Практически завершилась первая четверть XXI века, отметившись появлением массы новых технологических решений во всех сферах человеческой жизни. Оглядываясь на пройденный интервал времени мы можем подвести символический итог достижений человечества в области технологий и рассмотреть пусть не все, но хотя бы 10 выдающихся научно-технологических открытий, разработок или достижений 21 столетия.
1. Российская атомная батарейка.
Отечественные ученые НИТУ "МИСиС" во главе с профессором кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников Виктором Мурашовым представили уникальный автономный элемент питания, срок работы которого рассчитан на 20 лет. По сути, элемент питания представляет собой компактную атомную батарейку, способную легко уместиться на ладони человека.
Специалисты поясняют, что в основе элемента питания используется микроканальная 3D-структура никелевого бетавольтаического элемента. Основную ценность батареи составляет дорогостоящий радиоактивный элемент, который наносится с двух сторон так называемого планарного p-n перехода. Благодаря такому техническому решению российским учёным удалось не только существенно снизить обратный ток, но и контролировать его. Именно обратный ток существенно снижает мощность батареи, попросту говоря "крадет" её.
Реализация особой микроканальной архитектуры батареи позволила увеличить эффективную площадь преобразования бета-излучения аж в 14 раз! А это напрямую повлияло на увеличение тока и срока использования элемента питания.
Направления применения новинки в первую очередь станут аварийные источники питания при экстремальных температурах, например, в открытом космосе, глубоко под водой или в высокогорных районах.
Более подробная информация изложена в обзоре атомной батарейки.
2. Искусственный интеллект.
Сейчас мы живем в эпоху искусственного интеллекта (ИИ). По статистике компаний-разработчиков ИИ на сегодняшний день уже сотни миллионов людей напрямую взаимодействовали с генеративными инструментами, такими как ChatGPT, YandexGPT и т.п., способными создавать алгоритмы на различных языках программирования, тексты, сюжеты фильмов (достаточно вспомнить недавние забастовки голливудских сценаристов, утративших свою нужность в этом аспекте), видеофайлы или изображения, взяв за основу обычные, но, желательно, более конструктивные запросы, вводимые пользователем в строку поиска.
По правде сказать, я сам лично, используя ChatGPT 4, забавы ради создал обзор на последний iPhone от Apple, а создав, пришёл в ужас от прочитанного - обзор "сгенерился" на основе обзоров, уже опубликованных в Интернете другими авторами. Из полученного опыта я пришёл к выводу, что ИИ сам не создаёт ничего нового, а генерирует ответ на основе найденного в Интернете или своих баз данных. Поэтому, обзор смартфона в итоге пришлось написать самому.
Резко возросшая популярность генеративных инструментов навсегда изменила облик технологической индустрии, сделав название бренда OpenAI именем нарицательным и вынудив другие технологические компании, такие, как Яндекс, Google и Microsoft вкладывать значительные средства в развитие этой технологии.
А ведь всё началось не так давно - в ноябре 2022 года OpenAI запустила бесплатное веб-приложение ChatGPT и никто не знал, что будет дальше. Но буквально за пару лет этот скромный релиз изменил всё.
К январю 2023 года ChatGPT стал самым быстрорастущим веб-приложением за всю историю программных продуктов, предлагая любому пользователю, у кого есть браузер, получить доступ к одной из самых мощных за всю историю создания нейронных сетей. В феврале 2023 года Microsoft и Google обнародовали конкурирующие планы по объединению чат-ботов с поисковиком — планы, которые в итоге переосмыслили наше повседневное взаимодействие с Интернетом.
Ранние демоверсии аналогов ChatGPT были не очень хороши. Чат Bing от Microsoft выдавал какую-то несуразицу. Bard от Google был пойман на фактической ошибке уже на стадии демонстрации в своём рекламном ролике. Но это не остановило разработчиков, а только подзадорило. С тех пор Microsoft и Google вышли за рамки поисковых приложений и предоставили в руки миллиардов пользователей через свое офисное программное обеспечение ИИ помощников на базе чат-ботов.
В итоге теперь новые смартфоны Google используют искусственный интеллект, позволяющий редактировать фотографии до невиданного ранее качества, меняя грустные лица на счастливые, а пасмурные дни на идеальные закаты.
Никогда ещё столь радикальная новая технология так быстро и в таких масштабах не превращалась из экспериментального прототипа в потребительский продукт.
3. Чиплеты.
На протяжении десятилетий производители микросхем улучшали производительность, уменьшая размер транзисторов и помещая их в свои процессоры. Популярное название этой тенденции – закон Мура. Но эта эпоха заканчивается. Дальнейшее сжатие транзисторов и производство сложных микросхем, которые требуются сегодняшним высокотехнологичным отраслям, стало чрезвычайно дорогостоящим делом.
В ответ производители обращаются к меньшим, более модульным чиплетам, предназначенным для выполнения определенных функций (например, хранения данных или обработки сигналов), а для создания полноценной производительной системы могут быть связаны друг с другом. Чем меньше чип, тем меньше дефектов он может содержать, что в свою очередь делает производство конечного продукта менее затратным.
Компании, в том числе всем известные Advanced Micro Devices (AMD) и Intel, уже много лет продают свои компьютерные системы на базе чиплетов. Но смогут ли чиплеты помочь отрасли поддерживать прирост производительности в темпах закона Мура? - Это будет зависеть от компановки, предполагающей последовательное размещение чиплетов или их штабелирование, формирование между ними быстрых электрических соединений с высокой пропускной способностью и помещение их в защитный пластик. Вместе с тем, производители постоянно ищут лучший способ сбалансировать стоимость и производительность.
До недавнего времени внедрению чиплетов мешало отсутствие технических стандартов компановки. Ситуация поменялась, когда отрасль приняла стандарт с открытым исходным кодом под названием Universal Chiplet Interconnect Express (UCIE). Теоретически, введение стандартов должно упростить объединение чиплетов от разных компаний-производителей, а это в свою очередь подтолкнет развитие искусственного интеллекта, аэрокосмическую промышленность и автомобилестроение.
Все, кто интересуется смартфонами не раз слышал о чипсетах, возглавляющих их аппаратные части, а также про 12-ти, 10-ти, 8-и, 6-и, 5-и, а теперь и о 3-нанометровых техпроцессах, лежащих в основе создания чипсетов. По сути, сам чипсет базируется на чиплетах.
Наиболее яркими чиплетами являются микрочипы и нанороботы.
В настоящий момент микрочипы собираются из массива молекулярных сенсоров, которые могут анализировать биологические и химические вещества. А нанороботы даже меньше микрочипов. Эти крошечные датчики имеют очень ограниченную вычислительную мощность, и в настоящее время исследуются в лабораториях по всему миру.
Более подробно о последних разработках в области чипсетов можно почитать на канале здесь.
4. Экзафлопсные и квантовые компьютеры.
Самые быстрые в мире суперкомпьютеры теперь могут выполнять вычисления, превышающие эксафлопс (это единица за которой следуют 18 нулей). Новые машины, способные обрабатывать научные данные на таких скоростях, позволят учёным проектировать более сложные модели климата, ядерного деления, турбулентности и многого другого.
В мае 2022 года мировые рейтинги суперкомпьютеров потряс запуск Frontier, ставший самым быстрым суперкомпьютером в мире, он может выполнять более 1 квинтиллиона или, что тоже самое - эксафлопа (10 в 18 степени) операций с плавающей запятой в секунду. По сути, Frontier может выполнить за одну секунду столько же вычислений, сколько 100.000 самых продвинутых ноутбуков.
С запуском Frontier, расположенного в Национальной лаборатории Ок-Ридж в Теннесси, официально началась эра эксафлопсных вычислений. Вскоре к нему присоединились ещё несколько таких экзафлопсных компьютеров. Ожидается, что первый в Европе экзафлопсный суперкомпьютер "Юпитер" будет запущен в эксплуатацию в конце 2024 года. Наряду с этим, Китай также выпустил свои варианты экзафлопсных машин.
Прогресс на этом не остановится. За последние три десятилетия суперкомпьютеры становились примерно в 10 раз быстрее каждые четыре года или около того. Продолжая работать в развитие суперкомпьютеров, инженеры Ок-Риджа проектируют суперкомпьютер, который будет в три-пять раз быстрее, чем Frontier, и, вероятно, будет представлен в ближайшее десятилетие.
Проблемой суперкомпьютеров является потребляемая ими энергия. Кто знает, возможно, тут-то и пригодятся российские атомные батарейки.
Квантовые компьютеры.
Разработка квантового компьютера велась более 50 лет. Но в октябре 2019 года компания Google объявила, что достигла квантового превосходства в своёй разработке, выполнив расчет за 3 минуты, что на обычном суперкомпьютере заняло бы гораздо больше времени.
Квантовые компьютеры заменяют биты кубитами, имеющими накладываемые друг на друга состояния. Это делает их намного быстрее и эффективнее традиционных компьютеров. Однако, существует одна очень значимая опасность использования такого подхода к вычислениям. Дело в том, что использование "квантового" подхода может привести к потере информации.
Тем не менее, квантовые компьютеры могут стать революцией в таких областях, как медицина и блокчейн.
5. Автономные транспортные средства.
Научно-фантастические фильмы прошлого становятся сегодняшним будущим. Легковые и грузовые автомобили заняли центральное место в современном обществе, а технологические компании во всю разрабатывают и уже тестируют на улицах нашей столицы (я сам видел) беспилотные автомобили, полностью избавленные от водителей.
Эти беспилотные автомобили, благодаря использованию лидаров, работающих в паре с алгоритмами обработки получаемых изображений, готовы обеспечить различные уровни автоматизации управления, позволяя водителю отойти на второй план в определённых аспектах вождения.
Наиболее ярким представителем в сегменте беспилотных автомобилей является компания Tesla, планирующая достичь полной автоматизации вождения к 2025 году, если не раньше.
6. Литий-металлические аккумуляторы.
В настоящее время на пике популярности оказались электромобили. Произошло это даже при том условии, что они относительно дороги, могут проехать на одной зарядке всего несколько сотен километров, а сам процесс зарядки не только требует наличия "электроколонки", но и длителен по времени. Дело в том, что все возникшие недостатки в реализации электромобилей связаны с техническими ограничениями литий-ионных аккумуляторов.
Приняв во внимание эти факты, специалисты из компании QuantumScape предложили свой способ решить накопившиеся вопросы и разработали литий-металлический аккумулятор. Согласно предварительным результатам испытаний, аккумулятор может не только увеличить запас хода электромобиля на 80%, но и заряжается он существенно быстрее. С компанией сразу же поспешил заключить договор известный производитель автомобилей VW (Volkswagen), рассчитывая уже к 2025 году продавать электромобили с новым типом аккумулятора.
На сегодняшний день аккумулятор по-прежнему представляет собой прототип, значительно меньший по размерам, чем тот, который необходим для электромобиля.
Интересно, в электромобилях можно использовать отечественную атомную батарейку? - Если да, то Россия могла бы стать лидером в производстве электромобилей и электросамолётов.
7. 3D-печать металлом.
Довольно быстро в нашу жизнь вошли 3D-принтеры, печатающие пластиком разного типа. Наряду с ними были выпущены и смоляные 3D-принтеры, транслирующие на себя похожую технологию.
3D-печать оказалась отличным помощником для архитекторов и проектировщиков, позволяя воочию увидеть результаты проектирования и прототипирования.
Происходящие параллельно достижения в области технологий реализовали почти мгновенное изготовление металлов, расширив спектр возможностей создавать по мере необходимости большие и сложные металлические конструкции. Совместив две технологии: 3D-печати и изготовления металлов, отечественной компании 3DLAM удалось разработать 3D-принтер, печатающий металлом (здесь в качестве основы используется мелкодисперсный металлический порошок).
3D-печать металлом даёт производителям возможность изготавливать одну или небольшое количество металлических деталей гораздо дешевле, чем при использовании существующих технологий массового производства. Теперь, вместо того, чтобы хранить большой запас деталей, компания может просто распечатать нужную деталь по мере необходимости. Кроме того, с помощью реализованной технологии печати можно создавать сложные формы, которые невозможно получить ни одним другим методом.
8. 5G - пятое поколение мобильной связи.
Появление новых интеллектуальных устройств связи и существенно возросшего их количества, требующего не только беспроводного подключения к сети связи, но и более прочного соединения, гарантирующего высокую и надёжную скорость передачи данных привело к появлению 5G.
5G — мобильная сеть пятого поколения. Она разработана для предоставления абонентам более высоких скоростей передачи данных, повышенной
доступности и эффективности.
Эта технология за счёт более быстрой передачи данных и более качественных соединений также способствует развитию различных отраслей промышленности.
9. Сверхточное позиционирование.
Каждый день для навигации по городу мы так или иначе используем GPS или ГЛОНАСС. Появление этих навигационных систем существенно изменило нашу жизнь и многие виды нашего бизнеса. На сегодняшний день, например, точность GPS составляет от 5 до 10 метров. А новые технологии сверхточного позиционирования имеют точность в пределах нескольких сантиметров или миллиметров. Такая точность открывает новые возможности: от предупреждений об оползнях до роботов-доставщиков и беспилотных автомобилей, способных безопасно для окружающих передвигаться по улицам населённых пунктов.
Немногим позднее появления GPS, была разработана и введена в эксплуатацию российская навигационная система ГЛОНАСС, за которой, в свою очередь, вышла в свет китайская система BeiDou (Большая Медведица). Она была завершена в июне 2020 года и стала частью общей системы навигации.
Теперь точность позиционирования для любого обладателя смартфона сократилась от 1,5 до двух метров. Далее на помощь пришли наземные системы корректировки и точность позиционирования стала достигать миллиметров. Вместе с этим, страны, запустившие свои навигационные системы, продолжают выводить на орбиту Земли свои навигационные спутники, стараясь достичь высочайшей точности позиционирования без использования наземных систем корректировки.
10. Суперэффективные солнечные элементы.
В ноябре 2023 года актуальная на сегодняшний день технология солнечной энергии побила ещё один мировой рекорд эффективности. Предыдущий рекорд просуществовал всего около пяти месяцев, и, вероятно, достигнутый сейчас тоже вскоре устареет. Ускорение повышения эффективности выработки электроэнергии из улавливаемого солнечного света достигается благодаря особой технологии нового поколения, а именно - перовскитным тандемным солнечным элементам. Теперь традиционный кремний в солнечных панелях покрывается материалами, имеющими уникальную кристаллическую структуру.
В течение десяти лет ученые экспериментировали с солнечной технологией на основе перовскита, улучшая показатели эффективности, измеряющие сколько солнечного света, попадающего на элемент, преобразуется в электричество. Перовскиты поглощают световые волны, отличающиеся от тех, которые поглощают кремниевые элементы, на долю которых сегодня приходится 95% рынка солнечных панелей. Когда кремний и перовскиты применяются совместно в солнечных элементах, они могут использовать бóльшую часть солнечного спектра, производя больше электроэнергии на каждую ячейку панели.
Уровни технической эффективности для элементов на основе кремния превышают 30%, а элементы, состоящие только из перовскита, достигли экспериментальной эффективности около 26%. Но эффективность тандемных ячеек в лабораторных условиях уже превысила 33%.
Однако, в отличие от перовскитов, кремниевые солнечные элементы могут работать десятилетиями. А потому, лишь немногие тандемные панели из перовскита были протестированы вне лаборатории на открытом воздухе. Электрохимический состав перовскитов делает их чувствительными к поглощению воды и приводит к разложению при нагревании. В связи с чем исследователи переключились на повышение надёжности и стабильности соединений перовскита.
Заключение.
Даже в рамках одной статьи невозможно охватить всё, что успело придумать человечество за без малого 25 лет XXI столетия. Так получилось, что одни технологии являются продолжением других, например, 5-ое поколение мобильной связи - 5G стало естественным продолжением предыдущего, а в настоящее время научные специалисты заняты разработкой уже 6-го поколения. Рассмотрев наиболее значимые, на мой взгляд, 10 технологий, появившихся в XXI веке мне не хотелось бы оставить за бортом ещё несколько важных технологических направлений, пусть и не отвечающих тематике канала, но существенно меняющих человеческую жизнь в таких областях, как астрономия, история и финансовый сектор.
А потому, вместо заключения давайте рассмотрим ещё 4 интересных научно-технологических разработок, повлиявших на всё человечество.
10-1. Блокчейн и криптовалюта.
Волна цифровых валют была катализирована в 2009 году, когда кто-то под псевдонимом "Сатоши Накамото" представил новую одноранговую систему под названием Биткойн. Это помогло создать совершенно новую экосистему виртуальных платформ для обмена деньгами в Интернете, включая Ethereum и Ripple. Далее криптовалюты начали проникать в массовую торговлю, и теперь их можно использовать для покупки товаров у таких компаний, как Expedia, Nordstrom, Starbucks и Whole Foods. А некоторые страны Латинской Америки даже стали хранить свои национальные резервы в криптовалюте.
Таким образом, блокчейн произвёл революцию практически во всех отраслях: от технологий до финансов и даже политики.
Блокчейн отслеживает и хранит информацию в хронологическом порядке посредством блоков данных, образующих связанную цифровую последовательность. В результате это приводит к созданию непрерывной истории транзакций, которые постоянно хранятся в базе данных, что делает подделку и кражу криптовалюты практически невозможными.
Уникальность блокчейна среди других баз данных определяет его децентрализация. Например, блокчейн Биткойна используется децентрализованно. Вместо сервера с тысячами компьютеров, хранящихся в одном месте, компьютеры Биткойна хранятся в разных географических точках и управляются отдельными группами людей.
Децентрализованная модель означает, что каждая транзакция, совершаемая в блокчейне, необратима. На каждом узле в цепочке блоков записана полная история транзакций, поэтому ошибку в данных одного узла можно исправить, используя данные всех остальных узлов.
Благодаря подобной реализации алгоритмов даже одному пользователю чрезвычайно сложно подделать записи транзакций в блокчейне.
10-2. Анализ древней ДНК.
Благодаря инструментам геномного секвенирования учёные смогли "прочесть" очень старые нити человеческой ДНК. Изучение следов людей, живших в давние времена, позволяет многое узнать о том, кто мы такие и почему современный мир выглядит именно так и, вообще, помогает учёным понять жизнь обычных людей, живших в то время, а не только тех, кто мог позволить себе тщательно продуманные захоронения. Обнаруженные технологические возможности существенно важны для историков и археологов, растворяя перед ними границы для исследования древних цивилизаций.
Новые методы делают поврежденную ДНК разборчивой, тем самым, помогая совершать ошеломляющие открытия о глубоком прошлом.
Учёные уже давно ищут лучшие инструменты для изучения зубов и костей древних людей. В прошлом, чтобы найти образец, сохранившийся достаточно хорошо для анализа, им приходилось обыскивать множество древних останков.
Сегодня новые и более дешевые методы, делающие поврежденную ДНК разборчивой и пригодной для коммерческих секвенаторов, вызвали настоящий бум в анализе древней ДНК.
Благодаря последним техническим достижениям учёные могут даже анализировать микроскопические следы ДНК, обнаруженные в грязи, в которую когда-то мочились неандертальцы, — для этого не нужны ни зубы, ни кости.
Отдельно стоит упомянуть имя учёного - Сванте Паабо, генетика из Института эволюционной антропологии Макса Планка, получившего Нобелевскую премию за свою фундаментальную работу.
Анализ древней ДНК привёл к открытию двух вымерших видов человека — Homo luzonensis и денисовцев — и показал нам, что современные люди несут значительное количество ДНК денисовцев и неандертальцев. А число древних человеческих особей, по которым у нас теперь есть полногеномные данные, резко подскочило: с пяти в 2010 году до 5550 в 2020 году.
Указывая на то, что население Индии произошло от разных предков, эти методы подорвали кастовую систему. ДНК с 2500-летнего поля битвы на Сицилии показала, что древнегреческие армии были более разнообразными, чем ранее считали историки.
10-3. Космический телескоп Джеймса Уэбба.
Первые захватывающие снимки далекого космоса, сделанные самым мощным в мире космическим телескопом, вызвали коллективное чувство трепета и удивления. Чудо точной инженерии - JWST может революционизировать наши взгляды на раннюю Вселенную.
Запущенный в декабре 2021 года после десятилетий работы, космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба (JWST) стоимостью 10 миллиардов долларов — является крупнейшим телескопом, когда-либо отправлявшимся в космос. Он примерно в 100 раз мощнее своего предшественника, космического телескопа Хаббла. Новый телескоп был специально разработан для обнаружения инфракрасного излучения, что позволяет ему проникать сквозь пыль и заглянуть далеко в прошлое, в период формирования первых звезд и галактик во Вселенной.
Астрономы надеются, что с помощью JWST они смогут понять, как после Большого взрыва появились первые галактики во Вселенной. Но это не единственная цель JWST. Телескоп используется во многих областях астрономии. в том числе и в получении информации о планетах в других солнечных системах, что позволит нам выяснить, из чего состоят их атмосферы.
Новые открытия поступают почти каждый день и будут продолжать это делать на протяжении всего срока службы телескопа, который оценивается более чем в 20 лет.
10-4. Графен.
Графен — это побочный продукт графита, который прочнее стали, тоньше бумаги и очень хорошо проводит электричество. Его прочность и гибкость позволяют использовать материал в различных целях, например, в батареях, компьютерных чипах, носимой электронике и космической отрасли.
Но, вероятно, пройдет много лет, прежде чем графеновые продукты будут распространены достаточно широко, чтобы заменить кремниевые технологии.
Благодарю Вас за уделенное время! Если Вам понравился обзор, поставьте, пожалуйста лайк или подпишитесь на канал. Спасибо!
ЧТОБЫ НЕ ПРОПУСТИТЬ НОВЫЕ ИНТЕРЕСНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ РЕКОМЕНДУЮ ВАМ ПОДПИСАТЬСЯ НА Telegram-КАНАЛ: https://t.me/sea3gadget3