Velký nápad 1: Udělat letadla dobíjecí
Tesla. Prius. Volt. Automobilový průmysl je zásoben novými radikálními konstrukcemi, které snižují dopad jízdy na životní prostředí. Letecký průmysl po desetiletí postupně zlepšuje palivovou účinnost, ale vyčerpává potenciál současných konstrukcí a brzy bude muset přijít s podobně transformačním přehodnocením. A musí postupovat rychle. Letecká doprava se s rostoucí prosperitou rozvojových zemí rozroste – do roku 2031 se více než zdvojnásobí. Tento růst by mohl zlikvidovat veškerá další zlepšení, kterých můžeme dosáhnout v oblasti čištění automobilů nebo energetických sítí.
Existuje řada způsobů, jak tento problém řešit. NASA přehodnocuje konstrukci letadel sponzorováním úchvatných konceptů, jako je například MIT D Series – jehož dvouválcová karoserie umožňuje motory umístěné vzadu a celkové snížení spotřeby paliva přibližně o 50 %. (Jsou také mnohem tišší.) Chytřejší navigační systémy by mohly leteckým společnostem umožnit kratší a přímější letové trasy. A malá letadla s krátkým doletem by se časem mohla stát elektrickými: slovinská firma Pipistrel vyvinula čtyřmístné elektrické letadlo s dvojnásobným doletem oproti podobným letadlům. „Všechny tyto technologie se sbližují a vytvářejí možnosti, které před deseti lety nebyly myslitelné,“ říká David Hinton, zástupce ředitele NASA pro výzkum v oblasti letectví. Nebesa jsou limitem. -Clive Thompson
Big Idea 2: Fuel the Planet with Micromachines
Harry Gray se vyzná v elektronech. V roce 1982 tento chemik z Caltechu objevil, že elektrony „tunelují“ – přeskakují dlouhé řetězce molekul – skrz proteiny. Ukázalo se, že tento trik je oživujícím dechem života; je to způsob, jakým živé organismy přeměňují energii na něco, co mohou využít, od rostlin, které uzamykají energii slunečního světla ve svých buňkách, až po téměř všechny formy života, které spalují paliva, jako je glukóza, aby získaly energii. To vše umožňují hybridní molekuly zvané metaloproteiny, které kombinují tvarovou flexibilitu proteinů se schopností kovů katalyzovat chemické reakce.
Když na to Gray přišel, už se zajímal o solární energii. Pokud se snažíte vyvinout téměř nekonečně obnovitelný generátor energie, uvědomil si, že byste se mohli pokusit unést systém poháněný metaloproteiny, jako je fotosyntéza. Ale to by nefungovalo. Biologické stroje jsou příliš křehké a neefektivní – a aby fungovaly, musí se každých pár minut znovu syntetizovat.
Pokud chcete molekulární stroj, který bude vyrábět energii efektivně a spolehlivě, musíte si ho podle Graye postavit sami. On a jeho kolegové si představují baterie v mikroměřítku s oxidy kovů na jednom konci a křemíkem na druhém, postavené jako pole metaloproteinů v membránách rostlinných buněk. Oxidy kovů by absorbovaly modré vlnové délky slunečního světla a využívaly energii ke štěpení mořské vody na kyslík a protony a křemík by absorboval červené světlo a spojoval protony s elektrony. To je chytré, protože proton spojený s elektronem je vlastně vodík, který lze použít jako palivo. Zkrácená verze: volný vodík ze slunečního světla. „Celý důraz naší práce spočívá v tom, že přicházíme s molekulami nebo materiály, které jsou velmi robustní,“ říká, „a vydrží dlouho v solárních palivových elektrárnách.“
Mohlo by to dokonce fungovat. Umělé štěpiče vody jsou již nyní desetkrát účinnější než přirozená fotosyntéza, ačkoli rozšíření je ještě otázkou desetiletí, protože vědci hledají nové katalyzátory, které by tuto chemii poháněly. (Exotické kovy, které dnes používají, jsou drahé a toxické.) Gray je přesto optimistický. „Přírodní systém musel vytvořit něco, co by mohlo skutečně žít,“ říká. „Jediné, co musíme udělat, je vyrobit palivo.“ A zachránit planetu. -Thomas Hayden
Velký nápad 3: Rozstříkat Wi-Fi hotspoty na všechno
Celá mobilní ekonomika je založena na chatrném předpokladu – že budeme mít přístup k mobilnímu webu, kdykoli a kdekoli budeme chtít, a to stále větší rychlostí. Skutečnost není tak růžová: Už jsme viděli, že mobilní operátoři jako AT&T a Verizon přestali nabízet své neomezené datové tarify – a boj o šířku pásma bude ještě vyčerpávající, protože počet tabletů a chytrých telefonů stále roste.
Omezený přístup je víc než jen nepříjemnost, je to smrtelná hrozba pro inovace. Očekává se, že do roku 2020 bude mít bezdrátová technologie celosvětový dopad ve výši 4,5 bilionu dolarů. Růst však závisí na naší schopnosti škálovat. Potřebujeme přístup odpovídající počtu zařízení, která jej vyžadují.
Snadno dostupné Wi-Fi by mohlo pomoci tento problém vyřešit. Internetové a telefonní společnosti již začínají v hustě obydlených oblastech zavádět malé buňky – v podstatě malé věže pro mobilní telefony, které slouží pro Wi-Fi spolu s 4G. Tyto společnosti však mají jen malou motivaci budovat rozsáhlou infrastrukturu potřebnou k připojení zbytku světa.
Jedna společnost přišla s unikátně odvážným řešením – Wi-Fi anténou v plechovce od spreje. Společnost Chamtech Enterprises vyvinula kapalinu naplněnou miliony nanokondenzátorů, která po nastříkání na povrch dokáže přijímat rádiové signály lépe než standardní kovová tyč. Pomocí routeru mohou antény společnosti Chamtech komunikovat s optickou sítí, přijímat signály z cílených satelitů a vytvářet řetězce s blízkými uzly, čímž potenciálně vytvoří síť levných širokopásmových hotspotů Wi-Fi. Vzhledem k tomu, že antény lze namalovat na jakýkoli povrch, nedochází k žádným projevům NIMBY, které vítají každou novou věž pro mobilní telefony. Pokud vám to nestačí, zkuste tohle: Už žádné proklínání AT&T. -Rachel Swaby
Velký nápad 4: Proměnit pouště v elektrárny
Nepovažujte vyprahlé oblasti, jako je Sahara, za pustiny. Přemýšlejte o nich jako o téměř nekonečných zdrojích čisté energie. Za šest hodin denního světla pohltí pouště na Zemi více energie, než lidstvo spotřebuje za rok. Nyní má nepravděpodobné konsorcium politiků, vědců a ekonomů z celého Středomoří plán, jak ji využít. „Desertec“ by zahrnoval stovky čtverečních mil větrných a solárních elektráren v pouštích světa, které by byly napojeny na elektrické sítě a dodávaly spolehlivou, obnovitelnou a cenově dostupnou energii do oblastí, kde je slunce méně. Plánovači doufají, že solární energie bude nejprve proudit ze severní Afriky do Evropy. Odhaduje se, že 1 300 čtverečních mil severoafrické pouště by mohlo do roku 2050 pokrýt 20 % energetické potřeby Evropy. „Vše potřebné k realizaci konceptu Desertec již existuje,“ říká spoluředitel nadace Thiemo Gropp. Stejně jako u většiny rozsáhlých infrastrukturních projektů jsou největší problémy politické. Představitelé severní Afriky vidí v Desertecu tvůrce pracovních míst, ale arabské jaro zanechalo v investorech nejistotu ohledně dlouhodobé stability regionu. Evropská hospodářská krize vyčerpala prostředky na veřejné práce a kontinent je změtí nekompatibilních energetických sítí a předpisů. Přesto by koncept Desertec mohl být realizován. Devadesát procent světové populace žije ve vzdálenosti do 1 800 mil od pouště. Čínská města by mohla být napájena z Gobi, Jižní Amerika by mohla vést vedení z Atacamy. Kde je světlo, tam je naděje.
-Andrew Curry
Velký nápad 5: Dejte si do očí digitální displeje
Chytré telefony nám umožnily neustálé spojení s informacemi ze světa. Ale skutečný přístup k těmto informacím vyžaduje, abychom se dívali na své přístroje, což nás vystavuje náchylnosti k bouračkám a podrážděným společníkům při stolování. Co kdybychom se ke všem těmto informacím mohli dostat bez problémů, aniž bychom riskovali své životy nebo přátelství?
Spolutvůrci Googlu mluví o přímé lince do našeho mozku už od roku 2002. Zatím nejblíže k tomu mají prototyp brýlí Google Glass, které promítají informace na náhlavní displej viditelný pouze pro nositele. Babak Parviz, zakladatel projektu Glass, který je zároveň docentem na Washingtonské univerzitě, však doufá, že se mu podaří postoupit ještě o krok dál. Navrhuje dlouhodobý plán na odstranění objemných brýlí a vybudování mikrosystému na kontaktní čočce. Pomocí vysílaček, které nejsou širší než několik lidských vlasů, mohou podle něj tyto čočky rozšířit realitu a mimochodem odstranit potřebu displejů na telefonech, počítačích a širokoúhlých televizorech. „Jediné, co tyto displeje dělají, je generování obrazce na sítnici,“ říká Parviz. „Takže pokud máte kontaktní čočku, která toto dělá, nepotřebujete už žádný z těchto displejů.“ Bonus: čočky by mohly fungovat jako trvalý monitor zdraví, který by pomocí malých biosenzorů analyzoval oční buňky. -S.L.
Velký nápad 6: Vyhlaste válku přilétajícím asteroidům
Ve filmu Armageddon se povedly dvě věci: Za prvé, jsme žalostně nepřipraveni na přilétající asteroid. A za druhé? Správný nástroj pro správnou práci. „Bruce Willis velmi významně přispěl k planetární obraně,“ říká Bong Wie, ředitel Centra pro výzkum odrazu asteroidů na Státní univerzitě v Iowě. Armageddon pomohl zpopularizovat teorii podpovrchových explozí. A Wie má raketu – Hyper-Velocity Asteroid Intercept Vehicle – která takovou raketu vyrábí. Vpředu: „zachycovač kinetické energie“. Vzadu: atomová bomba. Kinetická část vjede do skály a bomba ji celou rozmetá na kusy. Hej, NASA to znělo dobře; agentura poskytla Wieovi grant ve výši 100 000 dolarů. Konstrukce řeší jeden z největších nedostatků atomových bomb ve vesmíru. Náraz bomby do povrchu asteroidu by způsobil, že by se štěpný materiál roztavil dříve, než by mohl explodovat, a samostatný výbuch by cíl nezničil. HAIV umístí bombu dovnitř skály, kde vytvoří zemní otřesy a dvacetinásobně zvětší sílu výbuchu. Wie plánuje otestovat systém bez atomové bomby kolem roku 2020, ale říká, že by ho mohl dostat do vzduchu za méně než rok, pokud by srážka vypadala bezprostředně. „Mnoho lidí v naší komunitě si myslí, že kdykoli to budeme potřebovat, můžeme prostě sestavit systém, o kterém mluvím,“ říká Wie. Stálo by to 500 milionů dolarů, ale to je pár zrnek hvězdného prachu ve srovnání s koncem civilizace, jak ji známe (a o 50 milionů dolarů méně než celosvětové tržby filmu Armageddon).
-Ben Paynter
Velký nápad 7: postavit mrakodrapy z diamantů
Je to jeden z nejtvrdších materiálů ve vesmíru. Je naprosto čirý, prakticky bez tření, chemicky inertní a výborně vede teplo. A je vyroben z jednoho z nejběžnějších prvků: uhlíku. Diamant – vlastně jen krystal uhlíku – je nesmírně užitečný v oborech od mikroelektroniky až po úpravu vody. Bohužel velké diamanty jsou také nesmírně vzácné. Představte si ale, že by byl stejně rozšířený jako ocel.
Stephen Bates by to mohl dokázat. Kromě práce pro místa jako NASA a Princeton strávil tento 64letý vědecký brigádník několik let ve společnosti General Motors, kde pomocí safíru sestrojil průhledný pístový motor, čímž získal dosud nevídaný pohled na proudění plamenů a plynů. Tento safírový motor přiměl Batese přemýšlet o diamantu. „Cokoli, co můžete udělat se safírem, by fungovalo lépe s diamantem, kdybyste si to mohli dovolit,“ říká.
Poté, co se ponořil do výzkumu syntézy krystalů v tenkých vrstvách pomocí procesu zvaného napařování, si Bates nechal patentovat metodu, jak totéž provést s diamanty. Koncept je jednoduchý: Diamantová drť, levný průmyslový produkt, se vloží do formy s odpařeným fullerenem C60 – klecí ve tvaru fotbalového míče se 60 atomy uhlíku. Pak to celé rozstřelte laserovým paprskem. Fulleren se rozpadne a uhlík zkondenzuje mezi diamantovými částicemi, čímž je účinně spojí do relativně pevné hmoty.
I kdyby se metoda ukázala jako technicky a ekonomicky proveditelná, výsledný materiál by byl porézní a nikdo vlastně neví, jaké vlastnosti by porézní diamant měl. Krokem číslo jedna je pro Batese pořízení pulzního laseru za 100 000 dolarů. Ale pokud to bude fungovat? Představte si diamantové základy pod vaším domem, diamantové nosníky v mrakodrapech, diamantové kosti v nohách a diamantové součástky do letadel a kosmických lodí. Jen si neplánujte dům celý z diamantů – stěny z nejlepšího vodiče tepla na světě by byly pěkně chladné. -Ted Greenwald