Big Idea 1: Să facem avioanele reîncărcabile
Tesla. Prius. Volt. Industria auto este plină de modele noi și radicale care reduc impactul condusului asupra mediului. Industria avioanelor a îmbunătățit progresiv eficiența combustibilului timp de decenii, dar a ajuns la maximul potențialului modelelor actuale și va trebui în curând să vină cu o regândire la fel de transformatoare. Și trebuie să acționeze rapid. Călătoriile cu avionul vor exploda – mai mult decât dublu până în 2031 – pe măsură ce națiunile în curs de dezvoltare devin mai prospere. Această creștere ar putea să devoreze orice alte îmbunătățiri pe care le-am putea face, de la curățarea mașinilor sau a rețelelor energetice.
Există o serie de modalități de abordare a problemei. NASA regândește designul avioanelor prin sponsorizarea unor concepte uimitoare, cum ar fi seria D de la MIT – în care un corp cu doi cilindri permite motoare montate în spate și o reducere totală a combustibilului de aproximativ 50%. (Sunt, de asemenea, mult mai silențioase.) Sisteme de navigație mai inteligente ar putea permite companiilor aeriene să zboare pe trasee mai scurte și mai directe. Iar avioanele mici, cu rază scurtă de acțiune, ar putea deveni în cele din urmă electrice: firma slovenă Pipistrel a dezvoltat un avion electric cu patru locuri, cu un kilometraj dublu față de un avion similar. „Toate aceste tehnologii converg pentru a produce capacități care nu puteau fi imaginate în urmă cu 10 ani”, spune David Hinton, director adjunct al NASA pentru cercetare în domeniul aeronauticii. Cerul este limita. -Clive Thompson
Big Idea 2: Alimentați planeta cu micromașini
Harry Gray se pricepe la electroni. În 1982, chimistul de la Caltech a descoperit că electronii „tunelizează” – alunecă prin lanțuri lungi de molecule – prin proteine. Acest truc se dovedește a fi suflul animator al vieții; este modul în care ființele vii convertesc energia în ceva ce pot folosi, de la plantele care blochează energia luminii solare în celulele lor până la aproape orice formă de viață care arde combustibili precum glucoza pentru a produce energie. Totul este posibil datorită unor molecule hibride numite metaloproteine, care combină flexibilitatea de schimbare a formei proteinelor cu capacitatea metalelor de a cataliza reacții chimice.
Când Gray și-a dat seama, era deja interesat de energia solară. Dacă încercai să dezvolți un generator de energie aproape infinit de regenerabilă, și-a dat seama, ai putea încerca să deturnezi un sistem condus de metaloproteine precum fotosinteza. Dar nu ar funcționa. Mașinăria biologică este prea fragilă și ineficientă – și trebuie să fie resintetizată la fiecare câteva minute pentru a funcționa.
Dacă doriți o mașină moleculară care să producă energie în mod eficient și fiabil, spune Gray, trebuie să o construiți singur. El și colegii săi își imaginează baterii la microscală cu oxizi metalici la un capăt și siliciu la celălalt, construite ca niște rețele de metaloproteine în membranele celulelor vegetale. Oxizii metalici ar absorbi lungimile de undă albastre ale luminii solare și ar folosi energia pentru a descompune apa de mare în oxigen și protoni, iar siliciul ar absorbi lumina roșie și ar combina protonii cu electronii. Acest lucru este ingenios, deoarece un proton combinat cu un electron este de fapt hidrogen, care poate fi folosit ca și combustibil. Versiunea mai scurtă: hidrogen liber din lumina soarelui. „Întregul accent al muncii noastre este de a veni cu molecule sau materiale care sunt foarte robuste”, spune el, „și care vor rezista mult timp în instalațiile de combustibil solar.”
Ar putea chiar să funcționeze. Separatorii artificiali de apă sunt deja de 10 ori mai eficienți decât fotosinteza naturală, deși extinderea la scară largă este încă la zeci de ani distanță, în timp ce cercetătorii caută noi catalizatori pentru a conduce chimia. (Metalele exotice pe care le folosesc în prezent sunt scumpe și toxice.) Cu toate acestea, Gray este optimist. „Sistemul natural trebuia să construiască ceva care să poată trăi cu adevărat”, spune el. „Tot ce trebuie să facem noi este să producem combustibil”. Oh, și să salvăm planeta. -Thomas Hayden
Big Idea 3: Pulverizați Wi-Fi Hot Spots pe orice
Întreaga economie mobilă se bazează pe o presupunere fragilă – aceea că vom putea accesa web-ul mobil, oricând și oriunde dorim, la viteze din ce în ce mai mari. Realitatea nu este atât de roz: am văzut deja că operatorii de telefonie mobilă, cum ar fi AT&T și Verizon, au încetat să mai ofere planurile lor de date nelimitate – iar lupta pentru lățimea de bandă va fi și mai istovitoare pe măsură ce numărul de tablete și smartphone-uri continuă să explodeze.
Accesul limitat este mai mult decât o simplă neplăcere, este o amenințare mortală la adresa inovației. Până în 2020, se așteaptă ca tehnologia wireless să aibă un impact global de 4,5 trilioane de dolari. Dar creșterea depinde de capacitatea noastră de a ne extinde. Avem nevoie de acces care să se potrivească cu numărul de dispozitive care îl solicită.
Un Wi-Fi ușor disponibil ar putea ajuta la rezolvarea acestei probleme. Companiile de internet și de telefonie încep deja să implementeze celule mici – în esență, mici turnuri de telefonie mobilă care deservesc Wi-Fi împreună cu 4G – în zone dens populate. Dar aceste companii au puține stimulente pentru a construi infrastructura masivă necesară pentru a conecta restul lumii.
O companie a venit cu o soluție deosebit de îndrăzneață – o antenă Wi-Fi într-o cutie de spray. Chamtech Enterprises a dezvoltat un lichid umplut cu milioane de nano-capacitori, care, atunci când este pulverizat pe o suprafață, poate recepționa semnale radio mai bine decât o tijă metalică standard. Cu ajutorul unui router, antenele Chamtech pot comunica cu o rețea de fibră optică, pot recepționa semnale de la sateliți direcționați și pot crea un lanț cu nodurile din apropiere, putând crea o rețea mesh de puncte de acces Wi-Fi în bandă largă cu costuri reduse. Deoarece antenele pot fi vopsite pe orice suprafață, nu ar exista niciunul dintre aspectele NIMBY care întâmpină fiecare nou turn de telefonie mobilă. Dacă acest lucru nu este suficient de fantastic, încercați asta: Nu mai înjurați AT&T. -Rachel Swaby
Ideea măreață 4: Transformați deșerturile în centrale electrice
Nu vă gândiți la întinderile aride precum Sahara ca la niște pustietăți dezolante. Gândiți-vă la ele ca la niște surse aproape infinite de energie curată. În șase ore de lumină, deșerturile Pământului absorb mai multă energie decât folosește omenirea într-un an. Acum, un consorțiu improbabil de politicieni, oameni de știință și economiști din întreaga regiune mediteraneană are un plan pentru a o valorifica. „Desertec” ar implica sute de kilometri pătrați de centrale eoliene și solare în deșerturile lumii, conectate la rețelele electrice pentru a canaliza energie fiabilă, regenerabilă și la prețuri accesibile către regiunile mai afectate de soare. Planificatorii speră ca energia solară să ajungă mai întâi din Africa de Nord în Europa. Se estimează că o suprafață de 2.000 de kilometri pătrați de deșert nord-african ar putea asigura 20 % din necesarul de energie al Europei până în 2050. „Tot ceea ce este necesar pentru a realiza conceptul Desertec există deja”, spune Thiemo Gropp, codirectorul fundației. La fel ca în cazul majorității proiectelor masive de infrastructură, cele mai mari provocări sunt de natură politică. Liderii nord-africani văd Desertec ca pe un creator de locuri de muncă, dar Primăvara arabă a lăsat investitorii nesiguri în ceea ce privește stabilitatea pe termen lung a regiunii. Criza economică din Europa a secătuit finanțarea lucrărilor publice, iar continentul este o încrengătură de rețele electrice și reglementări incompatibile. Cu toate acestea, conceptul Desertec ar putea călători. Nouăzeci la sută din populația lumii trăiește la mai puțin de 1.800 de mile de un deșert. Orașele din China ar putea fi alimentate cu energie din Gobi; America de Sud ar putea avea linii din Atacama. Acolo unde există lumină, există speranță.
-Andrew Curry
Big Idea 5: Puneți ecrane digitale în ochii dumneavoastră
Smartphone-urile ne-au oferit o conexiune permanentă la informațiile lumii. Dar accesarea efectivă a acestor informații ne obligă să privim în jos la gadgeturile noastre, ceea ce ne face predispuși la accidente și la tovarăși de masă supărați. Ce s-ar întâmpla dacă am putea accesa toate aceste informații fără probleme, fără să ne riscăm viețile sau prieteniile?
Cofondatorii Google au vorbit despre o linie directă în creierul nostru încă din 2002. Până acum, cel mai aproape pe care l-au ajuns este prototipul Google Glass, ochelari care proiectează informații pe un afișaj heads-up, vizibil doar pentru cel care îi poartă. Dar Babak Parviz, fondatorul Project Glass, care este, de asemenea, profesor asociat la Universitatea din Washington, speră să facă un pas mai departe. El sugerează un plan pe termen lung de a renunța la ochelarii voluminoși și de a construi un microsistem pe o lentilă de contact. Folosind radiouri nu mai late decât câteva fire de păr uman, el crede că aceste lentile pot spori realitatea și, întâmplător, pot elimina nevoia de afișaje pe telefoane, PC-uri și televizoare cu ecran lat. „Singurul lucru pe care îl fac aceste ecrane este să genereze un model pe retina ta”, spune Parviz. „Deci, dacă aveți o lentilă de contact care face acest lucru, nu mai aveți nevoie de niciunul dintre aceste ecrane”. Un bonus: lentilele ar putea acționa ca un monitor de sănătate persistent, folosind biosenzori minusculi pentru a analiza celulele ochiului dumneavoastră. -S.L.
Big Idea 6: Declararea războiului împotriva asteroizilor care se apropie
Filmul Armageddon a avut două lucruri corecte: În primul rând, suntem lamentabil de nepregătiți pentru un asteroid care se apropie. Și al doilea? Instrumentul potrivit pentru treaba potrivită. „Bruce Willis a avut o contribuție foarte importantă la apărarea planetară”, spune Bong Wie, director al Centrului de cercetare pentru deflectarea asteroizilor de la Universitatea de stat din Iowa. Vedeți, Armageddon a ajutat la popularizarea teoriei exploziilor subterane. Iar Wie are o rachetă – Hyper-Velocity Asteroid Intercept Vehicle – care face una. În față: un „interceptor de energie cinetică”. În spate: o bombă nucleară. Partea cinetică intră în rocă, iar bomba o aruncă în bucăți. Hei, a sunat bine la NASA; agenția i-a acordat lui Wie o subvenție de 100.000 de dolari. Proiectul abordează unul dintre cele mai mari neajunsuri ale bombelor nucleare în spațiu. Lovirea unei bombe pe suprafața unui asteroid ar face ca materialul fisionabil să se topească înainte de a putea fi detonat, iar o explozie de la distanță nu ar distruge ținta. HAIV plasează bomba în interiorul rocii, unde creează șocuri la sol, amplificând de douăzeci de ori forța exploziei. Wie plănuiește să testeze sistemul, fără bombă nucleară, în jurul anului 2020, dar spune că ar putea lansa unul în aer în mai puțin de un an, dacă o coliziune pare iminentă. „Mulți oameni din comunitatea noastră cred că ori de câte ori avem nevoie putem asambla pur și simplu sistemul despre care vorbesc”, spune Wie. Ar costa 500 de milioane de dolari, dar asta înseamnă câteva grăunțe de praf de stele în comparație cu sfârșitul civilizației așa cum o știm (și cu 50 de milioane de dolari mai puțin decât încasările din box office-ul global al lui Armageddon).
-Ben Paynter
Big Idea 7: Construiți zgârie-nori din diamante
Este unul dintre cele mai dure materiale din univers. Este absolut limpede, practic fără fricțiune, inert din punct de vedere chimic și un excelent conductor de căldură. Și este alcătuit dintr-unul dintre cele mai comune elemente: carbonul. Diamantul – un simplu cristal de carbon, de fapt – este extrem de util în domenii de la microelectronică la tratarea apei. Din păcate, diamantele mari sunt, de asemenea, extrem de rare. Dar imaginați-vă dacă acest material ar fi la fel de omniprezent ca și oțelul.
Stephen Bates ar putea face ca acest lucru să se întâmple. Pe lângă faptul că a lucrat pentru locuri precum NASA și Princeton, acest om de știință în vârstă de 64 de ani a petrecut câțiva ani la General Motors, unde a construit un motor cu piston transparent folosind safir, obținând o vedere fără precedent a fluxului de flăcări și gaze. Acel motor din safir l-a făcut pe Bates să se gândească la diamant. „Orice poți face cu safirul ar funcționa mai bine cu diamantul, dacă ți-ai putea permite”, spune el.
După ce s-a cufundat în cercetări privind sinteza cristalelor în filme subțiri prin intermediul unui proces numit depunere de vapori, Bates a brevetat o metodă de a face același lucru pentru diamante. Conceptul este simplu: Introduceți granule de diamant, un produs industrial ieftin, într-o matriță cu fulleren C60 vaporizat – o cușcă în formă de minge de fotbal cu 60 de atomi de carbon. Apoi se aruncă totul în aer cu un fascicul laser. Fullerenul se sparge, iar carbonul se condensează între particulele de diamant, fuzionându-le efectiv într-o masă relativ solidă.
Chiar dacă metoda se dovedește fezabilă din punct de vedere tehnic și economic, materialul rezultat ar fi poros și nimeni nu știe cu adevărat ce proprietăți ar avea diamantul poros. Primul pas este ca Bates să achiziționeze un laser pulsat de 100.000 de dolari. Dar dacă va funcționa? Imaginați-vă fundații de diamant sub casa dumneavoastră, grinzi de diamant în zgârie-nori, oase de diamant în picioarele dumneavoastră și piese de diamant pentru avioane și nave spațiale. Dar nu vă gândiți la o casă numai din diamante – pereții din cel mai bun conductor de căldură din lume ar fi un loc destul de friguros. -Ted Greenwald