ЭП весь год наблюдала за новостями в области технологических разработок и предлагает свой список из тринадцати самых интересных инноваций прошедшего года.
2021-й год оказался чрезвычайно богатым на технологические разработки, которые уже в ближайшее время могут придать новый мощный импульс для развития отдельных отраслей и даже создать новые, отдельные секторы экономики.
Мировой энергетический кризис 2021 года вместе с более чем убедительными признаками изменения климата на планете требует от человечества кардинального пересмотра технологий добычи, хранения, распределения и использования энергетических ресурсов.
Поэтому развитые страны мира инвестируют огромные средства в возобновляемую энергетику и «малую ядерную энергетику». Через одно — два десятилетия эпоха ископаемого топлива может закончиться навсегда.
Скорость – одно из главных условий успеха человека, бизнеса, государства, которое приобретает новый смысл с развитием современных технологий.
После длительного старта, похоже, что технологии виртуальной и добавленной реальности, наконец, нашли собственные точки роста. Уже состоялся анонс виртуальных метавселенных, вышли в широкую продажу качественные и доступные VR-очки Oculus Quest2. И теперь готовятся к запуску VR-перчатки, а топовый производитель фото-видеоаппаратуры Canon анонсирует доступный VR-объектив.
ЭП весь 2021 год наблюдала за новостями в сфере технологических разработок, и предлагает рейтинг из тринадцати наиболее интересных инноваций уходящего года.
Беспроводные зарядки с дальностью работы в несколько метров
Привычная зарядка мобильных устройств, которая привязывает их владельцев к конкретному месту, вскоре потеряет свою актуальность. Дело в том, что в 2021 году Xiaomi и Motorola представили беспроводные зарядные устройства, которые работают дистанционно.
Еще в начале года Xiaomi анонсировала новую систему беспроводной зарядки Air Charge, которая способна заряжать одновременно несколько устройств на расстоянии до нескольких метров.
С помощью пяти встроенных антенн устройство будет определять положение мобильных телефонов в комнате. Затем Air Charge заряжает его, передавая миллиметровые волны через 144 встроенные антенны.
Для приема сигнала устройства Xiaomi оснащаются двумя датчиками — маяком для определения положения и антенной решеткой для приема волн и их преобразования.
Xiaomi заявила, что стремится сделать технологию по-настоящему беспроводной. По словам разработчиков, это позволит заряжать каждое устройство мощностью до 5 Вт. При этом физические препятствия не снижают ее эффективность.
С помощью устройства можно будет заряжать смартфоны, фитнес-браслеты и умные часы. Компания пока не называет сроков выхода каких-либо продуктов с использованием этой технологии.
Motorola тоже презентовала станцию беспроводной зарядки, которая позволяет аккумулировать энергию в гаджетах на расстоянии. Технология позволяет заряжать совместимые устройства в радиусе до трех метров, которые находятся в секторе 100 градусов от лицевой стороны станции.
В компании заявляют, что зарядная станция имеет 1600 микроантен и может передавать энергию сквозь бумагу и другие препятствия и останавливает процесс зарядки, когда в зоне действия появляется человеческое тело.
Разработчик не уточняет, но инсайдеры утверждают, что каждая заряжаемая станция получает 5 Вт.
Интернет через лазерный луч
В январе материнская компания Google, Alphabet, закрыла Project Loon – инициативу, которая изучала использование стратосферных гелиевых воздушных шаров для распространения беспроводного Интернета.
Однако некоторые технологии, созданные в рамках проекта, оставались в разработке, в частности каналы Free Space Optical Communications (FSOC), которые изначально были предназначены для соединения воздушных шаров, которые передвигаются на большой высоте.
Теперь эта технология активно используется, обеспечивая широкополосную связь для людей в Африке. Как будто волоконно-оптические кабели FSOC могут создать широкополосную связь на скорости 20 Гбит/с для двух точек, которые расположены в пределах прямой видимости.
Дальнейшей разработкой этой технологии занимается лаборатория Alphabet X в рамках нового проекта Project Taara.
Alphabet X начал развертывать сеть в Индии несколько лет назад и запустил несколько пилотных проектов в Кении. В сентябре этого года специалисты компании показали, чего они достигли.
Они развернули беспроводной оптический канал для подключения через реку Конго, от поселения Браззавиль в Республике Конго к поселению Киншаса в Демократической Республике Конго. В течение 20 дней, по словам руководителя проекта Taara Бориса Эркмена, канал передавал почти 700 ТВ данных.
Объектив «рыбий глаз» для VR от Canon
В этом году Canon представила объектив с двумя линзами «рыбий глаз» и RF-креплением, который станет частью совершенно новой системы под названием EOS VR.
Она позволит преобразовывать производство виртуальной и дополненной реальности проще, чем существующие системы захвата, обеспечивая качество полнокадровой без зеркальной камеры.
Ручной объектив RF5.2mm F2.8 L Dual Fisheye стоимостью 1999 долл. предназначен для установки на камеру Canon EOS R5 с поддержкой 8K. Две новые линзы расположены на расстоянии примерно 60 мм друг от друга, что соответствует расстоянию между зрачками человека и обеспечивает удобный захват VR и AR.
Объектив работает только с камерой Canon EOS R5. При съемке он проектирует два круглых изображения на 45-мегапиксельный сенсор камеры. Объектив обеспечивает захват 190 градусов, что позволяет создавать стереоскопические 3D-кадры с углом обзора 180 градусов или фотографии с разрешением до 8192×4096 (8K) программ для AR или VR.
Вся система, с учетом самой камеры R5, обойдется в 5898 долл. Единственная проблема, которую уже обнаружили в камере R5 — быстрый перегрев, ограничивающий время записи 8K до 20 минут. Для восстановления нужно 10 минут.
Малые ветровые электростанции
Американская компания Flower Turbines стремится сделать малые ветровые электрические станции, которые станут ведущим игроком в области зеленой энергетики и таким образом обеспечат доступность зеленой энергетики для всех.
В компании утверждают, что турбины их разработки в лучшую сторону отличаются от традиционных ветряков: они не представляют опасности для птиц и других диких животных, особенно в городских условиях. Кроме того, они создают шум на низкой частоте, незаметный для людей.
Представители Flower Turbines приводят такой перечень преимуществ ветровых турбин собственной разработки:
для начала работы достаточно ветра скоростью 1,2 м/с, тогда как другие малые ветровые турбины начинают работать со скоростью ветра 3 м/с;
птицы видят турбины, которые выполнены в форме цветка и легко избегают столкновения;
«цветочные» турбины создают шума не больше, чем ветер;
когда рядом расположено несколько турбин, производительность возрастает на 20-50%.
Сегодня компания имеет установки в Роттердаме, Амстердаме, на землях Германии, в Израиле и Колумбии.
Первая настоящая голограмма
Исследователи Университета Бригама Янга из американского штата Юта разработали технологию, которая проецирует объемное изображение непосредственно в воздухе. Она концептуально отличается от популярной сегодня технологии, где голограмма создается с помощью многослойного экрана-отражателя.
Исследователи создали настоящую 3D-картинку в открытом пространстве. К ней буквально можно прикоснуться пальцем и даже взаимодействовать.
В 2018 году исследователи из этого же университета продемонстрировали прототип технологии под названием Optical Trap Display.
В отличие от традиционных голограмм с ограниченным углом обзора, представленная три года назад система позволяет увидеть изображение под любым углом и с любой стороны, поскольку изображения, которые плавают, фактически рисуются в трехмерном пространстве. Это происходит благодаря работе оптических ловушек и двум лазерам, где один трансформирует частицы в воздухе, а другой – подсвечивает полученную основу множеством оттенков.
Через три года доработок и улучшений команда ученых вернулась с новым открытием – теперь система не просто показывает объемные рисунки в воздухе, а заставляет их двигаться и даже взаимодействовать с другими объектами.
Правда, для полноценного наблюдения за полученными изображениями необходимо вооружиться камерой с макро объективом, поскольку размеры проекций еще очень малы.
Поезд разгоняется до 1000 километров в час
В январе китайский Юго-западный университет Цзяотун и Китайская корпорация железнодорожного подвижного состава представили «первый в мире высокотемпературный сверхпроводящий высокоскоростной инженерный прототип Maglev».
Проектная скорость поезда составляет 620 км/ч. В сочетании с технологией вакуумной трубы поезд HTS Maglev может развивать 1000 км/ч. В тот же день запустили 165-метровую линию для испытания нового поезда.
«Технология HTS (высокотемпературная сверхпроводящая технология) может заставить поезд перемещаться без электричества, им можно управлять только одной рукой», – отметил заместитель директора университетского исследовательского центра сверхскоростного транспорта Дэн Цзиган. На месте презентации репортеру удалось одним пальцем сдвинуть 12-тонный локомотив.
Стоимость системы HTS оценивается чуть выше высокоскоростной железной дороги, но ожидается, что она снизится, если будет достигнуто массовое производство компонентов.
«Умные» очки первого поколения
В сентябре Meta презентовала «умные» очки Ray-Ban Stories, которые умеют снимать фотографии и видео, делиться этим контентом в соцсетях, слушать музыку или звонить по телефону.
Разработанные в партнерстве с Facebook и EssilorLuxottica Ray-Ban Stories стоят от 299 долл. и доступны для покупки в некоторых розничных магазинах США, а также Австралии, Канады, Ирландии, Италии и Великобритании.
Очки имеют двойные встроенные 5-мегапиксельные камеры, которые позволяют снимать от первого лица. Гаджет умеет снимать фото и записывать видео продолжительностью до 30 секунд, используя кнопку или с помощью голосовых команд Facebook Assistant.
Встроенный в очки светодиод во время съемки фото или видео начинает светиться, чтобы люди вблизи знали, когда происходит фиксация.
Встроенной памяти устройства достаточно для хранения около 30 видеороликов или 500 фотографий. Ray-Ban Stories синхронизируются с новым приложением Facebook View для iOS и Android, которое позволяет импортировать, редактировать и делиться контентом, снятым на умные очки.
Персональный воздушный транспорт
Постоянное совершенствование и повышение коэффициента полезного действия компактных электродвигателей, аккумуляторных батарей и микросхем, «выход в массы» современных материалов позволяют все большему количеству инновационных предпринимателей создавать самые разнообразные системы транспортировки человека по воздуху.
Каждый год весь мир облетают новости об испытаниях новых типов персонального воздушного транспорта. В 2021 году внимание к себе привлекли три проекты.
Jetson ONE — одноместный электрический аэромобиль шведского стартапа Jetson Aero. Он способен разогнаться до 102 км/ч и находиться в воздухе до 15-20 минут.
Электродвигатель обеспечивает пиковую мощность 88 кВт (около 118 л. с). Вес пилота не должен превышать 85 кг. Для управления Jetson One требуется лицензия частного пилота.
Jetson Aero уже распродал стартовую партию из 14 аппаратов. Первые клиенты получат свои аэромобили в 2022 году. Производство пока мелкосерийное — всего 12 машин в год.
Текущая стоимость одного Jetson One — 92 тыс. долл. Чтобы заказать аппарат, необходимо внести депозит в размере 22 тыс. долл.
CopterPack – австралийская компания, которая в мае опубликовала видео полета полностью электрического ранцевого вертолета. Однако дальнейший анализ показал, что полету, очевидно, помог провод, удаленный цифровым способом из видео.
Затем на сайте CopterPack сообщили: «Недавнее привязное испытание прототипа позволило оценить динамику полета и стабилизацию ранцевого вертолета».
О технических характеристиках CopterPack известно немного. Профильные издания пишут, что воздушное средство имеет самовыравнивающийся автопилот. Диаметр каждого винта с воздуховодами составляет около 90 см, фюзеляж изготовлен из углеродного волокна, а электродвигатели, возможно, работают от литио-ионных батарей.
Главный недостаток системы – невысокая надежность решения с двумя двигателями. Если откажет хотя бы один винт, то падение пилота, например, с 15-метровой высоты может оказаться фатальным.
JetPack – это разработанный американской компанией JetPack Aviation персональный реактивный ранец.
В начале года выложили видео, как морской пехотинец британских ВМС с помощью JetPack в открытом море перелетает с моторной лодки, которая на большой скорости движется вслед военному кораблю, непосредственно на военный корабль. В течение нескольких месяцев видео собрало почти 17 миллионов просмотров.
Уже в сентябре появилась информация, что JetPack Aviation продала неназванному военному заказчику в Юго-Восточной Азии первые два реактивных ранца JB-12 по 400 тыс. долл. каждый.
JB-12 весит 48 кг, максимальная тяга достигает 2,34 кН, и развивает скорость до 193 км/ч.
VR-перчатки, позволяющие ощущать объекты в виртуальной реальности
Компания Meta (Facebook) известна своими инициативами, связанными с созданием метавселенной, в которой можно будет пользоваться AR — и VR-технологиями.
В ноябре исследовательское подразделение Reality Labs, принадлежащее Meta, представило результаты семилетней разработки «тактильной» перчатки, что обеспечивает почти реальные ощущения при касании или поглаживании виртуальных объектов и поверхностей.
Прототип представляет собой перчатку с примерно 15 ребристыми надувными пластиковыми подушечками. Они расположены так, чтобы соответствовать строению ладони и пальцев пользователя.
Перчатка действует также как контроллер виртуальной реальности. На ее задней панели есть маленькие белые маркеры, которые позволяют камерам отслеживать перемещение пальцев в пространстве, а также внутренние датчики, которые фиксируют их сгибания.
Когда пользователь надевает перчатку и входит в режим виртуальной или дополненной реальности, система управления регулирует уровень накачки подушечек, создавая давление на разные части руки. Таким образом, воспроизводятся эффекты прикосновения. Они сопровождаются визуальными и звуковыми сигналами, создавая иллюзию физического контакта.
Reality Labs представляет перчатки как один из нескольких методов управления для будущих очков и гарнитур, наряду с более легкими решениями, основанными на электромиографии или ЭМГ – системе, которая считывает нервные сигналы на руке и превращает их в цифровой ввод.
Кинетическая система запуска объектов в космос
В октябре американский стартап SpinLaunch, который создает альтернативный метод вывода космических кораблей на орбиту, провел в Нью-Мексико успешный испытательный полет прототипа.
Компания из города Лонг-Бич, штат Калифорния, разрабатывает систему запуска, которая использует кинетическую энергию в качестве основного метода для того, чтобы запустить ракету-носитель в форме снаряда на высоту, где включается двигатель для вывода на орбиту.
По подсчетам разработчиков, эта система более рентабельна, чем обычные ракеты, запускаемые с земли. Система предусматривает запуск в космос легких спутников массой до 200 кг.
Компания создана в 2014 году и за это время получила 110 млн. инвестиций от таких венчурных фондов, как Kleiner Perkins, Google Ventures, Airbus Ventures, Catapult Ventures, Lauder Partners and McKinley Capital. Сегодня в компании работают около 100 человек.
Ожидается, что разработка позволит в четыре раза уменьшить объем используемого топлива и в десять раз – общую стоимость запусков по сравнению с обычными ракетами.
При этом запускать в космос спутники можно буквально ежедневно. Для начала компания построила прототип суборбитального ускорителя Suborbital Accelerator, что является дискообразной вакуумной камерой размером с большое здание с пусковой трубой, из которой вылетают раскрученные до большой скорости объекты, достигая скорости в 8047 км/час.
В случае успешных испытаний прототипа компания уже планирует построить большую систему под названием L100 Orbital Mass Accelerator. Она будет действовать аналогичным принципом и разрабатывается для вывода на орбиты спутников массой до 200 кг.
В компании заявляют, что современные компактные конденсаторы, чипы и резисторы спутников будут вполне способны выдерживать большие нагрузки во время запуска – это подтвердили многочисленные эксперименты. Первые коммерческие запуски запланированы на конец 2024 года.
Малые ядерные реакторы
Несколько лет в мире наблюдается тенденция по разработке, испытаниям и лицензировании малых ядерных реакторов. С этой точки зрения 2021 год можно назвать в определенном смысле переломным.
Наиболее интенсивно процесс разработки и испытаний SMR (Small modular reactors) происходит в США. В Восточной Европе главными инноваторами в этой сфере стали Польша и Румыния.
В США группа ученых Массачусетского технологического института представила концепцию модульного ядерного реактора малой мощности.
Такие реакторы как «батарейки» и их можно отправлять по первому требованию для выработки на месте тепла и электричества. Мощность системы не превышает 10 МВт, а развернуть их можно в течение недель или месяца. Такой модульный реактор содержит пункт управления, генератор и сам реактор.
В Соединенных Штатах атомная энергия продолжает расцениваться как жизненно важное условие декарбонизации промышленности и жизнедеятельности человечества.
Важным шагом на этом пути стал переход от проектирования небольших реакторов мощностью 100-300 МВт к разработке малых мощностью до 10 МВт. Такие реакторы можно будет изготавливать на заводах как готовый для использования товар, и перевозить в 12 метровых контейнерах.
Калифорнийская компания Radiant, основанная бывшими инженерами SpaceX, получила 1,2 млн. долл. инвестиций для дальнейшей разработки и производства компактных ядерных реакторов, способных обеспечить электричеством удаленные поселения и военные базы. Они позиционируются как замена дизельным генераторам.
Решив, что идеи, предназначенные для освоения Марса, больше пригодятся для населения Земли, компания занялась созданием бюджетного микрореактора, способного поместиться в обычном контейнере для морских перевозок. Мегаваттная модель способна обеспечивать энергией до 1000 домов и, как ожидается, вместо воды будет использовать гелий для охлаждения.
В сентябре две польские компании, независимо друг от друга, заключили два договора о взаимопонимании с иностранными производителями малых модульных атомных реакторов о строительстве в стране первых в ЕС решений подобного типа. Польша станет пионером новой атомной энергетики в регионе, обещая ввести в строй первый SMR-реактор к 2029 году.
SMR-реакторы (Small modular reactors) имеют намного меньший размер, например, SMR-реактор Rolls-Royce занимает 40 000 м2 вместо 400 000 м2 для традиционной установки. Содержание мини реакторов более эффективное, более гибкое, их не нужно подключать к местной электросети.
Основным препятствием для коммерческого использования является лицензирование, поскольку текущие регуляторные режимы адаптированы к обычным атомным электростанциям. SMR отличаются друг от друга по штатному расписанию, безопасности и времени развертывания.
Гравитационный аккумулятор
В августе швейцарская компания Energy Vault привлекла 100 млн. долл. инвестиций на запуск строительства первых гравитационных накопителей энергии. Среди инвесторов SoftBank и Aramco.
Первую установку уже начали строить в США, а в 2022 году начнут строить в Европе, на Ближнем Востоке и в Австралии.
Установка EVx является автоматическим башенным краном с шестью стрелами. Энергия запасается в процессе поднятия на высоту 35-тонных блоков.
Днем и в ветреную погоду избыток возобновляемой солнечной или ветряной энергии пускается на электромоторы крана, которые поднимают блоки на высоту. Их спуск на землю под действием гравитации запускает обратный процесс — выработку электроэнергии в электрогенераторах.
Утверждается, что коэффициент полезного действия установки достигает 85%. В соответствии с проектом наиболее эффективная отдача максимальной мощности длится в течение 2-4 часов.
Эксплуатационный ресурс EVx превышает 35 лет, а обслуживание кранами нескольких площадок позволяет масштабировать запасаемую емкость до нескольких ГВт часов.
Электродвигатель для пассажирской авиации
Американский стартап Wright Electric начал опробовать 2-МВт электродвигатели для пассажирских самолетов, которые потенциально можно применять для создания первого поколения самолетов с электроприводом.
Нынешний двигатель имеет мощность 2 МВт, эквивалентную 2700 л. сил, при эффективности около 10 КВт на кг. «Это самый мощный двигатель, разработанный для аэрокосмической промышленности, и он значительно легче», – отмечают в Wright.
Двигатель проектируется с возможностью масштабирования для систем мощностью от 500 кВт до 4 МВт.
Wright работает над собственным самолетом в сотрудничестве с известными производителями. Первый авиалайнер будет гибридным, сочетающим электросиловую установку с двигателем на жидком топливе. Несколько электродвигателей будут прикреплены к каждому крылу предлагаемого самолета, что даст как минимум два преимущества.
Во-первых, самолет с шестью или восемью двигателями меньше подвержен рискам их отказов.
Во-вторых, большее количество двигателей обеспечит более низкий уровень турбулентности и шума, поскольку конфигурацию можно будет настраивать в зависимости от условий за бортом.
Сам стартап будет использовать 10 двигателей мощностью 2 МВт на своем самолете Wright1. Это всего 20 МВт, что уравнивает самолет по мощности с лайнером Airbus A320.
Двигатель Wright проходит лабораторные испытания только на уровне моря. В следующем году его планируется запустить в камере для моделирования высоты, а затем и на реальную высоту до 12 км.
Автор: Всеволод Некрасов
Источник: ЭП
Перевод: BusinessForecast.by
При использовании любых материалов активная индексируемая гиперссылка на сайт BusinessForecast.by обязательна.