Инженеры по всему миру уверены, что дерево – самый перспективный материал, подходящий для инновационных разработок. Из него уже изготавливают транзисторы, процессоры и даже стекла. О том, как еще могут быть полезны древесные отходы, рассказывает программа "Наука и техника" с Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.
Деревянный робот, обученный нейросетью
В Японии собрали настоящего робота из дерева. Механизм приводят в движение сервоприводы. При этом ходить робота научил не человек, а нейросеть.
"Сначала модель робота нужно прогнать через 3D-сканер. Полученный образец загружается в специальную программу, которая собирает робота воедино и начинает обучать его. За верные движения нейросеть поощряет механизм, за неверные – наказывает. Так создается алгоритм ходьбы", – объяснил исполнительный директор компании – разработчика деревянного робота Нобуюки Ота.
Суперкар из опилок
Африканский подросток Сэмюэл Абоагье сконструировал из дерева скутер. Корпус он сколотил из досок, установил найденный в мусорке электромотор, добавил аккумулятор от швейной машинки и солнечную панель для подзарядки. Самодельный транспорт ездит на альтернативной энергии, но назвать его высокотехнологичным сложно.
Инженеры Киотского университета собрали суперкар из опилок. Автомобиль получился на 10% легче металлического и в пять раз прочнее. А все потому, что ученые разработали уникальную технологию производства нановолокна.
Фото: © Скриншот видео
"Древесину измельчают и обогащают целлюлозой, после чего заготовку кипятят в химикатах для удаления ненужных веществ. Материал становится легким и прочным. Затем образцы кладут под горячий пресс, и тогда древесина превращается в нановолокно. Для большей прочности мы армируем его смолой", – рассказал инженер Киотского университета руководитель проекта по созданию композитного материала Аримицу Усуки.
Под капотом деревянного авто – водородный топливный элемент. То есть натуральные материалы в сочетании с альтернативной энергией. Но есть одно но: инновационный суперкар не быстрее велосипеда. Максимальная скорость автомобиля всего 20 километров в час.
Деревянные экраны смартфонов
Экраны смартфонов в будущем тоже могут стать деревянными. В Мэрилендском университете уже придумали, как делать стекло из древесины.
"Древесина вываривается в химикатах, так из структуры дерева удаляется природный клей – лигнин. После этого в состав добавляется эпоксидная смола. Она делает древесину более крепкой и устойчивой к механическим воздействиям. После этого материал сушится. В итоге получаются прозрачные деревянные пластинки", – пояснил профессор материаловедения и инженерии Мэрилендского университета Гэри Рублофф.
Фото: © Скриншот видео
Теплопроводность и способность распределять свет у такого стекла даже лучше, чем у обычного. Казалось бы, совсем скоро можно будет делать из дерева окна, дисплеи и панели солнечных батарей. Но пока ученые смогли изготовить только крошечные образцы площадью 12 на 12 сантиметров.
Как зарядить телефон от дерева
А вот шведы решили, что дерево больше подходит для того, чтобы заряжать смартфоны. Ученые обратили внимание на то, что во время движения воды от корней к листьям растения вырабатывают электричество. В лаборатории смогли повторить этот процесс и в несколько десятков раз усилили природный генератор.
"Изменяя состав древесины на наноуровне, мы смогли заметно улучшить способность древесины генерировать электричество. Кроме того, регулируя разницу pH между деревом и водой, мы добились потенциала в один вольт и выходной мощности в 1,35 микроватта на квадратный сантиметр. Древесина подавала высокое напряжение в течение примерно двух-трех часов, прежде чем напряжение падало. И выдерживала 10 циклов без снижения производительности", – отметил президент шведского Королевского технологического института Андерс Сёдерхольм.
В будущем эта технология позволит обеспечивать энергией любые гаджеты. Например, чтобы зарядить ноутбук, понадобится два литра воды и деревянный лист площадью один метр. Но это в теории. На практике разработчикам пока удалось получить всего 140 милливольт энергии – этого не хватит, даже чтобы зажечь лампочку.
Фото: © Скриншот видеофс
Поэтому шведы решили попробовать усилить сигнал и создали транзистор – тоже из дерева. Для этого ученым понадобилось удалить из него лигнин, как и при производстве стекла.
"Мы взяли пробковое дерево, растворили природный клей и заполнили полости, которые образовались на его месте, полимером со смешанной электронно-ионной проводимостью. Эти три отрезка древесины могут положить начало зеленой электронике", – рассказал инженер в области органической электроники Линчепингского университета Клас Тибрандт.
Вот только устройство работает на частоте всего один герц. Для сравнения, частота кремниевых транзисторов, которые установлены в телевизорах и телефонах, как минимум в 50 раз больше. В современной технике использовать деревянный прибор не получится – он просто сгорит.
Чем полезны древесные отходы
Канадские ученые создали материал крепче титана, причем даже не из самого дерева, а из древесных отходов. В ход пустили опилки, стружки и тот самый лигнин – клейковину, от которой избавляются создатели стекла и транзисторов.
Фото: © Скриншот видео
"Мы растворили лигнин в древесине и получили волокна из стенок растений – нанофибриллы. Затем их связали между собой и заново создали кусок дерева, который прочнее исходной древесины в пять раз", – говорит профессор химической и биологической инженерии Университета Британской Колумбии Орландо Рохас.
Из такой древесины можно делать хоть фюзеляжи самолетов, а привычные стулья будут служить чуть ли не вечно.
Как вырастить мебель в пробирке
В США уверены, что и мебель и фюзеляжи можно не изготавливать, а выращивать в пробирке. Исследователи из Массачусетского института научились создавать древесину с заданными свойствами. И они не просто культивируют деревья нужной гибкости или прочности, а сразу придают им нужную форму. Это позволяет сделать производство безотходным.
"Процесс разделили на три стадии: сначала из молодых листьев получили клетки, затем перенесли их в жидкую среду. После чего обработали гелем с питательными веществами и гормонами. В итоге биоматериал стал производить новые клетки. Мы воздействовали на их свойства, это дало возможность лепить из них практически все что угодно", – пояснил доцент кафедры биологии Массачусетского технологического института Мэри Геринг.
Фото: © Скриншот видео
Лекарство от рака из бересты
В России нашли древесине неожиданное применение. Ученые Сибирского отделения РАН вместе со специалистами из Красноярска и Новосибирска придумали, как делать лекарство от онкологии из бересты.
"Здесь представлена измельченная кора березы, то есть это мелкая фракция, полученная на мельнице. Содержание бетулина достигает 25–30% в зависимости от вида, места произрастания", – подчеркнул кандидат химических наук, доцент, старший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН Юрий Маляр.
Бетулин – это натуральное сильнодействующее вещество. Оно разрушает опухоль, не повреждая здоровые клетки, а еще стимулирует выработку в крови цитокинов – клеток, которые участвуют в иммунной защите организма. Чтобы изготовить лекарство, ученые смешали бетулин с пропионовой кислотой – ее используют для изготовления многих медицинских препаратов. Вот только полученное вещество плохо растворялось в воде, и из-за этого хуже усваивалось организмом. Поэтому исследователи добавили к коре березы лиственницу.
"Полисахарид из древесины лиственницы называется арабиногалактан. Его уникальность в том, что, во-первых, его легко выделять, то есть он выделяется просто из опилок лиственницы кипячением в воде. И второе его прекрасное свойство – это то, что он очень хорошо растворим в воде", – сказал Маляр.
Фото: © Скриншот видео
Полисахарид из лиственницы к тому же сыграл роль курьера. Он доставил бетулин в зараженную клетку, и препарат убил злокачественную опухоль. Это подтвердили в лабораторных условиях. В ходе тестов береста и лиственница уничтожили 90% клеток рака легкого.
Дерево-Франкенштейн
Получается, древесина – настоящий материал будущего, из которого совсем скоро будут делать машины, мобильные телефоны, самолеты и лекарства. Вот только где взять столько деревьев? Ведь и без этого за последнюю четверть века человечество потеряло больше миллиона квадратных километров леса.
Профессор Сэм ван Акен из Сиракузского университета уверен, что живые деревья могут принести куда больше пользы, потому что на них можно выращивать фрукты. Он создал дерево-Франкенштейн, на котором растут одновременно 40 разных фруктов.
Фото: © Скриншот видео
"Я просто прививал разные сорта косточковых к одному дереву. Они прижились и стали давать плоды. Я уже посадил 16 таких деревьев по всей Америке – от Нью-Йорка до Санта-Фе. Я бы хотел высадить больше, но это сложно, ведь на создание одного мультифруктового дерева уходит до пяти лет", – рассказал преподаватель колледжа искусств и наук Сиракузского университета художник и селекционер Сэм ван Акен.
Остается только дождаться, когда ученые смогут культивировать высокотехнологичное дерево, с которого можно будет собирать не только фрукты, но и урожай мебели, лекарств и машин. Тогда количество садоводов и количество деревьев на планете точно станет больше.
О самых невероятных достижениях прогресса, открытиях ученых, инновациях, способных изменить будущее человечества, смотрите в программе "Наука и техника" с ведущим Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.
