Šta nam u budućnosti donose otkrića u tehnologiji materala

“Da se današnji pametni telefon pravio osamdesetih godina, koštao bi oko 110 miliona dolara, zahtevao bi gotovo 200 kilovata energije (danas troši 2kV godišnje), a uređaj bi bio visok 14 metara”.

Ova izjava u potpunosti opisuje važnost napretka u tehnologiji materijala. Nauka o materijalima učinila je dostupnim pametne telefone za preko 3,5 milijarde ljudi. Ali pored razvoja uređaja, nauka o materijalima omogućava mnogobrojna rešenja za energije, moderne gradove, transport i medicinu. U borbi sa pandemijom Covid-19, naučnici razvijaju biomaterijale, nanotehnologiju i vrše razna istraživanja materijala kako bi ubrzali pronalazak rešenja.

Najveća otkrića u nauci materijala

Iako nevidljivi golim okom, nano-materijali će se integrisati u naš svakodnevni život poboljšavajući medicinu, energiju, pametne telefone i još mnogo toga. Naša budućnost zavisi od materijala koji stvaramo.

Uz pomoć veštačke inteligencije i kvantnog computing-a u narednoj deceniji, otkriće novih materijala doživeće eksponencijalni rast. Sa novim otkrićima, prilagođeni materijali postaće svima dostupni. Implanti kolena biće personalizovani tako da udovolje tačnim potrebama svakog tela, kako u pogledu strukture, tako i sastava.

Mapiranjem stotina miliona različitih mogućih kombinacija elemenata - vodonika, bora, litijuma, ugljenika itd, stvorila se ogromna baza podataka koja omogućava naučnicima da kombinuju elemente brže nego ikad pre i pomaže im da stvore nove vrste elemenata.

Upotreba novih alata za proizvodnju dodatno je unapredila proces, dozvoljavajući rad na potpuno novim razmerama i veličinama, uključujući atomsku vagu, gde je sada moguće graditi materijale jedan atom po jedan. Novi alati su pomogli da se stvore metamaterijali koji se koriste za pravljenje lakših vozila, napredne legure za izdržljivije mlazne motore i biomaterijala koji imaju primenu u medicini. U robotici, novi materijali pomažu nam da stvorimo veštačke mišiće potrebne za humanoidne robote.

Upoznajmo se sa nekim od vodećih otkrića nauke materijala iz prethodne decenije.

Litijum-jonske baterije

Litijum-jonska baterija koja danas napaja sve, od pametnih telefona do automobila, prvi put se pojavila sedamdesetih godina prošlog veka. Nije mogla biti plasirana na tržište do devedesetih godina, a tek je poslednjih nekoliko godina počela da dostiže punu primenu. Napredak tehnologije, ovim baterijama spušta cenu već tri decenije. Cene su pale za 90% između 1990. i 2010, a od tada za još 80%.

Litijum-jonske baterije igraju ključnu ulogu u skladištenju obnovljivih izvora energije, pomažući da se cene solarne i vetro-energije smanje i postanu konkurentne u odnosu na cene uglja i benzina.

Grafen

Dobijen od istog grafita koji se nalazi u običnim olovkama, grafen je dvodimenzionalna struktura grafita debljine jednog atoma. Gotovo da nema težinu, ali je 200 puta jači od čelika. Sprovodi struju i širi toplotu brže od bilo koje druge poznate supstance, a pored toga ovaj super-materijal ima i moć transformacije.

Kako se troškovi proizvodnje smanjuju, ovaj materijal ima moć da ubrza napredak u mnogim oblastima. Mnogi savitljivi ekrani uređaja, sistemi za isporuku lekova, 3D štampači, solarni paneli i zaštitne tkanine koriste grafen. Takođe, omogućava rad senzora, tranzistora visokih performansi, čak pomaže i da tečnosti u kičmenoj moždini bolje komuniciraju sa neuronima.

Perovskit

Trenutno „efikasnost konverzije“- mera koliko privučene sunčeve svetlosti može biti pretvoreno u električnu energiju - prosečnog solarnog panela, varira oko 16% po ceni od oko 3 dolara po vatu. Perovskit, kristal osetljiv na svetlost i jedan od novijih novih materijala, ima potencijal da podigne konverziju i do 66%, što bi dovelo do povoljne solarne energije za celokupno stanovništvo. Sastojci perovskita su široko dostupni i povoljni za kombinovanje.

Nano svet

Nanotehnologija je značajna oblast nauke o materijalima, kada dođemo do tačke u kojoj je manipulacija materijom milion puta manja od mrava, 8 000 puta manja od crvenog krvnog zrnca i 2,5 puta manja od lanca DNK.

Nanobotovi su mašine koje možete podesiti da multiplikuju sebe ili proizvode više onoga što vama treba. A zato što se to događa na atomskom nivou, ovi nanobotovi mogu da razdvoje bilo koju vrstu materijala – zemlju, vodu, vazduh - atom po atom, i koriste ove sirovine za izgradnju bilo čega.

Iznenađujući napredak u nano-svetu je posledica velike dostupnosti nano-proizvoda koji su sada na tržištu. Nano dodaci tkaninama pomažu da se odeća ne gužva i ne prlja, nano-filmovi na prozorima čine ih samočistećim, anti-refleksnim i sposobni su da sprovode električnu energiju. Želite da dodate solarnu energiju svojoj kući? Postoje nano-premazi koji sakupljaju sunčevu energiju.

Nanomaterijali čine lakšim automobile, avione, kacige, bicikle, električne alate i tu se lista ne završava. Istraživači sa Harvarda izgradili su nanočelični 3D štampač sposoban za proizvodnju baterija širine manje od jednog milimetra. Bioinžinjeri su nedavno smestili 700 terabajta podataka u jednan gram DNK. Trenutno se u medicini nanobotovi za doziranje lekova pokazuju kao posebno korisni u borbi protiv raka.

Pored toga, nanotehnologija se sada koristi u kreiranju pametnih kontaktnih sočiva koja bi zamenila VR naočare, rezolucije šest puta veće od one na današnjim pametnim telefonima.

Na polju zaštite životne sredine naučnici mogu da uzmu ugljen-dioksid iz atmosfere i pretvore ga u super-jaka ugljenična vlakna za upotrebu u proizvodnji. Ako to uspeju učiniti, u narednih deset godina CO2 u atmosferi bi se smanjio na predindustrijski nivo.

Primene su beskrajne i brzo dolaze. Tokom naredne decenije, uticaj vrlo, vrlo malih će postati veoma veliki.

Izvor: singularityhub.com