10 технических идей на 2012 год: Обзор

Уже несколько десятилетий ведутся работы над электроактивными полимерами (ЭАП), известными публике как «пластиковые мышцы». Широкого применения это направление пока не нашло, но недавние исследования открыли перед ним новые перспективы. Интерес к ЭАП проявляют в NASA: эти очень легкие материалы умеют создавать большие усилия при низкой потребляемой мощности. Более того, исследователи из лаборатории бионики Института биоинженерии в Университете Окленда (Новая Зеландия) показали, что с помощью ЭАП можно создавать не только поступательное движение, но и вращательное. Они научились вращать свободную ступицу колеса между полосками электроактивного полимера, подобно тому, как это делает человек, вращая между пальцами карандаш. В результате получился настоящий роторный двигатель, способный при небольших мощностях конкурировать с распространенными повсюду обычными электромоторами.

Сейчас

Что может означать приставка «супер» в сочетании с тяжелым магистральным тягачом? Согласно новым нормативам, установленным в американском министерстве энергетики, это значит, что новинка будет на 50% более экономичной, чем сегодняшние модели. Этой цели министерство планирует достичь к 2015 году при содействии со стороны компаний Volvo, Daimler, Cummins, Peterbilt и Navistar. Новые требования устанавливаются для грузовиков с полной массой выше 15 т.

На новые проекты, разрабатываемые сейчас моторостроителями и производителями автомобилей, министерство выделило $180 млн. Некоторые из этих проектов уже близки к реализации. Среди ближайших целей — широкие шины с низким сопротивлением качению, активный контроль над давлением в шинах, гибридная трансмиссия и новые обводы трейлера. Компания Daimler Trucks стремится радикально уменьшить размеры и снизить вес своих дизельных двигателей, а Cummins вступила в партнерство с компанией Peterbilt для разработки нового «чистого» дизеля с механизмами утилизации выделяемого тепла. На дороге новые грузовики можно будет узнать с первого взгляда: аэродинамические формы трейлера, кабины и крыльев будут напоминать картинки из научной фантастики.

В будущем

Какой основной постулат компьютерных технологий знаком сейчас каждому школьнику? Конечно же, это закон Мура, сформулированный в 1965 году одним из основателей компании Intel Гордоном Муром. Он гласит, что количество транзисторов, размещаемых на интегральной микросхеме, будет удваиваться каждые два года. Иначе говоря, каждый год вычислительная мощность процессоров возрастает почти в полтора раза. Однако в законе Мура ничего не сказано об энергоэффективности новых компьютеров. Сейчас, когда ватты решают все, пришло время для еще одного закона, открытого Джонатаном Куми из Стэнфордского университета. Закон Куми гласит, что объем вычислений, выполняемых при расходовании одного джоуля электроэнергии (это же можно сформулировать как вычислительную мощность компьютера в пересчете на один ватт) удваивается каждые полтора года. Этот закон показывает будущее компьютерных технологий под таким углом, который не учитывается в законе Мура, причем касается это и простых смартфонов, работающих на батарейках, и суперкомпьютеров с фантастической мощностью и столь же фантастическим энергопотреблением.

Мобильная служба мгновенных сообщений

Сейчас

Мобильные службы передачи мгновенных сообщений типа BlackBerry Messenger, базирующиеся на стандартных IP-протоколах, привели к значительному сокращению использования операторских SMS. Подобные собственные службы мгновенных сообщений есть теперь у таких гигантов, как Apple, Google и Microsoft. Теперь грабительским тарифам передачи текстовых сообщений должна прийти давно заслуженная смерть.

В будущем

Известно, что мобильные устройства потребляют энергию даже в те часы, когда вы ими не пользуетесь. Пусть ваш телефон лежит у вас в кармане с выключенным экраном — даже в этом состоянии он поддерживает готовность принять те или иные радиосигналы. Такой режим принято называть режимом ожидания. В Университете штата Мичиган разработали особый режим ожидания с минимальным потреблением энергии — «режим подсознания» (Energy-Minimizing Idle Listening, E-MiLi). В этом режиме существенно снижена скорость, с которой карта Wi-Fi принимает пакеты данных. Эти пакеты необходимо снабдить специальными заголовками, которые устройство будет выборочно прослушивать и таким образом определять необходимость использования всех возможностей канала приема. Во время испытаний на современных мобильных устройствах режим подсознания продемонстрировал экономию энергии на 44%.

В будущем

Пространство на дисках серверных хранилищ недешево, да и не каждый готов хранить свои личные данные на чужих серверах. Но самая неприятная проблема, связанная с облачным хранением данных, — это полосы пропускания. Требуется не один час, чтобы закачать 1Гб через типичное широкополосное интернет-соединение. Компания Bitcasa предлагает неограниченное облачное пространство для создания резервных копий всего за $10 в месяц. Для этого используется метод «конвергентного кодирования» (convergent encryption): для каждого файла программа Bitcasa с помощью хэш-функции вычисляет уникальный идентификатор, и если такой идентификатор уже имеется на серверах компании Bitcasa, данный файл уже не требуется загружать. Так, популярная песенка, которую слушают миллионы, на серверах компании будет записана только один раз. Пользователи этой системы хранят в ней сотни гигабайт данных, значительно разгружая при этом канал связи.

В будущем

Для того чтобы сохранить кинетическую энергию в электрическом аккумуляторе, ее надо преобразовать в электричество. Это процесс с крайне низким КПД, что сказывается и на экономичности гибридных автомобилей. В гибридах на базе маховика проблему удалось обойти весьма элегантным образом — кинетическая энергия здесь сохраняется именно как кинетическая энергия вращающегося маховика.

Гибриды на базе маховика используются в течение десятилетий в разнообразных экзотических проектах. Еще в начале 1950-х в Швейцарии выпускались автобусы с резервным накопителем энергии в виде маховика. Промышленный консорциум Flybus проводит испытания подобной, но существенно модернизированной машины. Компания Porsche встроила этот механизм в свой 767-сильный гоночный концепт-кар 918 RSR. Те же маховики, но гораздо большего размера, объединенные в сеть, используются как демпферы колебаний в электросетях. Они накапливают избыточную энергию в те часы, когда ее потребление падает.

До самого последнего времени маховики так и не смогли прижиться на машинах массового производства. Сейчас несколько крупных автопроизводителей (среди них Ford, Jaguar и Land Rover) объединились с автоспортивными компаниями Flybrid Systems и Prodrive, чтобы совместно разработать узел энергонакопления на базе батареи маховиков из углепластика. Этот узел будет сопряжен с бесступенчатым вариатором и системой рекуперативного торможения, а маховики будут помещены в частично вакуумированную полость. При испытаниях в реальных дорожных условиях экономичность машины повысилась на 22,4% в сравнении с обычным автомобилем без накопителя энергии. В момент пиковой нагрузки маховик добавлял в автомобильную трансмиссию 80 л.с. дополнительной мощности.

Еще одно достоинство маховика — простота его утилизации после окончания срока службы, в то время как утилизация отработанных химических электроаккумуляторов всегда представляет серьезные проблемы.

Игры с практическими целями (Games With a Purpose, GWAP)

Сейчас

В этих играх человеческая интуиция используется для решения серьезных вычислительных задач. Играя на своих компьютерах в трехмерную игру Foldit, нацеленную на моделирование белковых молекул, пользователи смогли расшифровать структуру протеазы ВИЧ. Эта задача, которая вот уже много лет представляла для ученых непреодолимое препятствие, была решена обычными пользователями всего за три недели.

Автомобильный лидар

В будущем

Компания Google имеет в своем распоряжении целый парк автомобилей, ездящих (в основном) без помощи водителей. Эти машины намотали уже сотни тысяч километров по общественным дорогам Калифорнии и Невады. (Имеется сообщение об одной-единственной аварии, хотя Google утверждает, что в момент столкновения машина как раз управлялась человеком.) Система управления этих автомобилей получает данные об окружающей обстановке от лидаров — оптических датчиков, пришедших из военной индустрии (иногда их называют лазерными радарами). Аппараты, установленные на крыше автомобиля, выдают полную трехмерную панораму окружающего ландшафта. Пакет разработанных в компании Google навигационных программ интерпретирует эту картинку и отрабатывает реакцию в режиме реального времени. Лидары уже ставятся и на многие серийные машины (Ford, Volvo, Audi и др.). Они предоставляют данные о расстоянии до передней машины системе автоматического торможения и предотвращения столкновений.