Inovacije koje očekujemo u 2019. godini

Brojni timovi koji rade na zanimljivim naučnim projektima spremni su za značajne tehnološke skokove tokom ove godine

Zahvaljujući umreženosti i olakšanoj saradnji između naučnika, nove tehnologije se danas razvijaju brže nego ikada pre. Ipak, veliki iskoraci na raznim poljima su uvek proizvod dugotrajnog rada predanih timova. Tokom ove godine očekuje se da će brojni projekti uroditi plodom, a to će pak imati kaskadni efekat na unapređenje modernog života podizanjem kvaliteta brojnih široko rasprostranjenih tehnologija. Ovom prilikom osvrnućemo se na nekoliko zanimljivih aktivnih projekata koji zaslužuju našu pažnju, a čiji uspeh se očekuje tokom sledećih dvanaest meseci.

Energetika

Moderna svakodnevica je zasnovana na lako raspoloživoj i relativno jeftinoj električnoj energiji pa se mnogo ulaže u projekte koji vode ka povećanju kapaciteta za njenu proizvodnju, odnosno povećanja kapaciteta baterija na koje se oslanja sve veći broj prenosnih uređaja za koje smo neraskidivo vezani.

Kada se priča o modernoj čistoj energiji na prvom mestu su solarne, foto-voltažne ćelije. Pre deset godina na Univerzitetu Toin u Jokohami razvijena je specijalna vrsta takozvanih perovskitskih solarnih ćelija. Naziv potiče od minerala perovskita (kalcijum-titanat, CaTiO3), čija kristalna rešetka ima specifičan trodimenzioni oblik, ali danas se taj naziv koristi i za svaku supstancu koja ima istu vrstu kristalne rešetke. Kompanija Oxford PV razvila je komercijalni model foto-voltažnih ćelija koje kombinuju klasični silicijumski dizajn sa tankim slojem supstance koja ima perovskitsku strukturu. Najveća prednost ovih ćelija leži u tome što ne zahtevaju ekstremno visok stepen čistoće kao one od čistog silicijuma, a prikazuju isti ili veći foto-voltažni efekat. Sem toga, sloj perovskitske supstance može lako da se nanese na postojeće komercijalne ćelije i poveća im efikasnost za 30-50 odsto.

Kina nastavlja sa podizanjem termo-solarnih elektrana. Za razliku od solarnih postrojenja zasnovanih na foto-voltažnim ćelijama kojima je za rad neophodno lepo vreme, termo-solarna postrojenja koriste pokretna ogledala (heliostate) kako bi neprestano usmeravali toplotno značenje na centralni stub u kom smeša rastopljenih nitratnih soli skladišti toplotu. Ta toplota se kasnije koristi za zagrevanje vode u parnim turbinama električnih generatora. Najveća pogodnost ove vrste elektrana je što so zagrejana preko dana skladišti toplotu oko 11 sati, što znači da generatori mogu da rade noću, ili da se uključuju po potrebi tokom sati kada elektrodistribuciona mreža ima veće potrebe. Kompanija Šouhang je nedavno završila prvo ovakvo postrojenje od 100 megavata sa skoro 12.000 heliostata (od kojih najveći imaju površinu preko 100 kvadratnih metara) i tornjem za skladištenje toplote visokim 260 metara. Planovi kineske Vlade su da do kraja 2022. godine prošire svoje termo-solarne kapacitete do čak 5,3 gigavata.

Sa druge strane planete, Sjedinjenje Američke Države su poznate, u negativnom smislu, po sporoj integraciji naprednih zelenih tehnologija u svoju infrastrukturu. Ipak, 2019. godina bi trebalo da promeni tu situaciju početkom rada na jednom od najvećih priobalnih postrojenja za proizvodnju električne energije pomoću vetra. Vineyard Wind biće elektrana čije će 84 turbine biti raspoređene na 650 kvadratnih kilometara, u atlantskim obalama Masačusetsa, i ukupne snage oko 800 megavata. Najbitnije za popularizaciju električne energije dobijene vetrom u SAD je to da će ovo postrojenje proizvoditi četiri puta jeftiniju struju od postojećih američkih vetrogeneratorskih postrojenja. Istovremeno u Evropi, konzorcijum EcoSwing radi na testiranju vetroturbina sa superprovodničkim elektromagnetima. Ovakvi generatori, uz adekvatno hlađenje superprovodnika, mogli bi da budu lakši i manji od postojećih i omoguće pravljenje efikasnijih i manjih vetroturbina.

Pored proširivanja kapaciteta za proizvodnju električne energije, uvek je dobra ideja smanjiti potrošnju. Tako „Vitalik” Buterin, koosnivač Ethereuma planira da smanji potrošnju energije neophodne za rudarenje ove kriptovalute za čak 99 odsto. Naime, rudarenje ethera na globalnom nivou je tokom 2018. godine potrošilo jednaku količinu struje kao Island, a „kopanje” bitcoina je potrošilo čak četiri puta više. Sadašnje rudarenje kriptovaluta zasnovano je na sticanju dokaza obavljenog posla, (engleski proof of work ili PoW) jer se brojni računari takmiče u istovremenoj obradi kriptografski bezbednih transakcija, a samo jedan dobija PoW. Pod novim sistemom, učesnici u mreži nisu rudari nego „validatori” koji nasumičnim izborom dobijaju priliku da obrađuju pojedinačne transakcije, a šansa za priliku se povećava na osnovu količine uloga sopstvenog ethera koji služi kao obezbeđenje dobro obavljenog posla. Pošto u takvom sistemu struju troši samo onaj računar koji obavlja kalkulacije, energetska ušteda je ogromna. Novi sistem nosi naziv PoS (proof of stake) ili dokaz uloga. Ethereum je već podigao novu, zasebnu PoS platformu nazvanu Ethereum 2.0 koja radi paralelno sa klasičnom PoW mrežom i nalazi se u fazi beta testiranja. Buterin se nada da će do kraja 2019. godine potpuno preći na Ethereum 2.0.

Energetska priča nikad nije kompletna bez pominjanja baterija, a njihova najzastupljenija, litijum-jonska varijanta je ponovo u vestima jer je na vidiku novi skok u kapacitetu. Naziv ovih baterija potiče od činjenice da se električna energija u njima otpušta strujanjem jona litijuma od anode do katode, a kada se baterija puni isti ti joni se vraćaju na anodu. Samim tim, anoda koja sadrži više litijuma imaće veći kapacitet. Aktuelne anode u litijum-jonskim baterijama su zapravo zasnovane na ugljeniku jer se litijum vezuje za njih u obliku LiC₆ (šest atoma ugljenika „drži” jedan atom litijuma). Pošto silicijum vezuje ugljenik u obliku Li₁₅Si₄ (četiri atoma silicijuma vezuju petnaest atoma Litijuma), naučnici su godinama pokušavali da naprave anode zasnovane na silicijumu, ali su bili suočeni sa brojnim tehnološkim problemima, kao što je činjenica da silicijumska anoda značajno menja veličinu kada se baterija prazni. Kompanija Sila Nanotechnologies predstavila je anode od kompozitnog materijala koji kombinuje ugljenik i silicijum i omogućava pravljenje baterija koje su 67 odsto tanje, imaju 20-40 odsto veći kapacitet, a pune se čak devet puta brže od postojećih rešenja sa anodama zasnovanim na čistom ugljeniku. Tako impresivne karakteristike ne čude što je kompanija BMW veoma zainteresovana da koristi ovaj tip baterija u svojim električnim modelima.

3D štampa

Velika medijska buka koja se pre nekoliko godina podigla oko 3D štampe je možda splasnula, ali razvoj i implementacija ove tehnologije i dalje nezadrživo napreduju nalazeći primenu u svemu od modne industrije, preko medicine, do svemirskih tehnologija. Četiri godine od osnivanja, kompanija Desktop Metal iz Burlingtona u Masačusetsu počinje sa prodajom komercijalnih sistema za 3D štampu metala koji je 100 puta brži od najboljih konkurentskih proizvoda (koji se oslanjaju na spajanje metalne prašine laserskim zracima). Sistem koji košta pozamašnih 750.000 dolara je u stanju da štampa 8200 kubnih centimetara metala na sat tehnologijom nazvanom BDM (bound metal deposition, vezano postavljanje metala). U pitanju je specifična varijanta ink-jet principa gde mlaznice „pljuckaju” mešavinu metalne prašine i specijalne smole. Nakon što je oblik odštampan, stavlja se u peć gde se zagreva ispod tačke topljenja metala. Tokom tog procesa metalne čestice se spajaju sinterovanjem, a smola u potpunosti sagoreva pa ostaje potpuno metalni oblik bez deformisanja.

Sto puta brža štampa je nešto čime odskora može da se pohvale i uređaji koji prave oblike od plastike. Ekipa okupljena oko profesora Timotija Skota na Uverzitetu Mičigena razvila je specijalnu smolu koja omogućuje da za nekoliko minuta odštampaju oblici koji se aktuelnim 3D štampačima prave satima. Sistem se oslanja na tehniku foto-polimerizacije – povezivanje molekula pod dejstvom svetlosti. U praksi, to znači da se u rezervoaru tečne smole obavlja precizno stvrdnjavanje materijala u željenom obliku. Do nedavno su za takav proces bili neophodni laseri i mnogo vremena, ali tim iz Mičigena je razvio plastičnu masu koja se stvrdnjava veoma brzo kada se izloži niskoenergetskim talasnim dužinama u plavom delu spektra, a stvrdnjavanje se koči kada se smola obasja ultraljubičastom svetlošću. To znači da nisu potrebni laseri, nego obične diode, samo je bitna talasna dužina svetlosti koju emituju. Manipulacijom izvora svetlosti moguće je trenutno štampanje celog trodizmenzionalnog objekta, umesto postepenog stvrdnjavanja smole u slojevima koje se koristi prilikom 3D-stereolitografije.

Motori

Auto-moto industrija neprestano pomera tehnološke granice i taj trend će se nastaviti i u 2019. godini. Kompanija Waymo (nastala iz Googleovog odeljenja za samovozeće automobile) će u toku godine postaviti na ulice San Franciska specijalne modele automobila Chevrolet Bolt koji nemaju ni volan ni pedale, ali imaju AI sistem sa Level 4 autonomijom. Ova vozila će funkcionisati kao automatizovani taksi servis.

Motori su sastavni deo robota koji su sve učestaliji deo naše neposredne okoline, ali sam princip njihovog rada se decenijama nije promenio. Bez obzira na to da li se radi o industrijskim robotima ili roverima na Marsu, uvek su u pitanju motori sa velikom radnom brzinom, čija se izlazna snaga reguliše serijom zupčanika. U kanadskoj kompaniji Genesis Robotics rešili su da promene ovaj status quo i naprave specijalnu vrstu motora čiji izlazni moment sile i snaga mogu precizno da se regulišu unutar samog motora tako da nema potrebe za dodatnim zupčanicima. U pitanju je, zapravo, evolucija direktnog pogona, tehnologije stare nekoliko decenija, ali zahvaljujući naučnim otkrićima postignutim u međuvremenu, novi sistem, nazvan LiveDrive, precizniji je, lakši i jeftiniji od starih rešenja sa direktnim pogonom.

Verovatno najzanimljiviji deo unapređivanja transportnih tehnologija koje ćemo moći da pratimo tokom 2019. godine je takmičenje između kompanija SpaceX i Blue Origin za dominaciju u osvajanju svemirskih prostranstava. Tokom 2018. godine SpaceX je obavio petinu globalnih lansiranja tereta u orbitu (21 let) i Ilon Mask nastavlja svoj ambiciozni plan za kolonizaciju Marsa. Sa druge strane, Blue Origin ove godine tek završava svoje matično postrojenje na Floridi i treba da započne testiranja na Kejp Kanaveralu kako bi prvi komercijalni let mogao da se obavi tek 2021. Raketa New Glenn Blue Origina koristi specijalne motore BE-4 koje kompanija Džefa Bezosa već prodaje Lockheed Martinu i Boeingu kao osnovu za raketu Vulkan, naslednika vremešnog Atlasa i osnovu NASA inicijative za sledeći korak u istraživanju svemira. Sem toga, u planovima Blue Origina je da ove godine započnu turističke suborbitalne letove na letelici New Shepard, slično letovima Virgin Galactica. Umesto na Marsu, Džef Bezos planira podizanje baze na Mesecu, što u istraživačke svrhe, što radi eksploatacije resursa na Zemljinom prirodnom satelitu.

• • •

Dok smo ovom prilikom pomenuli neka od najzanimljivijih tehnoloških dešavanja koja očekujemo u 2019. godini, sigurno je da će nas tokom nje obradovati i brojna „iznenađenja” koja će pomeriti kako granice mogućnosti inovativnih uređaja tako i naših očekivanja od njih.

Dragan KOSOVAC