Grande idea 1: Rendere gli aerei ricaricabili
Tesla. Prius. Volt. L’industria automobilistica è piena di nuovi design radicali che riducono l’impatto ambientale della guida. L’industria aeronautica ha migliorato incrementalmente l’efficienza del carburante per decenni, ma sta esaurendo il potenziale dei progetti attuali e presto avrà bisogno di un ripensamento altrettanto trasformativo. E deve muoversi velocemente. I viaggi aerei sono destinati a esplodere – più del doppio entro il 2031 – poiché le nazioni in via di sviluppo diventano più prospere. Questa crescita potrebbe consumare tutti gli altri miglioramenti che potremmo fare dalla pulizia delle auto o delle reti energetiche.
Ci sono diversi modi per affrontare il problema. La NASA sta ripensando il design degli aerei sponsorizzando concetti strabilianti come la serie D del MIT, in cui un corpo a doppio cilindro permette di avere motori montati posteriormente e una riduzione complessiva del carburante di circa il 50%. (Sistemi di navigazione più intelligenti potrebbero permettere alle compagnie aeree di volare su rotte più brevi e dirette. E i piccoli aerei a corto raggio potrebbero alla fine diventare elettrici: la ditta slovena Pipistrel ha sviluppato un quattro posti elettrico, con il doppio del chilometraggio di un aereo simile. “Tutte queste tecnologie stanno convergendo per produrre capacità che non erano immaginabili 10 anni fa”, dice David Hinton, vice direttore della ricerca aeronautica della NASA. Il limite è il cielo. -Clive Thompson
Grande idea 2: rifornire il pianeta con le micromacchine
Harry Gray conosce gli elettroni. Nel 1982 il chimico del Caltech ha scoperto che gli elettroni “tunnelano” -passano attraverso lunghe catene di molecole- attraverso le proteine. Questo trucco risulta essere il soffio animatore della vita; è il modo in cui gli esseri viventi convertono l’energia in qualcosa che possono usare, dalle piante che bloccano l’energia della luce solare nelle loro cellule a praticamente ogni forma di vita che brucia combustibili come il glucosio per produrre energia. Tutto ciò è reso possibile da molecole ibride chiamate metalloproteine, che combinano la flessibilità mutevole delle proteine con la capacità dei metalli di catalizzare le reazioni chimiche.
Quando Gray l’ha capito, era già interessato all’energia solare. Se si stava cercando di sviluppare un generatore di energia quasi-infinitamente rinnovabile, si rese conto, si potrebbe provare a dirottare un sistema guidato da metalloproteine come la fotosintesi. Ma non funzionerebbe. Il macchinario biologico è troppo fragile e inefficiente e deve essere risintetizzato ogni pochi minuti per funzionare.
Se si vuole una macchina molecolare che produca energia in modo efficiente e affidabile, dice Gray, bisogna costruirla da soli. Lui e i suoi colleghi immaginano batterie in microscala con ossidi di metallo a un’estremità e silicio all’altra, costruite come gli array di metalloproteine nelle membrane delle cellule vegetali. Gli ossidi di metallo assorbirebbero le lunghezze d’onda blu della luce solare e userebbero l’energia per dividere l’acqua di mare in ossigeno e protoni, e il silicio assorbirebbe la luce rossa e combinerebbe i protoni con gli elettroni. È un’idea geniale, perché un protone combinato con un elettrone è in realtà idrogeno, che può essere usato come carburante. Versione più breve: idrogeno libero dalla luce del sole. “L’intera enfasi del nostro lavoro è di arrivare a molecole o materiali che sono molto robusti”, dice, “e che dureranno a lungo negli impianti a combustibile solare”
Potrebbe anche funzionare. I divisori d’acqua artificiali sono già 10 volte più efficienti della fotosintesi naturale, anche se lo scale-up è ancora lontano decenni, mentre i ricercatori cercano nuovi catalizzatori per guidare la chimica. (I metalli esotici che usano oggi sono costosi e tossici). “Il sistema naturale ha dovuto costruire qualcosa che potesse effettivamente vivere”, dice. “Tutto quello che dobbiamo fare è produrre carburante”. Oh, e salvare il pianeta. -Thomas Hayden
Grande idea 3: spruzzare hot spot Wi-Fi su tutto
L’intera economia mobile è basata su un presupposto tenue: che saremo in grado di accedere al web mobile, quando e dove vogliamo, a velocità sempre maggiori. La realtà non è così rosea: abbiamo già visto operatori mobili come AT&T e Verizon smettere di offrire i loro piani di dati illimitati e la lotta per la larghezza di banda sarà ancora più estenuante man mano che il numero di tablet e smartphone continuerà a esplodere.
L’accesso limitato è più di un semplice fastidio, è una minaccia mortale all’innovazione. Entro il 2020, la tecnologia wireless dovrebbe avere un impatto globale di 4,5 trilioni di dollari. Ma la crescita dipende dalla nostra capacità di scalare. Abbiamo bisogno di un accesso che corrisponda al numero di dispositivi che lo richiedono.
Il Wi-Fi facilmente disponibile potrebbe aiutare a risolvere questo problema. Le compagnie telefoniche e di Internet stanno già iniziando a distribuire piccole celle – essenzialmente piccole torri di telefonia mobile che servono il Wi-Fi insieme al 4G – in aree densamente popolate. Ma queste aziende sono poco incentivate a costruire la massiccia infrastruttura necessaria per collegare il resto del mondo.
Una società ha trovato una soluzione audace, un’antenna Wi-Fi in una bomboletta spray. Chamtech Enterprises ha sviluppato un liquido riempito con milioni di nano-capacitori, che se spruzzato su una superficie può ricevere segnali radio meglio di una normale barra di metallo. Con un router, le antenne di Chamtech possono comunicare con una rete in fibra, ricevere segnali da satelliti mirati, e impostare una catena a margherita con i nodi vicini, creando potenzialmente una rete mesh di hot spot Wi-Fi a basso costo e a banda larga. Poiché le antenne possono essere dipinte su qualsiasi superficie, non ci sarebbe nessuno dei NIMBY-ismi che salutano ogni nuova torre di telefonia cellulare. Se questo non è abbastanza fantastico, prova questo: Niente più maledizioni AT&T. -Rachel Swaby
Grande idea 4: Trasformare i deserti in centrali elettriche
Non pensate alle distese aride come il Sahara come a desolate terre desolate. Pensatele come fonti quasi infinite di energia pulita. In sei ore di luce, i deserti della Terra assorbono più energia di quanta l’umanità ne usi in un anno. Ora un improbabile consorzio di politici, scienziati ed economisti di tutto il Mediterraneo ha un piano per sfruttarla. “Desertec” coinvolgerebbe centinaia di chilometri quadrati di impianti eolici e solari nei deserti del mondo, collegati alle reti elettriche per incanalare energia affidabile, rinnovabile e conveniente alle regioni più esposte al sole. I pianificatori sperano di far fluire prima l’energia solare dal Nord Africa all’Europa. Si stima che 1.300 miglia quadrate di deserto nordafricano potrebbero gestire il 20% del fabbisogno energetico dell’Europa entro il 2050. “Tutto ciò che è necessario per realizzare il concetto di Desertec è già lì”, dice il codirettore della fondazione, Thiemo Gropp. Come per la maggior parte dei progetti di infrastrutture di massa, le sfide più grandi sono politiche. I leader nordafricani vedono Desertec come un creatore di posti di lavoro, ma la primavera araba ha lasciato gli investitori incerti sulla stabilità a lungo termine della regione. La crisi economica europea ha prosciugato i fondi per le opere pubbliche, e il continente è un groviglio di reti elettriche e regolamenti incompatibili. Eppure, il concetto di Desertec potrebbe viaggiare. Il 90% della popolazione mondiale vive entro 1.800 miglia da un deserto. Le città della Cina potrebbero essere alimentate dal Gobi; il Sud America potrebbe far passare le linee dall’Atacama. Dove c’è luce, c’è speranza.
-Andrew Curry
Big Idea 5: Metti i display digitali nei tuoi occhi
Gli smartphone ci hanno dato una connessione sempre attiva alle informazioni del mondo. Ma in realtà l’accesso a queste informazioni ci richiede di fissare i nostri gadget, lasciandoci inclini a parafanghi e compagni di cena arrabbiati. E se potessimo attingere a tutte queste informazioni senza soluzione di continuità, senza rischiare le nostre vite o amicizie?
I cofondatori di Google parlano di una linea diretta nel nostro cervello dal 2002. Finora il più vicino è stato il prototipo dei Google Glass, occhiali che proiettano informazioni su un display heads-up, visibile solo a chi li indossa. Ma Babak Parviz, il fondatore di Project Glass, che è anche professore associato all’Università di Washington, spera di fare un passo avanti. Suggerisce un piano a lungo termine per eliminare gli occhiali ingombranti e costruire un microsistema su una lente a contatto. Usando radio non più larghe di qualche capello umano, pensa che queste lenti possano aumentare la realtà e incidentalmente eliminare la necessità di display su telefoni, PC e TV widescreen. “L’unica cosa che quei display fanno è generare un modello sulla retina”, dice Parviz. “Quindi, se hai una lente a contatto che fa questo, non hai più bisogno di nessuno di quei display”. Un bonus: le lenti potrebbero agire come un monitor di salute persistente, utilizzando minuscoli biosensori per analizzare le cellule dell’occhio. -S.L.
Grande idea 6: Dichiarare guerra agli asteroidi in arrivo
Il film Armageddon ha due cose giuste: Primo, siamo tristemente impreparati per un asteroide in arrivo. E la seconda? Lo strumento giusto per il lavoro giusto. “Bruce Willis ha dato un contributo molto significativo alla difesa planetaria”, dice Bong Wie, direttore dell’Asteroid Deflection Research Center alla Iowa State University. Vedete, Armageddon ha contribuito a rendere popolare la teoria delle esplosioni subsuperficiali. E Wie ha un missile – l’Hyper-Velocity Asteroid Intercept Vehicle – che ne fa uno. Davanti: un “intercettore di energia cinetica”. Dietro: una testata nucleare. La parte cinetica si infila nella roccia, e la bomba la fa saltare in aria. Ehi, suonava bene alla NASA; l’agenzia ha dato a Wie una sovvenzione di 100.000 dollari. Il progetto affronta uno dei più grandi difetti delle bombe nello spazio. Sbattere una bomba sulla superficie di un asteroide causerebbe la fusione del materiale fissile prima che possa esplodere, e un’esplosione a distanza non distruggerebbe il bersaglio. L’HAIV mette la bomba all’interno della roccia, dove crea scosse al suolo, ingrandendo di venti volte la forza dell’esplosione. Wie prevede di testare il sistema, senza bomba, intorno al 2020, ma dice che potrebbe portarne una in volo in meno di un anno se una collisione sembrasse imminente. “Molte persone nella nostra comunità pensano che ogni volta che ne abbiamo bisogno possiamo semplicemente assemblare il sistema di cui sto parlando”, dice Wie. Costerebbe 500 milioni di dollari, ma sono pochi granelli di polvere di stelle rispetto alla fine della civiltà come la conosciamo (e 50 milioni di dollari in meno dell’incasso globale di Armageddon).
-Ben Paynter
Big Idea 7: Costruire grattacieli con i diamanti
È uno dei materiali più duri dell’universo. È assolutamente chiaro, virtualmente senza attrito, chimicamente inerte e un eccellente conduttore di calore. Ed è fatto di uno degli elementi più comuni: il carbonio. Il diamante – solo cristallo di carbonio, in realtà – è estremamente utile in campi che vanno dalla microelettronica al trattamento dell’acqua. Sfortunatamente, i grandi diamanti sono anche estremamente rari. Ma immaginate se il materiale fosse onnipresente come l’acciaio.
Stephen Bates potrebbe farlo accadere. Oltre a lavorare per posti come la NASA e Princeton, il 64enne scienziato ha trascorso alcuni anni alla General Motors, dove ha costruito un motore a pistoni trasparente usando lo zaffiro, ottenendo una visione senza precedenti del flusso di fiamme e gas. Quel motore in zaffiro ha fatto pensare Bates al diamante. “Qualsiasi cosa si possa fare con lo zaffiro funzionerebbe meglio con il diamante, se te lo potessi permettere”, dice.
Dopo essersi immerso nella ricerca sulla sintesi dei cristalli in film sottili attraverso un processo chiamato deposizione di vapore, Bates ha brevettato un metodo per fare la stessa cosa con i diamanti. Il concetto è semplice: Imballare la graniglia di diamante, un prodotto industriale poco costoso, in uno stampo con il fullerene C60 vaporizzato, una gabbia a forma di pallone da calcio di 60 atomi di carbonio. Poi fai esplodere il tutto con un raggio laser. Il fullerene si rompe e il carbonio si condensa tra le particelle di diamante, fondendole efficacemente in una massa relativamente solida.
Anche se il metodo si dimostrasse tecnicamente ed economicamente fattibile, il materiale risultante sarebbe poroso, e nessuno sa veramente quali proprietà avrebbe il diamante poroso. Il primo passo è che Bates acquisti un laser pulsato da 100.000 dollari. Ma se funziona? Immaginate fondamenta di diamante sotto la vostra casa, travi di diamante nei grattacieli, ossa di diamante nelle vostre gambe, e parti di diamante per aerei e astronavi. Basta non pianificare una casa tutta di diamanti – le pareti fatte del miglior conduttore di calore del mondo renderebbero un posto piuttosto freddo. -Ted Greenwald
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