Rzeczy, które za dziesięć lat mogą być codziennością
Połykane roboto-pigułki
Naukowcy prezentowali już różnego rodzaju kapsułki z elektroniką, które mieliby połykać pacjenci, a które służyłyby do uwalniania leków lub do diagnostyki. Zespoły z Massachusetts Institute of Technology, University of Sheffield i Tokyo Institute of Technology zademonstrowały jednak niedawno składanego robota origami.
Po połknięciu kontrolowany jest za pomocą zewnętrznych pól magnetycznych (1), aby mógł działać wewnątrz naszego ciała. Kilka lat wcześniej badacze z MIT zaproponowali sprzęt rejestrujący ważne dane o funkcjonowaniu ludzkiego organizmu, dający się bezpiecznie połknąć.
Aparatura badawcza zamknięta jest w opływowej kapsule o rozmiarach migdała, wypełnionej miniaturowymi mikrofonami rejestrującymi dźwięki, np. odgłos bicia serca, co skutecznie zastępuje choćby stetoskop. Sygnały pochodzące z serca lub np. płuc po zapisaniu mogą być przesłane za pośrednictwem fal radiowych do odbiornika na zewnątrz, oddalonego nawet o 3 m.
Tego rodzaju urządzenia prawdopodobnie wejdą do użytku w medycynie już w ciągu kilku lat. Ciekawe są też pomysły na ich autentykację, chroniącą dostęp dla osób niepożądanych. Motorola opracowała np. elektroniczną pigułkę, która zawiera malutki chip do pracy w płynach trawiennych. "Hasłem" uruchamiającym urządzenie jest cały organizm, czyli biologiczne parametry pacjenta.
Elektroniczne, inteligentne ubrania
Tekstylia elektroniczne lub e-tekstylia to tkaniny, które umożliwiają wbudowanie w nie komponentów cyfrowych, takich jak bateria i światło (w tym małe komputery) oraz elektronika. Możliwych zastosowań jest wiele - od monitoringu parametrów organizmu u sportowców lub pacjentów po wyświetlanie na powierzchni ciuchów tekstów i obrazów (2).
Pierwsze ubrania z elementami elektroniki są już w sprzedaży - moduły elektroniczne dołącza się do górnych części garderoby lub instaluje w butach. Nowością w kolejnej dekadzie może być zastosowanie w handlowych tkaninach przewodzących włókien, zamiast tradycyjnych przewodów.
Ogniwa elektrochemiczne absorbujące CO2 - i inne techniki wychwytu
Niedawno inżynierowie z MIT opracowali nowy sposób usuwania dwutlenku węgla z powietrza (3). Proces oparty na przepuszczaniu powietrza przez stos naładowanych ogniw elektrochemicznych został opisany w czasopiśmie "Energy and Environmental Science". Prototypowe urządzenie jest zasadniczo dużą baterią, która pochłania dwutlenek węgla z powietrza (lub innego strumienia gazu) przechodzącego przez jego elektrody w trakcie ładowania, a następnie uwalnia gaz w trakcie rozładowywania.
W miarę ładowania akumulatora na powierzchni elektrod zachodzi reakcja elektrochemiczna. Są one pokryte związkiem zwanym poli-antrachinonem, który jest komponowany z nanorurkami węglowymi. Elektrody mają naturalne powinowactwo do dwutlenku węgla i łatwo reagują ze swoimi cząsteczkami w strumieniu powietrza lub w gazie zasilającym, nawet jeśli są obecne w bardzo niskich stężeniach.
Reakcja odwrotna ma miejsce, gdy bateria jest rozładowana - urządzenie może dostarczyć część mocy potrzebnej dla całego systemu - i w procesie wyrzuca strumień czystego dwutlenku węgla. System więc nie "likwiduje" pochłanianego gazu, lecz wychwytuje go z małych stężeń, czyli z powietrza, a następnie kondensuje. Czysty CO2 może zaś trafić np. do zakładów produkcji napojów gazowanych. Z dużym prawdopodobieństwem da się założyć, że zainteresowanie skutecznym i tanim wychwytem dwutlenku węgla już teraz ogromnie będzie rosło.
Długowieczne diamentowe baterie
Nazywa się tak odpady radioaktywne zamknięte w diamentach, przetwarzające promieniowanie w energię elektryczną (4). Tego rodzaju nowy typ akumulatora zaproponowany został trzy lata temu przez Instytut Cabota Uniwersytetu w Bristolu. Bateria ma wykorzystywać radioaktywne bloki grafitu odpadowego, używanego jako moderator neutronowy w reaktorach jądrowych i powinna działać, czyli produkować energię, przez tysiące lat.
Prototyp baterii wykorzystuje izotop węgla 14C w postaci węgla diamento-podobnego (DLC) jako źródło promieniowania beta oraz dodatkowy węgiel normalny DLC do wykonania niezbędnego połączenia półprzewodnikowego i obudowania izotopu. Zastosowanie diamentu, jednego z najtwardszych ciał stałych na Ziemi, nie tylko zwiększy ilość wytwarzanego prądu, ale także zapobiegnie wyciekom promieniowania z baterii.
Okres połowicznego rozpadu 14C wynosi 5730 lat, więc jest to niezwykle trwałe źródło energii. I to byłby dobry argument, aby je stosować, pomimo relatywnie wyższej ceny. A dziedzin do wykorzystania na pewno nie zabraknie - od medycyny po kosmos.
Optogenetyczna inżynieria lecząca choroby
Optogenetyka to technika polegająca na kontrolowaniu aktywności określonej grupy neuronów za pomocą światła. Wrażliwość neuronów na światło uzyskuje się przez wprowadzenie do nich sekwencji genu kodującego światłoczułe białko z rodziny opsyn, np. na nośniku wirusowym. Białko to wbudowuje się w błonę komórkową komórki nerwowej i pod wpływem światła wywołuje jej pobudzenie lub zahamowanie.
Według badań opublikowanych kilka lat temu w czasopiśmie "Nature", myszy (5) z nadpobudliwymi pęcherzami - doprowadzonymi do takiego stanu przez czynniki medyczne - doświadczyły spadku częstej potrzeby oddawania moczu po wszczepieniu im urządzenia, które wytwarza aktywowane światłem białko zwane archaerhodopsyna 3.0. Czujnik owinięty wokół pęcherza śledzi, ile razy pacjent oddaje mocz. Jeśli jest to więcej niż trzy razy na godzinę, aktywuje się dioda LED umieszczona na implancie.
Praktyczne zastosowanie tej metody kontrolowania funkcji organizmu może być spodziewane w drugiej połowie dziesięciolecia.
Tańsze ogniwa słoneczne o wysokiej sprawności, perowskity
Naukowcy z Uniwersytetu Stanowego w Arizonie pobili w ostatnich miesiącach rekord sprawności ogniw słonecznych - stosując fotowoltaikę tandemową i perowskity, osiągnęli 25,4% (6). Poprzedni światowy rekord wydajności tego rodzaju ogniw słonecznych (23,6%) ustanowili w 2017 r. profesorowie Zachary Holman i Zhengshan Yu z zespołem, którzy usytuowali półprzezroczysty perowskit na krzemie.
Oczywiście od lat prowadzone są eksperymenty z ogniwami wielowarstwowymi, koncentratorami i soczewkami Fresnela skupiającymi promieniowanie słoneczne, a prototypy osiągają efektywność dwukrotnie większą. Jednak to perowskity dają szansę na szybsze wprowadzenie nowej generacji paneli słonecznych na rynek konsumencki.
Drukarka 3D jako AGD w każdym domu
Kilka lat temu firma Mattel, znany producent zabawek, wprowadziła na rynek tanią drukarkę 3D. Zestaw o nazwie ThingMaker, składający się z aplikacji mobilnej i drukarki, pozwala na wykonywanie zabawek we własnym domu - samodzielne wytwarzanie lalek, dinozaurów, bransoletek, naszyjników itd. Użytkownicy najpierw przeglądają różne modele w aplikacji mobilnej, a następnie wydają polecenie druku - nie tylko całych figurek, ale też elementów ze specjalnymi zaczepami, które da się poskładać w większe przedmioty.
Firma Lego już w roku 2014 ogłosiła, że pozwoli swoim klientom na drukowanie klocków za pomocą maszyn 3D. Uznano wprawdzie, że fani klocków raczej nie będą zainteresowani samodzielnym drukowaniem setek elementów, ale teoretycznie mogliby chcieć wykonywać elementy specjalne, niektóre figurki, klocki rozszerzające możliwości posiadanego zestawu itd.
Jednak prawdziwym polem do popisu dla technik druku 3D i drogą do wejścia tych urządzeń "pod strzechy" może być produkowanie żywności (7), o czym pisaliśmy w "MT" rok temu. Obecnie na przeszkodzie wciąż stoją bariery cenowe takiej usługi, ale sytuacja może się zmienić - i to w czasie krótszym niż pięć lat.
Słuchawki tłumaczące na żywo
Zaprezentowane dwa lata temu słuchawki Pixel Buds (8) Google’a są wyposażone w przyciski dotykowe i zapewniają dostęp do usługi Google Assistant. Choć początkowo nie były w pełni bezprzewodowe, jak AirPody Apple’a, określono je produktem przełomowym, ze względu na stały dostęp tłumaczeń symultanicznych w Google Translate. "Bezpośrednio i natychmiastowo usłyszysz w swoim uchu tłumaczenie mówiącego w innym języku rozmówcy", obiecywało Google.
Od tego czasu pojawiło się kilka innych podobnych produktów. Tłumaczenia, jak wiadomo, nie są jeszcze doskonałe, ale dekada wydaje się odpowiednią perspektywą czasową, aby przewidywać dojrzałość, doskonałość i powszechne stosowanie tego rodzaju urządzeń.
Interfejsy głosowe i wyświetlacz na każdym kroku
Szybki rozwój technik komunikacji z maszynami za pomocą głosu opisywaliśmy niedawno szeroko w "Młodym Techniku". Czy w ciągu nadchodzącego dziesięciolecia głosowy interfejs pokona na rynku klawiatury, myszy, ekrany dotykowe? Nie jest to pewne. Można jednak ze sporą dozą prawdopodobieństwa zakładać, że upowszechnią się techniki wyświetlania nie tylko obrazów, ale również interaktywnych interfejsów w różnych obecnie nietypowych miejscach, takich jak lustra w łazienkach (9), stoły czy szyby samochodowe.
Mirosław Usidus
