Зачем отслеживают новые технологии? Понимание современного положения вещей позволяет оценить эффективность традиционных технологий. Стоит ли тратить свои силы на то, в чем не будет потребности через 5 лет? Во что вкладывать ресурсы?
Мониторинг инновационных технологий позволяет понять новые потребности рынка, сфокусированность исследовательских коллективов на определенных темах, динамику результативности отраслей науки, скорректировать показатели эффективности бизнеса.
Новые технологии – дорога адаптации к изменениям, происходящим в мире, и способ создания продуктов, которые будут востребованы в ближайшее время.
Предлагаем вашему вниманию дайджест новостей технологий, способных повлиять на облик проектируемых СИЗ.
Искусственный заменитель кожи из чайного гриба
Белорусские ученые (ЗАО «Струнные технологии») вырастили кожу из грибов: в дело идет чайный гриб, Medusomyces Gisevi (комбуча).
ЗАО «Струнные технологии» – международная инжиниринговая компания, которая разрабатывает, проектирует, тестирует и эксплуатирует транспортно-инфраструктурные комплексы в эстакадном исполнении. Головной офис компании находится в Минске. Компания аккредитована в качестве научной организации в Национальной академии наук Беларуси и Государственном комитете по науке и технологиям. Она получила более 200 международных патентов на изобретения, промышленные образцы, товарные знаки.
Полученный мицелий подвергался целой серии обработок. Для увеличения прочности и долговечности материала образцы замачивали в специальных растворах, что позволило укрепить структуру и удалить ненужные компоненты органики. Далее биоматериал тщательно промывали, сушили и формовали в виде рулонов, пластин или мелких образцов для испытаний. Особое внимание уделялось термообработке: температурные режимы подбирались таким образом, чтобы сохранить упругость и пластичность будущей «кожи», не разрушая клеточную структуру мицелиев.
Получаемый материал не уступает по качеству натуральной коже, но в разы дешевле. Испытания показали, что материал выдерживает значительные нагрузки, устойчив к влаге и сохраняет эластичность при растяжении.
Важным итогом эксперимента стала возможность регулировки свойств будущего материала еще на этапе биосинтеза: биоинженеры или биотехнологи корректировали условия роста, чтобы получить листы разной толщины, плотности и степени эластичности. Это делает материал универсальным и проще обрабатываемым.
Из этого кожеподобного материала можно изготавливать обивку мебели, чехлы для автомобилей, одежду и даже обувь.
Эту кожу можно красить, изготавливать куски любой площади и даже использовать как фильтр для воды. А еще она экологичная. Такая кожа разлагается за полгода! Натуральной же потребуется 50 лет.
При ее производстве требуется существенно меньше воды, чем при выделке кожи крупного рогатого скота, технология позволяет полностью исключить небезопасную химию дубления, упростить процессы обращения с материалом.
Успех экспериментов открывает возможности для широкого внедрения биоматериала в промышленности, способствуя сохранению природы.
Мембрана, способная менять толщину при потоотделении
Ученые из Нанкинского университета аэронавтики и астронавтики создали умную куртку с терморегулирующими свойствами.
Адаптивный материал утеплителя представляет собой специально структурированное полотно из натуральной бактериальной целлюлозной мембраны, которая реагирует на потоотделение человека. Ее толщина автоматически регулируется от 13 мм (при низкой влажности и отсутствии потоотделения) до 2 мм (при высокой влажности из-за выделяемого пота), что расширяет возможности терморегуляции на 82,8%, по сравнению с традиционными теплыми материалами.
Проще говоря, чем больше человек потеет, тем тоньше становится мембрана, комфортно адаптируясь под изменения микросреды тела.
Такая одежда в перспективе может обеспечить комфорт на холоде для велосипедистов, курьеров, сотрудников дорожной полиции, проводящих много времени на открытом воздухе. Налицо потенциал для создания спецодежды с продвинутым функционалом.
В работе, опубликованной журналом Science Advances, исследователи отметили преимущество нового материала над многими гигроскопичными аналогами, ранее использованными в качестве утеплителей.
Свою разработку ученые протестировали сначала в лабораторных условиях, затем в реальных. Они изготовили жилеты с наполнителем и убедились в их эффективности во время движения пешеходов (остававшихся сухими) и велосипедистов (потеющих во время езды). Кроме того, новую технологию опробовали работники санитарных служб в Нанкине.
Результаты показали, что ношение одежды с наполнителем увеличило среднюю продолжительность теплового комфорта примерно на семь часов.
Комплексное исследование ученые провели в 20 городах, охватывающих четыре климатических региона Китая. В этих условиях материал тоже продемонстрировал свои уникальные свойства контроля тепловой регуляции: комфортное состояние он увеличил в среднем до 5,8 часов, а время отсутствия теплового стресса – до 7,5 часов.
Чувствительная к выделению пота одежда может помочь свести к минимуму риски, связанные с перепадом температур, и проблемы со здоровьем. Дальнейшие исследования ученые посвятят испытанию материала в экстремальных погодных условиях и проверят его износостойкость и долговечность.
Резина, преобразующая тепло в электричество
В КНР исследователи Пекинского университета создали резину, способную преобразовывать тепло человеческого тела в электрическую энергию.
Это открытие может сделать возможной подзарядку носимых устройств без громоздких аккумуляторов и частой подзарядки.
В Китае создали первый в мире резиновый материал, преобразующий тепло человеческого тела в электричество. © SCMP.
Как сообщило издание South China Morning Post (SCMP), инновация основана на термоэлектрических принципах, где разница температур между телом человека (около +37 °C) и окружающей средой (+20… +30 °C) генерирует энергию.
Ключевая инновация заключается в структуре, которая представляет собой смесь и сшивку полупроводниковых полимеров с эластичной резиной. Создав гибридную сеть нановолокон внутри материала, исследователи отметили, что достигли беспрецедентного уровня растяжимости при сохранении высокой электропроводности.
В отличие от жестких термоэлектрических устройств, эластомер сохраняет свои эксплуатационные характеристики даже при растяжении до 150% и может выдерживать экстремальную нагрузку более 850% без разрушения.
Учёные предполагают применение подобного материала в текстильной промышленности, в разработке новых моделей обуви. Также инновация может быть использована в медицине. Например, для обследования сердечно-сосудистой системы пациентам в настоящее время требуется носить электронное устройство в течение недели, чтобы собрать достаточно данных. Здесь можно решить проблему подзарядки.
Исследовательская группа описывает это как важный шаг к созданию автономной электроники нового поколения, которая может быть легко интегрирована в одежду, обувь, системы мониторинга и даже хирургические имплантаты. Этот похожий на резину материал для сбора энергии может превратить само человеческое тело в самый надежный источник энергии.
Огнестойкий и нетоксичный пластик
Ученые Кабардино-Балкарского государственного университета имени Х.М. Бербекова представили инновационную разработку, которая может улучшить свойство полиэтилена, сделав его значительно менее горючим и токсичным. Решение проблемы оказалось не только эффективным, но и недорогим, что открывает путь для его промышленного применения.
Полиэтилен – тот самый пластик, из которого делают пакеты, трубы и многие виды СИЗ – отлично служит человечеству, но у него есть опасная особенность: он прекрасно горит. Чтобы сделать его менее горючим, производители десятилетиями вводили в полиэтилен специальные дорогостоящие добавки, которые содержат токсичные вещества: оксид сурьмы, галоген- и фосфорсодержащие соединения.
Ученые КБГУ разработали экологичную альтернативу традиционным антипиренам: специальную добавку на основе соединений магния ((Mg(OH))2CO3), которая не содержит токсичных компонентов.
Показано, что снижение пожарной опасности полимера происходит за счет разложения (Mg(OH))2CO3 с образованием продуктов, изменяющих процесс горения материала, а изменение физико-механических свойств обусловлено влиянием частиц добавки на его надмолекулярную структуру.
При горении полиэтиленовых композитов с новой добавкой не образуются капли расплавленного материала, а также значительно сокращается количество выделяемого дыма. Это делает материал более безопасным в случае пожара и снижает негативное воздействие на окружающую среду (на всем жизненном цикле продукта, от производства до утилизации).
Ученые сознательно выбрали для создания добавки доступные соединения, которые освоены и производятся в промышленных масштабах по всему миру. Также производителям полиэтилена не придется инвестировать миллионы в переоборудование цехов или менять отлаженные процессы, поскольку новые материалы совместимы с существующими технологическими алгоритмами.
Исследование опубликовано в журнале Springer.
Фотонный сенсор определяет малейшие примеси в атмосфере
Коллектив ученых из «Центра фотоники и двумерных материалов» МФТИ и исследователей университетов Китая (Центра совместных инноваций Сучжоуской нанотехнологической школы при Сучжоуском городском университете, Цзянсуского университета науки и технологий и Нанкинского университета) разработал инновационную технологию для создания сверхчувствительных сенсоров.
Их открытие основано на использовании особых состояний взаимодействия света и оптической системы, известных как исключительные точки.
Схема газового датчика, использующего трехканальную неэрмитову модель. © Dongyang Yan et al., Physical Review Letters. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Исключительная точка – это особое состояние, при котором взаимодействие света и оптической системы может привести к усиленному поглощению или отражению света.
Ученые показали возможность реализации исключительных точек высших порядков в открытых рассеивающих системах. На основе этой модели они предложили схему газового сенсора, преобразующего изменения в среде в электрическую энергию. Он работает на фиксированной частоте и улавливает даже низкие концентрации газов, что делает его перспективным для мониторинга воздуха или обнаружения опасных веществ.
«Мы ожидаем, что эта работа может привести к открытию новых физических явлений в неэрмитовой оптике и потенциальных приложений в области сенсорики», – утверждает Александр Шалин, главный научный сотрудник лаборатории контролируемых оптических наноструктур Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ.
Наработки могут найти применение в создании нового поколения датчиков для экологии, медицины и промышленных систем защиты от опасных веществ.
В поиске новых сверхпрочных волокон
Общество по-разному использует волокна. Они необходимы для создания одежды и промышленного производства. Однако синтетические волокна, созданные на основе нефти, вредны для экологии (общество медленно осознает проблему накопленного мусора и эффективной повторной переработки). Они вносят значительный вклад в загрязнение микропластиком.
Для решения ищутся новые способы создания волокон из возобновляемых источников.
Ранее сообщалось об изучении экстремальных прочностных характеристик паутины. Долгое время паучий шелк претендовал на звание самого крепкого в мире натурального волокна. Его прочность в четыре раза выше, чем у стали, а эластичность конкурирует с нейлоном. Паучий шелк выдерживает температуру выше 300 °C. Однако склонность пауков к каннибализму затрудняла их масштабное разведение для коммерческого применения.
Японские исследователи разработали экологичный и прочный природный материал. Создают эти волокна мешочные черви.
Мешочные черви – общий термин для личинок моли отряда чешуекрылых семейства Psychidae. Во всем мире существует около 1000 видов, из них около 50 обитают в Японии. Самый известный японский вид – Eumeta variegata.
Мешочные черви и ультратонкий лист, похожий на нетканый материал. © MINOLON, The Government of Japan.
В 2018 году группа японских исследователей выяснила, что шелк мешочных червей превосходит паучий шелк по всем показателям долговечности. Он примерно в 2,3 раза превзошел его по ударной вязкости (гибкости, позволяющей выдерживать деформацию без разрушения). Также он обладал примерно в 1,8 раза большей прочностью на разрыв – силой, которую материал выдерживает при растяжении до разрушения.
На следующий год ученые опубликовали исследование в журнале Nature Communications.
Личинки плетут собственный шелк, чтобы связывать кусочки листьев и веток для формирования гнезд. Эти гнезда становятся их укрытием от хищников и помогают перемещаться с места на место.
Шелк мешочных червей изготовлен из белка, как шелк шелкопряда или паука. Когда ученые проанализировали аминокислотные последовательности, составляющие белок, они обнаружили, что он имеет высокоупорядоченную иерархическую структуру, которая обеспечивает его высокую прочность.
Сделать натуральное волокно коммерческим продуктом получилось не сразу. Команда исследователей собирала личинок, разводила и наблюдала за их поведением. Они изучили жизненный цикл мешочных червей.
Увеличенные листы под микроскопом. © MINOLON, The Government of Japan.
Следом команда разработала методы разведения в помещении и создала систему непрерывного сбора шелка.
Мешочные черви плетут зигзагообразные, похожие на лестницу, нити шелка. Они используют их как строительные леса для передвижения. Опираясь на этот принцип, японская компания создала сверхтонкие листы, напоминающие нетканый материал. Объем производства достиг примерно 1000 м2 в год.
В ноябре 2024 года японская компания запустила свой бренд MINOLON.
Первым продуктом, при создании которого использовали новый шелк, стала серия теннисных ракеток YONEX Ezone.
Новый материал применили в стержне ракетки, сочетав его с передовыми углеродными материалами. Благодаря прочности и гибкости шелка показатели виброгашения улучшились на 5,8%, по сравнению с традиционными моделями.
Одно из достоинств материала – биоразлагаемость. Поскольку он получен не из ископаемого топлива, то нет риска его превращения в микропластик после утилизации.
Компания в будущем рассчитывает применять волокна в еще не изученных сферах, например, в аэрокосмической отрасли. Там прочность этого материала можно использовать по максимуму.
Новое в защите дыхания
Изобретательский шлейф, инициированный еще в пору пандемии COVID-19, до сих пор поражает примерами успешного внедрения.
В США изобрели «невидимую маску» для защиты от респираторных вирусов.
Передовая технология от стартапа Taza Aya из Мичиганского университета может защитить работников сельского хозяйства и промышленности от переносимых по воздуху патогенных микроорганизмов.
В каске реализован принцип воздушной завесы, напоминающий работу невидимых струй горячего воздуха у входных дверей, отсекающих проникновение холодного воздуха внутрь помещения.
Воздушная завеса, опускающаяся с полей каски, может предотвратить попадание 99,8% вредных аэрозолей, вирусов, грибов и патогенных бактерий на лицо работника.
Для эффективной защиты подаваемый воздух необходимо сначала очистить от патогенов. Исследование, проведенное группой соучредителя Taza Aya Херека Клака, доцента кафедры гражданского строительства и охраны окружающей среды Калифорнийского университета, показало, что их метод может удалять и уничтожать 99% переносимых по воздуху вирусов.
С этой целью воздух в специальном ранцевом устройстве обрабатывается холодной плазмой.
Нетепловая плазма (холодная или неравновесная) плазма – это плазма, которая не находится в термодинамическом равновесии, поскольку температура электронов намного выше температуры тяжелых частиц (ионов и нейтральных элементов). Термин «холодная» используется, чтобы отличить плазменные разряды с температурой, близкой к комнатной (+25+40 °C), от других видов плазмы, работающих при температуре на сотни или тысячи градусов выше.
Нетепловая, или холодная, плазма состоит из электрически заряженных молекул и молекулярных фрагментов, которые достигают аналогичного эффекта без использования тепла. Эти ионы и молекулы быстро стабилизируются, превращаясь в обычный воздух, прежде чем попасть в сопла завесы.
Прототип Taza Aya представляет собой рюкзак весом около 4,5 кг, в котором находятся нетепловой плазменный модуль, устройство подачи воздуха, электроника и аккумуляторная батарея устройства. Устройство подачи воздуха всасывает воздух в модуль, где он проходит обработку, прежде чем попасть в сопло воздушной завесы и стать безопасным для дыхания.
Новое устройство для индивидуальной защиты дыхательных путей. © Michigan Engineering.
Испытания показали, что предотвращается попадание 99,8% вредных агентов (включая вирусы).
Эффективность традиционных защитных масок зависит от их плотного прилегания к лицу. Панорамные маски также могут запотевать, маски с очками тоже подвержены запотеванию. А в новом устройстве это полностью исключается.
Сегодня технология проходит испытания на птицефабрике Michigan Turkey Producers.
Крахмал и электричество
Исследовательская группа из Великобритании разработала биоразлагаемые нанокомпозитные пленки. Новый материал может стать зеленой альтернативой пластиковым электронным компонентам, которые получают из продуктов нефтепереработки.
Зерна кукурузного крахмала в клетках картофеля.
В долгосрочной перспективе рынка электроники переход к биополимерам, таким как крахмал, позволит, во-первых, отказаться от дефицитных и нефтехимических ресурсов, а во-вторых, значительно сократит объемы накапливаемых в мире токсичных отходов.
Перспективный экологичный материал разработали ученые из Лондонского университета королевы Марии (Великобритания). Базой послужил крахмал как биоразлагаемый полисахарид и пленкообразователь, полученный из растений (кукурузы, картофеля и гороха). В числе его преимуществ хорошая растворимость в воде и относительно низкая, по сравнению с другими полимерами (целлюлозой, лигнином и белками), стоимость. Более того, крахмал содержит гидроксильные группы, благодаря чему поддается сшиванию, то есть образованию поперечных (межмолекулярных) связей, что делает его более прочным.
Наконец, он обладает такими нужными в устойчивой электронике свойствами, как возобновляемость, биоразлагаемость в почве и в воде, легкость, простота в изготовлении гибких пленок и гелей, а также биосовместимость, что делает его пригодным для использования в биологических и медицинских целях.
Процесс получения нанокомпозитных пленок из крахмала и максена. © Ming Dong et al.
В качестве электропроводящего наполнителя нанокомпозита материаловеды использовали электропроводящий состав максена – карбида титана (слоистый двумерный материал на основе карбидов или нитридов переходных металлов). Тот был равномерно распределен в крахмальной матрице и продемонстрировал высокую совместимость с ней, образовав водородные связи. Варьируя концентрации максена, исследователи настраивали прочность, электропроводность и коэффициент тензочувствительности, или меру чувствительности датчика.
В результате материал продемонстрировал мощные электромеханические свойства и стабильные электрические характеристики, что позволит использовать его как надежный и универсальный компонент в электронных устройствах и не только. Пленку можно адаптировать в датчиках движений человека для создания умных электронных покрытий.
В отличие от аналогов на основе нефтепродуктов, композит на основе крахмала разлагается в почве за месяц, что делает его экологически чистым. Свои выводы ученые представили в журнале Advanced Functional Materials.
Умные сенсорные перчатки
Что, если бы прикосновения человека можно было наносить на карту, как рельеф местности, при каждом прикосновении выявлять вершины и контуры, а каждый контакт был бы следом, который можно изучать и совершенствовать?
В компании PPS UK Limited (Великобритания) разработана Tactile Gloves Systems – емкостная сенсорная перчатка, которая превращает прикосновения в полезные данные для практиков разных дисциплин.
С момента своего запуска в 2015 году TactileGlove претерпела несколько изменений.
То, что начиналось как прибор с ограниченным количеством датчиков, теперь представляет собой многопараметрическое сенсорное устройство, используемое в промышленности, здравоохранении и спорте. Его потенциал продолжает раскрываться по мере развития технологии, сочетая более высокую точность измерений с более простым управлением.
В последнее поколение устройств встроено подключение Bluetooth 5 для более быстрой и надежной передачи данных на большие расстояния. Частота дискретизации от 10 до 50 Гц обеспечивает анализ захвата и фиксацию движения в режиме реального времени, а также прямую трансляцию в аналитическое программное обеспечение, чтобы инженеры, терапевты и тренеры могли визуализировать силу, прилагаемую руками, по мере ее возникновения.
Устройство позволяет инженерам и эргономистам измерять нагрузку при выполнении реальных задач, таких как резка листового металла ножницами, подъем коробок и тонкая сборка.
Эргономичный дизайн инструмента начинается с понимания того, как рука прикладывает усилие.
Технология PPS измеряет давление и сдвиг на рукоятках инструмента, перчатках и поверхностях управления, создавая пользовательские карты захвата с указанием распределения давлений с высоким разрешением.
Это путь к максимальному удобству.
Инженеры могут использовать эти данные для уточнения геометрии захвата, текстуры и жесткости материала, что снижает локальную нагрузку и усталость, одновременно улучшая контроль и безопасность.
Новые контактные линзы позволяют видеть в темноте
Исследователи из Университета науки и технологии Китая разработали контактные линзы, которые позволяют людям видеть вспышки инфракрасного света даже в темноте или с закрытыми глазами.
Юцянь Ма и его команда объединили обычные мягкие контактные линзы с 45-нанометровыми частицами, состоящими из золота, фторида гадолиния натрия, ионов иттербия и эрбия (здесь по-иному начинаешь воспринимать звучащую все чаще тему добычи редкоземельных металлов).
Согласно выводам команды, опубликованным в научном журнале Cell, контактные линзы upconversion (UCLs) преобразуют инфракрасный свет с длиной волны от 800 до 1600 нанометров в видимый, сообщает DW.
Наночастицы усиливают энергию длинных инфракрасных световых волн. Они преобразуют инфракрасный свет в три основных оттенка, которые может воспринимать человеческий глаз.
Пока еще конечные изображения получаются размытыми из-за рассеивания света наночастицами в линзах – требуется доработка, но перспективы понятны. Очки ночного видения, которые усиливают слабые инфракрасные сигналы и делают их видимыми, по-прежнему намного эффективнее инфракрасных контактных линз.
Тем не менее исследователи видят пути совершенствования.
В ходе экспериментов люди продемонстрировали способность распознавать буквы, узоры и мигающие инфракрасные сигналы в темноте. Кроме того, поскольку инфракрасный свет легко проникает сквозь веки, а обычный видимый свет не мешает созданию изображения, инфракрасные линзы работают еще лучше, когда глаза закрыты.
Разработчики утверждают, что очки могут быть использованы в криптографии или шифровании, хирургии или для защиты от подделок.
Это связано с тем, что инфракрасный свет, например, делает видимыми невидимые пометки или элементы на документах.
Еще одно направление – вспомогательная технология для людей частично потерявших зрение, а также для лечения дальтонизма.
Эти линзы делают видимыми предметы, выделяющие тепло, что позволит использовать их для спасения людей в условиях плохой видимости (тумана, запыленности). Очевидные плюсы – легкость и компактность линз. Однако многие критики пока сомневаются в этом, поскольку системы ночного видения намного мощнее и намного проще в использовании.
Исследователи полагают, что технология может стать революционной для взаимодействия людей с невидимым спектром света.
Так зачем отслеживают новые технологии?
Они позволяют выявить недостаток навыков, упредить отставание, взвешенно оценить потенциал открывающихся возможностей, построить планы.
Мониторинг даёт возможность предсказывать будущие события и принимать решения на основе прогнозов.
Знания остаются движущей силой.
(Пока оценок нет)
Загрузка...
