Нужен ли нам новый тип компьютеров?
В классическом цифровом компьютере используется система переключателей, или реле, которые замыкают или размыкают электрическую цепь по сложной схеме. Каждый переключатель состоит из полупроводящего «бутерброда», который создает крошечный разрыв в цепи. Этот разрыв может либо пропустить ток, либо блокировать его. С развитием технологий разрыв уменьшается, делая схемы компактнее, однако он должен создавать барьер для прохождения тока, поэтому не может быть меньше некоторого значения. Эту проблему можно решить несколькими способами — например, с помощью фотонных схем, в которых используются лучи света, а не электрический ток. Другой вариант — применять в качестве переключателей отдельные атомы. Благодаря особенностям квантового поведения такие переключатели могут быть включены и выключены одновременно. Это и лежит в основе квантовой вычислительной техники. Если атомы объединить в группы, они создадут огромные вычислительные мощности. Два классических переключателя хранят 2 бита информации, а два квантовых — 4 бита (22). Квантовая 64-разрядная система может обрабатывать не 64 бита, а 18 446 744 073 709 551 616!
Квантовый компьютер D-Wave, разработка которого спонсируется НАСА и Google, считается первым работающим квантовым компьютером
Космолеты будущего — это воздушные шары?
В 2016 г. на МКС был установлен новый модуль BEAM (экспериментальный надувной жилой модуль производства компании Bigelow Aerospace), ширина которого во время запуска составляла всего 2,4 м. Однако после стыковки с МКС он был наполнен воздухом и увеличился в пять раз, создав еще одно помещение для экипажа. Растягиваемые стенки модуля сделаны из нескольких слоев кевлара — материала, используемого в пуленепробиваемых жилетах. Планировалось испытывать BEAM в космосе в течение двух лет, но в октябре 2017 г. НАСА решило продлить работу модуля. Возможно, модули из кевлара обеспечат лучшую защиту от радиации, чем традиционные алюминиевые, и будут достаточно жесткими, чтобы выдерживать воздействие пыли и космического мусора, вращающегося около орбиты МКС.
Прочный воздушный шар, который наполняется воздухом в космосе, — возможно, это будущее космических кораблей
Космические самолеты изменят транспортную систему?
При полете самолет должен проталкивать себя через воздух, замедляясь из-за его сопротивления. Но если бы самолет вышел из атмосферы на суборбитальную траекторию, то он мог бы достичь огромных скоростей и пересекать океаны и континенты за несколько минут, а не часов. Несколько компаний разрабатывают аппараты и двигатели, способные на этот подвиг. Один из таких двигателей — SABRE от UK Engineers Reaction Engines. Это двигатель «три в одном»: турбореактивный, прямоточный воздушно-реактивный и ракетный. В первом режиме топливо самолета сильно охлаждается, поэтому при сгорании создается больше тяги. Когда самолет в воздухе достигает высокой скорости, двигатель работает как прямоточный: воздух устремляется в камеру сгорания, и топливо сгорает без участия компрессора. При еще более высокой скорости прекращается подача воздуха, и двигатель переходит в ракетный режим.
На космических самолетах можно будет совершить поездку на другую сторону Земли всего за день
Что нам даст графен?
Графен — это искусственно созданная форма чистого углерода, сделанная из графита (грифель в карандаше). Графит состоит из нескольких слабо связанных слоев, а каждый слой — из решеток атомов углерода в виде шестиугольников. Слои скользят друг по другу, делая графит мягким и скользким. Графен — это один слой графита. Сейчас активно изучают его свойства и возможности — например, известно, что трубки из листов графена могут стать сверхпрочным строительным материалом. Еще графен можно использовать для создания крошечных механизмов, которые работали бы внутри тела человека или применялись в следующем поколении аккумуляторов, микросхем, дисплеев или солнечных батарей. Графен провозглашается материалом, за которым будущее. Время покажет.
Шестиугольная структура графена делает его настолько прочным, что можно сформировать лист толщиной всего в один атом
Закончатся ли у нас ресурсы?
Вероятно, ресурсы Земли подойдут к концу, особенно редкоземельные металлы, используемые в высокотехнологичной электронике. Но есть возможность доставлять ресурсы из космоса, например с астероидов, каменных остатков ранней Солнечной системы. Гравитация астероида намного меньше земной значит, на него можно отправить возвращаемый космический корабль, который привез бы обратно на Землю камни с различными видами ценных металлов. В 2001 г. крошечный космический аппарат NEAR Shoemaker совершил первую мягкую посадку на астероид. Уже запланированы запуски более тяжелых кораблей к астероидам с большим содержанием металлов.
Гибкие дисплеи могут в будущем заменить бумагу
Экраны могут заменить бумагу?
Бумага — одно из величайших изобретений человечества. Она легкая, прочная и хорошо гнется. Но ее едва ли можно использовать повторно: после того как вы что-то написали или напечатали, вам понадобится новый лист. На экране записи легко обновляются, но он тяжелый, жесткий и нуждается в электропитании. Если сделать экран тонким как бумага, то последняя, вероятно, останется в прошлом. Шагом вперед стал OLED-дисплей, изготовленный из органических светодиодов. В этой системе используется сверхтонкий слой диодов, создающий разноцветные узоры. Слои настолько тонкие, что их можно поместить на гибкую пластиковую поверхность. OLED-дисплеи уже используются для создания изогнутых экранов. Можно представить и сенсорную OLED-бумагу на солнечных батарейках.
Гео-инжиниринг может решить проблему изменения климата?
Человек загрязняет атмосферу углекислым газом, который не дает излишкам тепла уходить в космос, вызывая глобальное потепление. Но недостаточно только сократить выбросы углекислого газа, необходимо разработать способы восстановления климата. Первая проблема — это сокращение количества поступающего на Землю солнечного света. Для ее решения можно использовать огромные зеркала, которые в космосе отражали бы солнечные лучи, или с помощью самолетов распылять в атмосфере мелкий порошок, чтобы блокировать лучи. Другой целью является сокращение количества углекислого газа в воздухе. Его можно извлечь из атмосферы с помощью химических веществ и закачать в подземные хранилища. Можно также создавать фермы водорослей, преобразующих углекислый газ в биомассу, которая будет оседать на дне. Инженерные решения в области климатологии будут, вероятно, самыми грандиозными проектами в истории.
Футуристическая горнодобывающая колония на астероиде в представлении художника
Чудеса техники
Когда в инженерной конструкции соединяются замечательный проект и новаторство, появляется грандиозный архитектурный памятник. В мире много архитектурных чудес, здесь лишь некоторые из них. Они заслуживают внимания по разным причинам: это могут быть самые высокие или самые длинные из подобных сооружений, но особенные они во многом тем, что сочетают в себе удивительную красоту и функциональность.
Виадук Мийо
Этот вантовый мост, пересекающий широкую долину на юге Франции, долгое время был самым высоким транспортным мостом в мире. Дорожное полотно находится на высоте 270 м над землей и поддерживается семью мачтами. Мост был построен на главном маршруте к курортам Средиземного моря, проложенном с целью уменьшить количество машин, проезжающих через долину в отпускной период.
Основные данные
Местоположение: Долина реки Тарн, Франция
Год постройки: 2004
Длина: 2460 м
Высота: 343 м
Архитектор: Норман Фостер
Стоимость: 450 млн долларов
Лифт Байлун
«Байлун» означает по-китайски «сто драконов». Этот стеклянный лифт поднимает туристов вверх по отвесной скале в национальном парке Чжанцзяцзе — лесном регионе с обрывистыми холмами и каменными столбами. Эта конструкция является самым высоким и тяжелым открытым лифтом в мире, способным поднимать до 50 человек одновременно. Работая на полную мощность, он перевозит по 1380 человек в час. Из кабины лифта открываются потрясающие виды.
Основные данные
Местоположение:
Чжанцзяцзе, Китай
Год постройки: 2002
Высота: 326 м
Вместимость: 50 человек
Стоимость: 17,5 млн долларов
Купол тысячелетия
Это покрытое пластиком здание было построено на берегу Темзы в честь наступления третьего тысячелетия. Купол тысячелетия — один из крупнейших куполов в мире, опирающийся на высокие металлические башни. Размеры купола в метрической системе отражают основные единицы календаря. Его поддерживают 12 башен, по одной на каждый месяц года. Самая высокая его точка находится на высоте 52 м — по 1 м на каждую неделю года, а ширина кольцевой структуры 365 м — по 1 м на каждый день стандартного года.
Основные данные
Местоположение: Лондон, Англия
Год постройки: 2000
Длина: 365 м
Высота: 52 м
Архитектор: Ричард Роджерс
Стоимость: 1,25 млрд долларов
Город автомобилей
Autostadt, или «город автомобилей» в Вольфсбурге, Германия, где находятся основные производственные мощности Volkswagen, виден издалека благодаря двум круглым стеклянным башням. Это автоматизированные автомагазины. Новые автомобили с завода поступают по подземному туннелю в подвал хранилища, а затем поднимаются с помощью роботизированных лифтов в одно из складских помещений, расположенных по краю здания. Каждое хранилище способно вместить 400 автомобилей, и туристы могут взглянуть на них поближе, проехав в пассажирском отсеке, который прикреплен к одному из лифтов.
Основные данные
Местоположение: Вольфсбург, Германия