляет собой одну большую литий-ионную батарею. С помощью гибкой батареи от компании Jenax такой костюм может стать реальностью. «Обычные батареи изготавливаются в виде единых кусков, а эта батарея сплетена из волокон и потому она более гибкая», — объясняет Дент. Гибкие батареи можно сложить несколько сотен раз, и это никак не скажется на их работе. Таки батареи идеально подойдут для «умной» одежды, текстиля, носимых устройств и трансформируемых или гибких гаджетов.

Металлическая липучка

Собственно, все очевидно из названия. Она представляет собой лист металла с колючками, которые позволяют соединять между собой более двух подобных листов без использования клея, сварки или болтов. Соединенные вместе два куска такой липучки становятся в три раза крепче, чем они были по отдельности. Такой материал идеально подойдет для создания мебели, строительства и производства.

Все эти материалы уже существуют, но их пока что не так-то просто достать. Скорее всего, они появятся в открытом доступе в ближайшие месяцы или годы. Дент же считает, что эти материалы — будущие звезды на сцене материаловедения.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию