10 технических концепций: О которых стоит знать в 2011 году

Чтобы реорганизовать наши электросети, включить в них больше возобновляемых энергоисточников, нужны оптимальные способы сохранения этой энергии. Одно из решений, о которых говорят десятилетия, — этот маховик, большой массивный диск. По мере того как его раскручивают, он накапливает энергию. Затем его можно тормозить, подключив к нему электрогенератор, и полученное электричество отдавать обратно в сеть. Это устройство быстро поглощает избыточную энергию и так же быстро ее отдает в случае необходимости. В 2011 году открывается первая маховиковая электростанция относительно крупного масштаба. 20-мегаваттная установка компании Beacon Power в Стивен-таун, штат Нью-Йорк, включает в себя 200 маховиков с роторами на магнитной подвеске, которые можно раскрутить до 16 000 об/мин.

2. Свободный радиодиапазон (white-space)

Весь электромагнитный спектр заполнен сейчас до предела различными каналами. Радиопередачи толкутся, мешая друг другу. В этой неразберихе остается лишь ничтожная полоска, выделенная под нелицензируемое использование (то есть под любой бытовой гаджет, включая домашний радиотелефон или Wi-Fi роутер). В 2009 году случилась приятная неожиданность — официальный переход с аналогового телевидения на цифровое. В связи с этим Федеральная комиссия связи США в сентябре объявила, что диапазоны, которые раньше использовались под телевизионную трансляцию, теперь будут отданы под нелицензируемые каналы. Более того, эти диапазоны представляют собой участки в ультракоротковолновом спектре, а такие волны распространяются куда лучше, чем, скажем, волны из диапазона связи Wi-Fi. Они «бьют» на большие расстояния и проникают сквозь такие препятствия, как стены или деревья. В кампусе компании Microsoft уже организована локальная беспроводная сеть на базе этого диапазона. Компания Google в сотрудничестве с компанией Spectrum Bridge, производителем оборудования под этот диапазон, работает сейчас над пилотным проектом в одной из больниц штата Огайо, а также над системой «умной электросети», которая позволит посредством радиосвязи оптимизировать потребление электроэнергии в некоторых районах Калифорнии.

3. Оптогенетика

Если исследователю нужно стимулировать конкретный нейрон, до самого последнего времени ему приходилось для этого пользоваться электрическими импульсами, но этот подход не дает необходимой точности в позиционировании и управлении. Вот почему такой интерес вызвала новая область экспериментальной технологии, названная оптогенетикой. Пользуясь волоконной оптикой, исследователи могут теперь возбуждать нейроны с очень высокой степенью точности. Это, к примеру, открывает новые перспективы для разработки имплантатов, которые брали бы на себя функции отдельных сегментов мозга, поврежденных вследствие травмы или кровоизлияния. Первым делом в нервные клетки методами генной инженерии внедряется ген особого светочувствительного белка chR2, который при попадании света изменяет проводимость ионных каналов. При направлении света с помощью световодов можно возбуждать отдельные нейроны. Первая серия экспериментов была проведена на грызунах, но сейчас исследователи уже перешли на обезьян. Недавно DARPA объявило о создании проекта, нацеленного на развитие оптогенетики для помощи инвалидам.

4. Фракинг

Этим словом газонефтяники называют новые технологии добычи, благодаря которым сланцевые месторождения Америки могут теперь выдать огромные количества природного газа, которые совсем недавно считались недоступными. За прошлый год оценки неразведанных запасов в сланцевых газовых месторождениях подскочили на 30%. Вот как действует этот метод. Замешенную в миксере густую пульпу из песка, воды и специальных смазывающих химикатов загоняют в скважину под таким давлением, что она разрывает окружающие скальные породы, высвобождая запасы газа или нефти, которые были заперты в порах пласта. Этим методом нефтяники пользуются уже не одно десятилетие — новым является использование такой технологии в горизонтальных газовых скважинах, пробуренных в пластах сланца. Правда, у многих эти методы вызывают сомнения — не скажется ли такая газодобыча на состоянии окружающей среды и не станет ли она причиной землетрясений. В наступающем году назревает финальная стычка между сторонниками и противниками этой идеи, а пока обе стороны, и энергетики, и экологи, готовят к бою свои аргументы.

5. Дефицит медицинских изотопов

Каждый день в США более 50 000 медицинских процедур предполагают использование радиоактивных изотопов. Когда в 2009 и 2010 годах были закрыты канадский и голландский реакторы, обеспечивавшие США медицинскими изотопами, Америка оказалась зажата в клещах дефицита. Сейчас оба реактора снова запущены, но им уже по полвека и вряд ли они протянут долго. Кроме того, не снята и проблема госбезопасности, связанная с необходимостью экспортировать в другие страны оружейный уран. Сейчас в Конгрессе прорабатывается билль, направленный на то, чтобы содействовать производству изотопов на территории США, а министерство энергетики вкладывает миллионы в разработку новых технологий добычи и производства изотопов.

6. Механофоры

Инфраструктура Америки давно нуждается в радикальном обновлении. Но нельзя же реконструировать все и сразу. Необходимы эффективные способы оценки — какие конструкции состарились до опасного предела. При строительстве новых сооружений в них можно закладывать постоянно работающие беспроводные датчики. Еще одно решение — включать в конструкцию «механофоры» — класс материалов, недавно разработанных в Университете штата Иллинойс, которые под нагрузкой меняют свой цвет. При использовании механофоров инженер-строитель с первого же взгляда сможет сказать, грозит ли данному мосту опасность и где именно кроется слабое место. Сейчас ученые пытаются создать новый класс механофоров, которые в случае повреждения могли бы самостоятельно восстанавливать свою дееспособность.

7. Анализ сложных событий

В таких компаниях, как, к примеру, StreamBase Systems и Tibco, созданы системы обработки сложных событий (нескольких событий, происходящих одновременно), способные в режиме реального времени перерабатывать огромные потоки информации, опираясь на базы данных нового типа и на алгоритмы распознания образов. Подобные системы дают возможность принимать мгновенные решения в любой сфере — будь это сделка на фондовой бирже, приказ установить слежку за потенциальным террористом или отмена денежного перевода с подозрительной кредитки. Новые принципы набирают силу, и скоро мы увидим их применение в бытовых устройствах. К примеру, мобильник, снабженный приемником GPS, сможет выбирать из бесконечного потока рекламы только то, что актуально для его владельца.

8. Гомоморфное кодирование

Компании IBM удалось найти способ кодировать данные таким образом, чтобы посторонние лица могли проводить с ними сортировочные и поисковые манипуляции, не имея при этом реального доступа к их содержанию. Ключ к этому решению — «двойная слепая» схема, которая позволяет выискивать ошибки кодировки и исправлять их, не вскрывая содержимое файлов. Что особенно приятно, как показали авторы, для реализации этой схемы совсем не требуется дорогих суперкомпьютеров.

9. Мобильная диагностика

Не везде в мире можно получить квалифицированную помощь врача, а вот мобильники распространены практически повсеместно. Это наводит на мысль, что мобильный телефон мог бы стать эффективным средством для доставки современной медицины всамые глухие углы. Santa Mobile и Click Diagnostics, фирмы, основанные выходцами из МIT, предлагают такое решение: сельские медики по мобильному телефону могут передавать рентгеновские снимки и другую информацию в удаленные центры, где квалифицированные специалисты будут ставить диагноз. А сотрудники Калифорнийского университета из Беркли и Лос-Анджелеса, приладив к серийным сотовым телефонам детали от недорогих микроскопов, получили устройство, способное записывать и анализировать микрофотографии, выявляя малярийного паразита или возбудителей туберкулеза. Уже в 2011 году этот диагностический аппарат (он получил название CellScope) будет направлен на полевые испытания.

10. Кабель на 100 гбит/с

Мир страдает от ненасытной жажды — подавай ему все более и более широкополосную связь. И все из-за распространения таких устройств, как смартфоны, которые способны перерабатывать немыслимые объемы данных. Недавно разработано новое поколение оптоволоконных кабелей, обеспечивающих скорости передачи в 100 Гбит/с. Это серьезный шаг в сравнении с привычными 10 и даже 40 Гбит. Такой кабель сможет одновременно передавать 15 000 каналов HDTV (телевизионных высокого разрешения). В новых кабелях световой импульс несет не один бит информации, задаваемый его интенсивностью, а сразу по два, кодируемых за счет поляризации и фазы. Поэтому в сигнале можно упаковать вчетверо больше информации, а также снизить вредное влияние микроскопических дефектов стеклянного волокна. Компания Alcatel-Lucent провела пробную связь на расстоянии 60 км между двумя германскими университетами, а также испытала свое оборудование Ethernet со скоростью 100 Гбит/с в сети Verizon в Далласе. Эти высокоскоростные кабели уже предлагаются на рынке, так что, возможно, часть данных, которые вы получите в будущем году, будет передана по новым кабелям.