“Next big things” στην επιστήμη… τα επόμενα 10 χρόνια

Πώς θα είναι το μέλλον σε δέκα χρόνια από τώρα; Ποιο είναι το επόμενο next big thing; Η γονιδιωματική, τα μεγάλα δεδομένα, η νανοτεχνολογία, μια αποικία στον Άρη και η πυρηνική σύντηξη, για να αναφέρουμε μερικά από αυτά τα …«επόμενα μεγάλα πράγματα».

Το ZME Science αναφέρει καθημερινά τις τελευταίες τάσεις και εξελίξεις στην επιστήμη.

Πιστεύουμε ότι αυτού του είδους τα ρεπορτάζ βοηθούν τους ανθρώπους να συμβαδίζουν με έναν συνεχώς μεταβαλλόμενο κόσμο, ενώ παράλληλα τροφοδοτούν την έμπνευση για να γίνουν καλύτεροι.

Αλλά μπορεί επίσης να είναι απογοητευτικό όταν διαβάζετε για ηλιακούς συλλέκτες με απόδοση 44% και εσείς, ως καταναλωτής, δεν μπορείτε να τους έχετε. Φυσικά, υπάρχει μια στιγμιαία χρονική υστέρηση καθώς το κύμα της καινοτομίας ταξιδεύει από τους πρώτους χρήστες στους καταναλωτές. Ο πρώτος πλήρως λειτουργικός ψηφιακός υπολογιστής, ο ENIAC, εφευρέθηκε το 1946, αλλά μόλις το 1975 ο Ed Roberts παρουσίασε τον πρώτο προσωπικό υπολογιστή, τον Altair 8800.

Νομίζετε ότι η τεχνολογία της οθόνης αφής είναι κάτι καινούργιο; Η πρώτη οθόνη αφής εφευρέθηκε από τον E.A. Johnson στο Royal Radar Establishment, Malvern, στο Ηνωμένο Βασίλειο, μεταξύ 1965 και 1967. Στις δεκαετίες του ’80 και του ’90, ορισμένες εταιρείες όπως η Hewlett-Packard ή η Microsoft παρουσίασαν διάφορα προϊόντα με οθόνη αφής με μέτρια εμπορική επιτυχία. Μόνο το 2007, όταν η Apple κυκλοφόρησε το πρώτο iPhone, η οθόνη αφής έγινε πραγματικά δημοφιλής και προσιτή. Και ο κατάλογος συνεχίζεται.

Όλα τα συναρπαστικά πράγματα που βλέπουμε να βγαίνουν από εργαστήρια αιχμής σε όλο τον κόσμο θα χρειαστούν χρόνο για να ωριμάσουν και να ενσωματωθούν πραγματικά στην κοινωνία. Βρίσκονται στο στάδιο της φούσκας, και για κάποιους η φούσκα θα σκάσει και η τεχνολογία δεν θα επιβιώσει. Άλλες εφευρέσεις και έρευνες μπορεί να αναδυθούν πολλές δεκαετίες αργότερα.

ΔΕΙΤΕ ΕΔΩ ΟΛΑ ΤΑ ΣΕΜΙΝΑΡΙΑ ΓΙΑ ΤΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ

Πώς θα είναι λοιπόν το μέλλον σε δέκα χρόνια από τώρα; Ποιο είναι το επόμενο μεγάλο πράγμα;

Δεδομένου του σημερινού ρυθμού τεχνολογικής προόδου, τέτοιου είδους εκτιμήσεις είναι πολύ δύσκολο, αν όχι αδύνατο, να γίνουν. Ως εκ τούτου, παρατίθενται μερικές μόνο από τις εικασίες σχετικά με το ποια τεχνολογία – κάποιες νέες, άλλες βελτιωμένες εκδοχές αυτών που είναι ήδη κυρίαρχες σήμερα – θα γίνει αναπόσπαστο μέρος της κοινωνίας στο μέλλον.

Νανοτεχνολογία

Υπάρχει αυξανόμενη αισιοδοξία ότι η νανοτεχνολογία που θα εφαρμοστεί στην ιατρική και την οδοντιατρική θα επιφέρει σημαντικές προόδους στη διάγνωση, τη θεραπεία και την πρόληψη των ασθενειών. Πολλοί ερευνητές πιστεύουν ότι επιστημονικές συσκευές μικρότερες από τα ακάρεα της σκόνης μπορεί μια μέρα να είναι ικανές για μεγάλα βιοϊατρικά θαύματα.

Ο Donald Eigler είναι γνωστός για το πρωτοποριακό έργο του στον ακριβή χειρισμό της ύλης σε ατομικό επίπεδο. Το 1989, έγραψε τα γράμματα IBM χρησιμοποιώντας 35 προσεκτικά χειραγωγημένα μεμονωμένα άτομα ξένου. Φαντάζεται ότι μια μέρα «θα κάνει ρεσάλτο στους λαμπρούς μηχανισμούς της βιολογίας» για να δημιουργήσει λειτουργικά μη βιολογικά νανοσυστήματα.

«Στα όνειρά μου μπορώ να φανταστώ κάποιον περιβαλλοντικά ασφαλή ιό, ο οποίος, βάσει σχεδιασμού, κατασκευάζει και «φτύνει» έναν αθροιστή 64-bit. Στη συνέχεια, απλώς θα ρίχνουμε τις εκροές του ιού πάνω στα τσιπ μας και θα έχουμε τους αθροιστές να προσκολλώνται ακριβώς στα σωστά σημεία. Αυτά είναι αρκετά τραβηγμένα πράγματα, αλλά νομίζω ότι είναι λιγότερο τραβηγμένα από τον Feynman το ’59».

Η Angela Belcher είναι ευρέως γνωστή για το έργο της στην εξέλιξη νέων υλικών για την ενέργεια, τα ηλεκτρονικά και το περιβάλλον. Η καθηγήτρια Ενέργειας, Επιστήμης και Μηχανικής των Υλικών και Βιολογικής Μηχανικής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης, η Belcher πιστεύει ότι ο μεγάλος αντίκτυπος της νανοτεχνολογίας και της νανοεπιστήμης θα είναι στην κατασκευή – συγκεκριμένα στην καθαρή κατασκευή υλικών με νέες διαδρομές για τη σύνθεση υλικών, λιγότερα απόβλητα και αυτοσυναρμολογούμενα υλικά.

«Συμβαίνει αυτή τη στιγμή, αν κοιτάξετε την κατασκευή ορισμένων υλικών για, ας πούμε, μπαταρίες για οχήματα, η οποία βασίζεται στη νανοδομή των υλικών και στην επίτευξη του σωστού συνδυασμού υλικών σε νανοκλίμακα. Φανταστείτε τι μεγάλο αντίκτυπο θα μπορούσε να έχει αυτό στο περιβάλλον όσον αφορά τη μείωση των ορυκτών καυσίμων. Έτσι, η καθαρή κατασκευή είναι ένας τομέας στον οποίο πιστεύω ότι θα δούμε σίγουρα πρόοδο τα επόμενα 10 χρόνια περίπου».

Ο David Awschalom είναι καθηγητής Φυσικής και Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στη Σάντα Μπάρμπαρα. Ως πρωτοπόρος στον τομέα της σπιντρονικής των ημιαγωγών, μέσα στην επόμενη δεκαετία ή δύο, ο Awschalom θα ήθελε να δει την εμφάνιση μιας πραγματικής κβαντικής τεχνολογίας.

 «Σκέφτομαι πιθανά πολυλειτουργικά συστήματα που συνδυάζουν λογική, αποθήκευση, επικοινωνία ως ισχυρά κβαντικά αντικείμενα που βασίζονται σε μεμονωμένα σωματίδια στη φύση. Και το αν αυτό έχει τις ρίζες του σε ένα βιολογικό σύστημα, ή σε ένα χημικό σύστημα, ή σε ένα σύστημα στερεάς κατάστασης μπορεί να μην έχει σημασία και να οδηγήσει σε επαναστατικές εφαρμογές στην τεχνολογία, την ιατρική, την ενέργεια ή σε άλλους τομείς».

ΔΕΙΤΕ ΕΔΩ ΟΛΑ ΤΑ ΣΕΜΙΝΑΡΙΑ ΓΙΑ ENGINEERS

Γραφένιο

Το ZME Science δεν έχει πάψει να επαινεί το γραφένιο, το αλλοτρόπο άνθρακα πάχους ενός ατόμου που είναι διατεταγμένο σε εξαγωνικό πλέγμα – και έχει λόγους που το κάνει αυτό. Ακολουθούν μερικά μόνο από τα σημαντικότερα σημεία που έχουμε εντοπίσει: μπορεί να αυτοεπιδιορθώνεται· είναι η λεπτότερη ένωση που γνωρίζουμε· το ελαφρύτερο υλικό (με 1 τετραγωνικό μέτρο να φτάνει περίπου τα 0,77 χιλιοστόγραμμα)· η ισχυρότερη ένωση που ανακαλύφθηκε (μεταξύ 100 και 300 φορές ισχυρότερη από τον χάλυβα και με αντοχή σε εφελκυσμό 150.000.000 psi)· ο καλύτερος αγωγός θερμότητας σε θερμοκρασία δωματίου· και ο καλύτερος αγωγός ηλεκτρισμού (μελέτες έχουν δείξει κινητικότητα ηλεκτρονίων σε τιμές άνω των 15.000 cm2-V-1-s-1). Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή οτιδήποτε, από αεροσκάφη μέχρι αλεξίσφαιρα γιλέκα δέκα φορές πιο προστατευτικά από το ατσάλι, μέχρι κυψέλες καυσίμων. Μπορεί επίσης να μετατραπεί σε αντικαρκινικό παράγοντα. Κυρίως, όμως, οι μετασχηματιστικές δυνατότητές του είναι μεγαλύτερες στον τομέα των ηλεκτρονικών, όπου θα μπορούσε να αντικαταστήσει το παλιό φτωχό πυρίτιο, το οποίο πιέζεται πολύ από τον νόμο του Moore.

Διαβάζοντας όλα αυτά, είναι εύκολο να χαιρετίσει κανείς το γραφένιο ως το θαυματουργό υλικό της νέας εποχής της τεχνολογίας που έρχεται. Τι θα επακολουθήσει λοιπόν; Η κατασκευή, φυσικά. Το μεγαλύτερο εμπόδιο που αντιμετωπίζουν σήμερα οι επιστήμονες είναι η παραγωγή χύμα γραφενίου που να είναι αρκετά καθαρό για βιομηχανικές εφαρμογές σε λογική τιμή. Μόλις διευθετηθεί αυτό, ποιος ξέρει τι θα συμβεί.

 Αποικία στον Άρη

Μετά τον ιστορικό περίπατο του Νιλ Άρμστρονγκ στο φεγγάρι, ο κόσμος μέθυσε με όνειρα κατάκτησης του διαστήματος. Πιθανόν να έχετε δει ή ακούσει για «προφητείες» που έγιναν εκείνη την εποχή για το πώς θα μπορούσε να είναι ο κόσμος το έτος 2000. Αλλά όχι, δεν έχουμε σεληνιακές βάσεις, ιπτάμενα αυτοκίνητα ή θεραπεία για τον καρκίνο – όχι ακόμα.

Με την πάροδο του χρόνου, το ενδιαφέρον για την επανδρωμένη εξερεύνηση του διαστήματος μειώθηκε, κάτι που μπορεί δυστυχώς να αντικατοπτρίζεται στον σημερινό προϋπολογισμό της NASA. Η πρόοδος εξακολουθεί να έχει σημειωθεί, αν και όχι με τον ρυθμό που θα ήθελαν κάποιοι. Ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός είναι μια φανταστική συλλογική προσπάθεια που πλησιάζει τώρα τις δύο δεκαετίες συνεχούς επανδρωμένης λειτουργίας. Μόλις πριν από δύο χρόνια, η NASA προσγείωσε το ρόβερ Curiosity, το οποίο περιπλανιέται σήμερα στον Κόκκινο Πλανήτη και μεταδίδει εκπληκτικά στοιχεία για τον γειτονικό μας πλανήτη. Σύμφωνα με όλες τις ενδείξεις, οι άνθρωποι θα περπατήσουν στον Άρη και όταν αυτό συμβεί, όπως και με τον Άρμστρονγκ πριν, ένα νέο αναζωογονημένο κύμα ενθουσιασμού για τη διαστημική εξερεύνηση θα διαπεράσει την κοινωνία. Και, τελικά, αυτό θα εδραιωθεί με ένα επανδρωμένο φυλάκιο στον Άρη. Ξέρω τι πρέπει να σκέφτεστε, αλλά αν θέλουμε να ακούσουμε τους αξιωματούχους της NASA, αυτός ο στόχος δεν είναι και τόσο μακρινός χρονικά. Σύμφωνα με όλες τις εκτιμήσεις, το πιθανότερο είναι να συμβεί κατά τη διάρκεια της ζωής σας.

Από το 2018, ο πανίσχυρος πύραυλος Space Launch System της NASA τέθηκε σε λειτουργία, δοκιμάζοντας νέες δυνατότητες για την εξερεύνηση του διαστήματος, όπως η προγραμματισμένη επανδρωμένη προσεδάφιση σε αστεροειδή το 2025. Οι επανδρωμένες αποστολές στον Άρη θα βασίζονται στον Orion και σε μια εξελιγμένη έκδοση του SLS που θα είναι το ισχυρότερο όχημα εκτόξευσης που έχει πετάξει ποτέ. Ας ελπίσουμε ότι η NASA θα στείλει αστροναύτες στον Άρη κάποια στιγμή κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 2030. Ωστόσο, μην έχετε πολλές ελπίδες για το Mars One.

ΔΕΙΤΕ ΕΔΩ ΟΛΑ ΤΑ ΣΕΜΙΝΑΡΙΑ ΓΙΑ MANAGEMENT & LEADERSHIP

Ασύρματη ηλεκτρική ενέργεια

Γνωρίζουμε για τις δυνατότητες αυτές εδώ και περισσότερο από έναν αιώνα, με πιο γνωστό τον μεγάλο Tesla κατά τη διάρκεια των διάσημων διαλέξεών του. Ο επιστήμονας κρεμούσε μια λάμπα στον αέρα και αυτή άναβε – και όλα αυτά χωρίς καλώδια! Το ακροατήριο θαμπωνόταν κάθε φορά από αυτή την παράσταση. Αλλά αυτό δεν ήταν κάποιο ταχυδακτυλουργικό κόλπο – απλά ένα θέμα ρεύματος μέσω επαγωγής.

Βασικά, ο Tesla βασίστηκε σε σύνολα τεράστιων πηνίων που δημιουργούσαν ένα μαγνητικό πεδίο, το οποίο προκαλούσε ρεύμα στον λαμπτήρα. Ορίστε! Στο μέλλον, ο ασύρματος ηλεκτρισμός θα είναι προσβάσιμος σε όλους – τόσο εύκολα όσο είναι σήμερα το WiFi. Τα smartphones θα φορτίζονται στην τσέπη σας καθώς περιπλανιέστε, οι τηλεοράσεις θα παίζουν χωρίς καλώδια, και τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα θα ανεφοδιάζονται ενώ θα κάθονται στο δρόμο. Στην πραγματικότητα, η τεχνολογία είναι ήδη έτοιμη. Αυτό που απαιτείται είναι ένα τεράστιο άλμα στις υποδομές. Ουσιαστικά, οι ασύρματα φορτιζόμενες συσκευές πρέπει να είναι συμβατές με τους σταθμούς φόρτισης και αυτό απαιτεί μεγάλη προσπάθεια τόσο από τους προμηθευτές φόρτισης όσο και από τους κατασκευαστές συσκευών. Πλησιάζουμε όμως προς τα εκεί.

Πυρηνική σύντηξη

Η πυρηνική σύντηξη είναι ουσιαστικά το αντίθετο της πυρηνικής σχάσης. Στη σχάση, ένας βαρύς πυρήνας διασπάται σε μικρότερους πυρήνες. Με τη σύντηξη, ελαφρύτεροι πυρήνες συγχωνεύονται σε έναν βαρύτερο πυρήνα.

Η διαδικασία σύντηξης είναι η αντίδραση που τροφοδοτεί τον ήλιο. Στον ήλιο, σε μια σειρά πυρηνικών αντιδράσεων, τέσσερα ισότοπα του υδρογόνου-1 συντήκονται σε ήλιο-4, το οποίο απελευθερώνει ένα τεράστιο ποσό ενέργειας. Στόχος των επιστημόνων τα τελευταία 50 χρόνια είναι η ελεγχόμενη απελευθέρωση ενέργειας από μια αντίδραση σύντηξης. Εάν η ενέργεια από μια αντίδραση σύντηξης μπορεί να απελευθερωθεί αργά, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε σχεδόν απεριόριστες ποσότητες. Επιπλέον, δεν υπάρχουν απόβλητα που πρέπει να αντιμετωπιστούν ή μολυσματικοί παράγοντες που να επιβαρύνουν την ατμόσφαιρα. Για να επιτευχθεί το όνειρο της πυρηνικής σύντηξης, οι επιστήμονες πρέπει να ξεπεράσουν τρεις βασικούς περιορισμούς:

- θερμοκρασία (πρέπει να βάλεις πολλή ενέργεια για να ξεκινήσεις τη σύντηξη· τα άτομα του ηλίου πρέπει να θερμανθούν στους 40.000.000 βαθμούς Κέλβιν – δηλαδή πιο ζεστά από τον ήλιο!)

- χρόνος (οι φορτισμένοι πυρήνες πρέπει να συγκρατούνται μαζί αρκετά κοντά και για αρκετή ώρα ώστε να ξεκινήσει η αντίδραση σύντηξης)

- περιορισμός (σε αυτή τη θερμοκρασία όλα είναι αέρια, οπότε ο περιορισμός αποτελεί μεγάλη πρόκληση).

Αν και υπάρχουν και άλλα έργα αλλού, η πυρηνική σύντηξη σήμερα προωθείται από το έργο του Διεθνούς Θερμοπυρηνικού Πειραματικού Αντιδραστήρα (ITER), που ιδρύθηκε το 1985, όταν η Σοβιετική Ένωση πρότεινε στις ΗΠΑ να συνεργαστούν οι χώρες για να διερευνήσουν τις ειρηνικές εφαρμογές της πυρηνικής σύντηξης. Έκτοτε, ο ITER έχει διογκωθεί σε ένα έργο 35 χωρών με εκτιμώμενη τιμή 50 δισεκατομμυρίων δολαρίων.

Βασικές κατασκευές εξακολουθούν να κατασκευάζονται στον ITER, και όταν θα είναι έτοιμος ο αντιδραστήρας θα έχει ύψος 100 πόδια, θα ζυγίζει 23.000 τόνους και ο πυρήνας του θα είναι πιο θερμός από τον ήλιο. Μόλις τεθεί σε λειτουργία (ελπίζουμε με επιτυχία), ο ITER θα μπορούσε να λύσει τα ενεργειακά προβλήματα του κόσμου για το ορατό μέλλον και να βοηθήσει στη διάσωση του πλανήτη από την περιβαλλοντική καταστροφή.