10 лучших новых технологий уходящего 2021 года

 
В 10-м юбилейном выпуске отчета Всемирного экономического форума о 10 самых новых технологиях перечисляются новые технологии, которые могут повлиять на мир в ближайшие три-пять лет.
Эксперты, созванные Всемирным экономическим форумом и Scientific American, подчеркивают технологические достижения, которые могут произвести революцию в сельском хозяйстве, здравоохранении и космосе.

Самоопыляющиеся культуры, производство лекарств по запросу, сенсорная диагностика и дома с 3D-печатью - среди технологий в списке.

Многие страны обязались поставить новые амбициозные цели по сокращению выбросов парниковых газов в этом десятилетии. Выполнение этих обещаний будет зависеть от развития и масштабирования зеленых технологий.
Две такие технологии - производство «зеленого» аммиака и искусственных культур для производства собственных удобрений - обе, направленные на повышение устойчивости сельского хозяйства, вошли в список новых технологий этого года.

От датчиков дыхания, которые могут диагностировать заболевания, до беспроводной зарядки устройств с низким энергопотреблением - список ведущих новых технологий этого года наполнен вдохновляющими достижениями, связанными с окружающей средой, здоровьем и инфраструктурными решениеми. Эксперты сократили количество номинаций до избранной группы новых разработок, которые могут нарушить статус-кво и стимулировать реальный прогресс.
Вот 10 лучших новых технологий 2021 года:

Повышение декарбонизации

Спустя столетие после того, как ученые предположили, что избыток углекислого газа в атмосфере Земли заставит ее сохранять тепло и вызвать потепление планеты, предпринимаются глобальные усилия по декарбонизации во всех аспектах повседневной жизни. Правительства и промышленность взяли на себя принципиальные обязательства по сокращению выбросов углерода.

Выполнение этих обязательств в течение следующих трех-пяти лет потребует беспрецедентных инноваций и масштабирования до промышленного уровня зарождающихся технологий, таких как: массовое хранение энергии, низкоуглеродные химические источники или отсутствие углерода, обновленный железнодорожный транспорт, низкоуглеродное сельское хозяйство, нулевой уровень выбросов углерода при выбросе выхлопных газов автомобилей и источников энергии, а также согласованный мониторинг соответствия в глобальном масштабе.

Культуры, производящие собственные удобрения

Сегодня в мире ежегодно используется более 110 миллионов тонн азотных удобрений для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Что, если бы посевы могли улавливать азот самостоятельно, «фиксируя» его в форме аммиака, как это делают бобовые, такие как соя и фасоль? Поскольку это одна из передовых технологий, исследователи теперь стремятся уговорить другие культуры, такие как кукуруза и другие зерновые, также самоудобряться.

В одном из подходов исследователи работают над имитацией симбиотической молекулярной связи между бобовыми и бактериями для создания корневых клубеньков - фабрик по производству натуральных удобрений для бобовых. В другом случае почвенные бактерии, которые обычно колонизируют корни злаков (но обычно не создают клубеньков), учатся вырабатывать нитрогеназу, ключевой компонент, преобразующий атмосферный азот в совместимый с растениями аммиак.

Диагностика заболеваний при помощи дыхания

Вскоре тестирование на болезнь стало для пациентов таким же простым, как выдох. Новые датчики дыхания могут диагностировать заболевания, измеряя концентрации более 800 соединений, содержащихся в дыхании человека. Например, повышенное количество ацетона в дыхании человека указывает на сахарный диабет. Датчики отслеживают изменения электрического сопротивления при прохождении дыхательных смесей по металлооксидному полупроводнику. Затем алгоритмы анализируют данные датчиков.

Хотя эта новая технология нуждается в доработке, прежде чем она станет широко распространенной, в исследовании, проведенном в марте 2020 года в Ухане, Китай, датчики достигли замечательной 95-процентной точности при обнаружении COVID-19 и 100% -ной чувствительности при дифференцировании пациентов.

Изготовление лекарств на заказ

Сегодня лекарства, как правило, производятся большими партиями в многоэтапном процессе, когда разные части разбросаны по всему миру. Для завершения процесса с использованием сотен тонн материала могут потребоваться месяцы, что создает некоторые проблемы с обеспечением согласованности и надежности поставок. Достижения в области микрофлюидики и производства лекарств по запросу теперь позволяют производить небольшое, но увеличивающееся количество обычных фармацевтических препаратов по мере необходимости.

Этот процесс, также называемый непрерывным производством, перемещает ингредиенты по трубкам в небольшие реакционные камеры. Лекарства можно изготавливать в портативных машинах в удаленных местах или полевых больницах, с дозами, адаптированными к индивидуальным пациентам, остающейся проблемой является снижение высокой стоимости этой новой технологии.

Энергия от беспроводных сигналов

Интернет вещей (IoT) состоит из миллиардов электронных устройств, использующих подключение к Интернету для некоторых аспектов своей функциональности. Датчики Интернета вещей, часто устройства с чрезвычайно низким энергопотреблением, которые сообщают данные, важные для нашей повседневной жизни, требуют постоянного заряда, поскольку срок службы батарей ограничен, и после развертывания в местных условиях физический контакт часто может быть невозможен.

С появлением 5G, теперь обеспечивающего беспроводные сигналы соответствующей мощности, крошечная антенна в датчиках Интернета вещей может «собирать» энергию из таких сигналов. Предшественник этой новой технологии уже давно используется в автоматизированных «метках», которые питаются от радиосигналов, излучаемых, когда водители проезжают через пункты взимания платы за проезд.

Борьба со старением

По прогнозам Всемирной организации здравоохранения, процент мирового населения в возрасте 60 лет и старше почти удвоится с 12 до 22 процентов в период с 2015 по 2050 год. Старение связано как с острыми, так и с хроническими заболеваниями, такими как рак, диабет 2 типа, слабоумие и болезни сердца.

Исследователи продемонстрировали раннее понимание молекулярных механизмов старения, которые могут помочь нам вести не только более долгую, но и более здоровую жизнь. Используя технологии omics (которые могут одновременно количественно определять активность всех генов или концентрацию всех белков в клетке, например) и идеи эпигенетики, исследователи могут идентифицировать биологические маркеры, которые являются надежными предикторами заболевания, представляя мишени для проактивных методов лечения.

Аммиак становится зеленым

Чтобы прокормить мир, растениям часто требуются удобрения, произведенные из аммиака - в большом количестве. Синтез аммиака для удобрений включает энергоемкий метод, называемый процессом Габера-Боша, требующий большого количества водорода. Сегодня большая часть водорода производится путем электролиза, расщепления молекул воды с использованием электроэнергии или путем высокотемпературного крекинга углеводородов. Энергия, необходимая для работы обоих методов, в настоящее время приводит к выбросу огромного количества парниковых газов.

Поскольку возобновляемые источники энергии в настоящее время становятся все более распространенными, создается «зеленый» вариант водорода без выбросов парниковых газов. В дополнение к устранению избыточного атмосферного углерода, зеленый водород не содержит загрязняющих химикатов, которые в противном случае были бы включены при использовании ископаемого топлива в качестве источника, эта чистота позволяет более эффективный катализ для стимулирования производства аммиака.

Беспроводные устройства с биомаркерами

Никто не любит иголки. Тем не менее, многие распространенные острые и хронические состояния требуют частого большого и малого заборов крови для мониторинга биомаркеров, важных для отслеживания прогресса в лечении рака, диабета и других состояний. Достижения в области беспроводной связи с низким энергопотреблением, а также новые методы химического зондирования с использованием как оптических, так и электронных датчиков позволяют осуществлять непрерывный неинвазивный мониторинг важной медицинской информации.

Более 100 компаний разрабатывают беспроводные устройства для определения биомаркеров в широком спектре приложений, уделяя особое внимание диабету, учитывая его глобальную распространенность. Беспроводное подключение добавляет возможность мгновенного доступа к данным, если это необходимо, для вмешательства удаленного медицинского работника.

Дома с помощью 3D-печати из местных материалов

Изготовление домов с использованием крупномасштабных 3D-принтеров уже имеет ограниченное распространение в США и других развитых странах. В развивающемся мире, где ограниченная инфраструктура затрудняет доставку материалов, недавние демонстрации с использованием 3D-принтеров сделали шаг вперед за счет использования материалов местного производства, глины, песка и местных волокон для печати структур, что устраняет примерно 95% материалов, требующих транспортировки строительная площадка.

Эта новая технология может обеспечить надежные укрытия в отдаленных регионах, где жилищные нужды крайне необходимы и отсутствуют жизнеспособные транспортные сети. Результат может изменить правила игры для наций, которые в противном случае часто остаются позади.

Космос соединяет земной шар

Датчики в Интернете вещей (IoT) могут записывать и сообщать важную информацию о погоде, состоянии почвы, уровне влажности, состоянии урожая, социальной активности и бесчисленных других наборах ценных данных. С недавним появлением бесчисленных недорогих микроспутников на низкой околоземной орбите, способных собирать такие данные во всем мире и загружать их на центральные объекты для обработки, IoT обеспечит беспрецедентный уровень глобального понимания, охватывающий ранее недоступные развивающиеся регионы, лишенные традиционной инфраструктуры Интернета.

Такие проблемы, как безопасные каналы передачи данных с низким энергопотреблением и проблема недолговечных спутников на низкой околоземной орбите, остаются, но устойчивый прогресс обещает глобальное развертывание в ближайшие три-пять лет.