TOP-9 prelomových technológií na úsporu energie budúcnosti

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 16:15

Čerstvé novinky z vedy a techniky. Zverejňujeme najnovšie objavy vedcov, technické recenzie, najnovšie správy z internetu a hi-tech.

Nový solárny článok láme rekord v účinnosti

Ukladanie perovskitových solárnych článkov na kremíkové solárne články je jedným zo spôsobov, ako zvýšiť množstvo použitého slnečného žiarenia.

Využívanie solárnych fotovoltaických článkov ako obnoviteľného zdroja energie je na vzostupe, pretože technológia sa stáva efektívnejšou a lacnejšou.

Stohovanie perovskitových solárnych článkov na kremíkové články je jedným zo spôsobov, ako zvýšiť množstvo použitého slnečného žiarenia a teraz výskumníci z Austrálskej národnej univerzity prekonali rekord v účinnosti týchto tandemových solárnych článkov.

Vedci tvrdia, že ich nové solárne články na báze perovskitu a kremíka dosiahli 27,7% účinnosť pri premene slnečného žiarenia na energiu. To je viac ako dvojnásobok toho, čo mohla technológia vyprodukovať len pred piatimi rokmi (13,7 percenta), a to je slušný krok nahor oproti správam spred dvoch rokov – 25,2 percenta.

Zaujímavosťou je, že táto technológia už prekonáva väčšinu komerčne dostupných solárnych panelov, ktoré sa pohybujú okolo hranice účinnosti 20 percent. Sú založené výlučne na kremíku a očakáva sa, že v najbližších rokoch dosiahnu svoj maximálny limit.

Kremík aj perovskit sú dobré pri premene slnečného žiarenia na energiu, no spolu fungujú ešte lepšie. Tieto dva materiály totiž pohlcujú svetlo rôznych vlnových dĺžok – kremík zbiera najmä červené a infračervené svetlo, zatiaľ čo perovskit sa špecializuje na zelené a modré.

Aby to vedci čo najlepšie využili, navrstvili priesvitné perovskitové bunky na kremíkové. Perovskit zachytí, čo potrebuje, zatiaľ čo ostatné vlnové dĺžky sú filtrované na kremík.

Vedci teraz pracujú na ešte väčšom zlepšení účinnosti, pričom komercializácia technológie sa rýchlo blíži. Podľa výskumníkov musí byť účinnosť okolo 30 percent, kým bude životaschopná pre masovú výrobu a očakáva sa, že sa tak stane do roku 2023.

Nový 3D zobrazovací systém dokáže zachytiť jednotlivé fotóny

Nová technológia je prvou skutočnou ukážkou jednofotónovej redukcie šumu

Vedci zo Stevens Institute of Technology vytvorili 3D zobrazovací systém, ktorý využíva kvantové vlastnosti svetla na vytváranie obrazov, ktoré sú 40 000-krát ostrejšie ako súčasná technológia. Objav otvára cestu pre efektívne využitie systému LIDAR v samoriadiacich autách a satelitných mapovacích systémoch, komunikáciách vo vesmíre atď.

Práca sa zaoberá dlhodobým problémom s LIDARom, ktorý vystreľuje lasery na vzdialené ciele a následne deteguje odrazené svetlo. Zatiaľ čo detektory svetla používané v týchto systémoch sú dostatočne citlivé na to, aby vytvorili detailné obrazy niekoľkých fotónov - drobných častíc svetla, je ťažké rozlíšiť odrazené fragmenty laserového svetla od jasnejšieho svetla pozadia, ako je slnečné svetlo.

„Čím sú naše senzory citlivejšie, tým sú citlivejšie na hluk pozadia,“tvrdia vedci. "Toto je problém, ktorý sa momentálne snažíme vyriešiť." Nová technológia je prvou skutočnou demonštráciou jednofotónového potlačenia šumu pomocou techniky nazývanej Quantum Parametric Sorting Mode alebo QPMS, ktorá bola prvýkrát navrhnutá v roku 2017.

Na rozdiel od väčšiny nástrojov na filtrovanie šumu, ktoré sa pri čistení zašumených obrázkov spoliehajú na softvérové dodatočné spracovanie, QPMS overuje kvantové svetelné podpisy pomocou exotickej nelineárnej optiky na vytváranie exponenciálne čistejších obrázkov na úrovni snímača.

Nájdenie konkrétneho fotónu nesúceho informácie uprostred hluku na pozadí je ako snažiť sa vytrhnúť jednu snehovú vločku z snehovej fujavice – no presne to sa výskumníkom podarilo. Opisujú metódu vtlačenia určitých kvantových vlastností do odchádzajúceho impulzu laserového svetla a následného filtrovania prichádzajúceho svetla tak, aby senzor detegoval iba fotóny so zodpovedajúcimi kvantovými vlastnosťami.

Výsledok: zobrazovací systém, ktorý je neuveriteľne citlivý na fotóny vracajúce sa od svojho cieľa, ale ktorý ignoruje prakticky všetky nežiaduce zašumené fotóny. Tento prístup vytvára ostrý 3D obraz, aj keď je každý fotón prenášajúci signál prehlušený mnohými hlučnejšími fotónmi.

„Vyčistením počiatočnej detekcie fotónov posúvame hranice presného 3D zobrazovania v „hlučnom“prostredí,“povedal Patrick Rain, hlavný autor štúdie. "Ukázali sme, že dokážeme znížiť množstvo šumu asi 40 000-krát viac, ako môže poskytnúť najpokročilejšia zobrazovacia technológia."

Z praktického hľadiska môže redukcia šumu QPMS umožniť použitie LIDAR na vytváranie presných, detailných 3-D obrázkov na vzdialenosť až 30 kilometrov. QPMS možno použiť aj na komunikáciu v hlbokom vesmíre, kde drsné oslnenie zo slnka zvyčajne prehluší vzdialené laserové impulzy. Snáď najvzrušujúcejšie je, že táto technológia môže výskumníkom poskytnúť aj jasnejší pohľad na najcitlivejšie časti ľudského tela.

Poskytnutím takmer tichého jednofotónového zobrazovania systém pomôže výskumníkom vytvoriť jasné, vysoko detailné snímky ľudskej sietnice pomocou takmer neviditeľných, slabých laserových lúčov, ktoré nepoškodia citlivé tkanivá oka.

Nanosatelit "Swan" bude vyslaný do vesmíru na slnečnej plachte

Ruský nanosatelit „Lebed“sa môže stať prvou kozmickou loďou, ktorá opustí obežnú dráhu Zeme pomocou slnečnej plachty. Letový model družice môže byť predstavený o tri roky, potom bude nasledovať skúšobný let.

Technika sa plánuje využívať na výskumné misie, ktoré zlacnejú v dôsledku upustenia od používania ťažkých hnacích motorov – tým sa zníži celková hmotnosť domácej sondy. Hlavným rozdielom medzi dizajnom Lebed a zahraničným je unikátna konštrukcia rotora dvojlistovej plachty, ktorá umožňuje zväčšiť jej plochu desaťnásobne. Ako vymenoval docent Moskovskej štátnej technickej univerzity. Bauman Alexander Popov, dvojlistová rotačná plachta, patentovaná univerzitou, bude nainštalovaná na Swan, ktorý si nevyžaduje rám na nasadenie. „Vďaka tomu očakávame desaťnásobné zväčšenie jeho plochy pri rovnakej hmotnosti konštrukcie,“poznamenal vedec.

Podľa Popova bude nové zariadenie vynesené nosnou raketou na obežnú dráhu s výškou 1000 km. Potom začne riadená rotácia, iniciovaná posunovacími elektrotermickými motormi - rezistojetmi (potrebnú energiu budú dostávať zo solárnych panelov). Zároveň sa vplyvom odstredivej sily zo špeciálnych valcov na oboch stranách satelitu vypustia dve plachty s jednostranným reflexným náterom. Ich celková dĺžka bude cca 320 m.

Vedci si patentovali systém napájania Zeme z vesmíru

Moskovský rádiotechnický inštitút Ruskej akadémie vied získal patent na systém prenosu energie z obežnej slnečnej elektrárne na Zem, vyplýva z údajov na stránke Federálnej služby pre duševné vlastníctvo.

Vedci podľa dokumentu navrhujú rozmiestniť vesmírnu solárnu elektráreň vo výške 300 až 1000 kilometrov a pri prelete nad pozemným prijímacím bodom prenášať energiu nahromadenú v batériách elektrárne pomocou mikrovĺn.

Zároveň je v ruskom patente uvedený podobný americký patent z roku 1971, v ktorom bola prvýkrát predstavená myšlienka vytvorenia solárnej vesmírnej elektrárne. Potom bolo navrhnuté umiestniť elektráreň na geostacionárnu obežnú dráhu s nadmorskou výškou 36 tisíc kilometrov, čo by jej umožnilo byť neustále prakticky nad rovnakou časťou zemského povrchu a tým zabezpečiť neustály prenos energie na Zem.. V tomto prípade však musí byť prijímacia stanica umiestnená na rovníku. Ruský návrh umožňuje prenášať energiu do iných oblastí Zeme.

V roku 2018 prvý zástupca generálneho riaditeľa holdingu Shvabe Sergej Popov v rozhovore pre RIA Novosti povedal, že ruskí vedci vyvíjajú orbitálny laser s opakovacím zrkadlom, ktorý bude schopný prenášať slnečnú energiu do týchto častí Zem, kde je nemožné alebo mimoriadne ťažké postaviť elektrárne, vrátane počtu do Arktídy.

Systém rozpoznávania umožní dronom lietať 10-krát rýchlejšie a nezrútiť sa

Inžinieri z univerzity v Zürichu (Švajčiarsko) predstavili zásadne nový systém na predchádzanie kolíziám pre drony – zatiaľ nič rýchlejšie a presnejšie na svete nie je. Vychádzali zo skutočnosti, že reakčné rýchlosti 20-40 milisekúnd, ako v mnohých komerčných bezpilotných systémoch, nestačia na organizáciu bezpečného pohybu vysokorýchlostných lietajúcich dronov. Na demonštráciu schopností svojho duchovného dieťaťa Švajčiari využili hru odrážadlá a naučili drony majstrovsky sa vyhýbať loptičkám, ktoré na nich lietali.

Problém s reakčným časom dronov na prekážky má dva korene. Po prvé, vysoká rýchlosť pohybu lietajúcich vozidiel v porovnaní s pozemnými. Po druhé, slabý výpočtový výkon, kvôli ktorému palubné systémy nemajú čas analyzovať situáciu a rozpoznať rušenie. Ako riešenie inžinieri nahradili senzory „kamerami na udalosti“, čím sa rýchlosť reakcie zvýšila na 3,5 milisekúnd.

Kamera udalostí reaguje iba na zmeny jasu jednotlivých pixelov v zábere a ostatné ignoruje, takže na detekciu pohybujúceho sa objektu na statickom alebo sedavom pozadí potrebuje spracovať veľmi málo informácií. Z toho vyplýva vysoká reakčná rýchlosť, no v priebehu praktických experimentov sa ukázalo, že ani existujúce drony, ani samotné kamery nie sú na tento účel vhodné. Prednosťou švajčiarskych inžinierov je, že prerobili kamery aj platformu kvadrokoptér a navyše vyvinuli potrebné algoritmy, čím vlastne vytvorili nový systém.

Pri hraní odrážadla sa dronu s takýmto systémom v 90% prípadov podarí vyhnúť sa lopte, ktorá je naňho vrhnutá rýchlosťou 10 m/s, zo vzdialenosti len 3 m. A to len za prítomnosti jedna kamera, ak je vopred známa veľkosť rušenia - a prítomnosť dvoch kamier mu umožňuje presne vypočítať všetky parametre rušenia a urobiť správne rozhodnutie. Teraz inžinieri pracujú na testovaní systému v pohybe, keď lietajú na náročných trasách. Podľa ich výpočtov tak budú môcť UAV lietať desaťkrát rýchlejšie ako teraz, bez rizika kolízie.

Singapurskí vedci sa naučili, ako vyrobiť vynikajúci aerogél zo starých pneumatík

Vedci z Národnej univerzity v Singapure boli mimoriadne frustrovaní z toho, že len 40 % použitých pneumatík ide na recykláciu, a tak sa pustili do hľadania alternatívneho riešenia tohto problému. Neexistoval žiadny jasný plán, iba myšlienka - izolovať gumu od materiálu pneumatiky a dať jej nový tvar. Premeňte ho napríklad na porézny aerogélový základ – bunkovú štruktúru, v ktorej sú bunky naplnené plynom.

V priebehu experimentov vedci namočili tenké úlomky pneumatík do zmesi „ekologických“rozpúšťadiel a vody, aby gumu očistili od nečistôt. Potom sa roztok digeroval, kým sa nevytvorila homogénna hmota, ochladil sa na -50 °C a lyofilizoval sa vo vákuovej komore počas 12 hodín. Výstupom bol hustý a ľahký aerogél.

Na rozdiel od iných typov aerogélov sa verzia na báze gumy ukázala ako mnohonásobne silnejšia. A po nanesení náteru z metoxytrimetylsilánu sa stal aj vodeodolným, čo okamžite predurčilo jeho perspektívne pole použitia - ako sorbentu na likvidáciu ropných škvŕn. Včerajší odpad pomôže zbaviť sa iného druhu odpadu a znečistenia.

Singapurských vedcov však najviac teší ekonomická stránka vynálezu. Vytvorenie listu gumového aerogélu s plochou 1 m2. a hrúbka 1 cm trvá 12-13 hodín a stojí 7 dolárov. Proces sa dá ľahko rozšíriť a premeniť na komerčne atraktívny podnik. Najmä vzhľadom na obrovské rezervy a lacnosť východiskového materiálu.

V Ruskej federácii sa vyvíja bezpilotné letecké taxi

V Rusku vzniká bezpilotné aerotaxi, ktorý bude schopný prepraviť cestujúcich na vzdialenosť 500 km pri cestovnej rýchlosti 500 km/h. Prvý experimentálny model plánujú vytvoriť do roku 2025, bude slúžiť na vertikálny vzlet a pristátie.

Očakáva sa, že sa bude vyrábať ďalší letový model, ktorého nosnosť bude 500 kg (štyria pasažieri), píšu noviny Izvestija.

Takéto aerotaxi je primárne určené na použitie v mestách s počtom obyvateľov nad jeden milión a v najväčších regiónoch krajiny. Využitie vozidla bude relevantné kvôli nedostatku pristávacích dráh v Rusku, vysvetlili vývojári z Národnej technologickej iniciatívy (NTI).

„Vysokú rýchlosť vozidla bude zabezpečovať agregát plynovej turbíny inštalovaný na palube a napojený na elektrický generátor. Cez batériu superkondenzátorov napája šesť stacionárnych motorov,“povedal Pavel Bulat, zástupca spoluriaditeľa pracovnej skupiny Aeronet v NTI. Motory sa podľa neho budú otáčať zdvíhacími a podpernými ventilátormi, ktoré sa úplne zasunú do trupu, ktorý funguje ako krídlo. Riadenie sa plánuje vykonávať prúdovými kormidlami a zmenou vektora ťahu. Výkonová elektronika pre auto bude namiesto tradičného kremíka vyrobená z karbidu kremíka.

Inovatívny bude aj materiál karosérie. Dizajnéri sa chystajú použiť najnovšiu zliatinu hliníka a skandia. Bol vyvinutý v All-Russian Institute of Aviation Materials. Vznikne tak ľahký celokovový zváraný trup.

Toyota a Lexus vyvíjajú technológiu, vďaka ktorej je zdieranie áut bezvýznamné

Krádež áut je jedným z najväčších problémov, ktorým čelia majitelia áut. Ani poplašné systémy si nie vždy poradia so svojou úlohou, no výrobcovia už majú pokročilejšie riešenie. Od roku 2020 bude celý rad značiek Toyota a Lexus v Rusku chránený jedinečným identifikátorom proti krádeži T-Mark / L-Mark.

Identifikátor je označenie auta mikrobodkami z fólie s priemerom 1 mm, na ktoré je nanesený jedinečný PIN kód spojený s VIN číslom konkrétneho auta. Celkovo sa na rôzne prvky karosérie a zostavy aplikuje až 10 000 takýchto bodov. Ich súlad s „pripojeným“vozidlom môžete skontrolovať na stránkach toyota.ru a lexus.ru.

Používanie označenia umožňuje orgánom činným v trestnom konaní a kupujúcim ojazdených automobilov overiť údaje z „pasu“automobilu so skutočným dátumom jeho výroby, vybavenia, značky a čísla motora a ďalších charakteristík. Výrobca umiestňuje identifikátory ako riešenie, ktoré výrazne znižuje záujem únoscov o autá Toyota a Lexus a umožňuje vylúčiť možnosť ich ďalšieho predaja vozidiel na sekundárnom trhu.

Prvým autom, ktoré získalo označenie L na domácom trhu, bol Lexus ES - podľa výrobcu sa dodnes nevyskytli žiadne prípady krádeže tohto sedanu vybaveného označením proti krádeži. Majitelia označených áut majú navyše zľavy až do 15 % na CASCO politiku na riziko krádeže. Očakáva sa, že proces vybavenia radu značiek Toyota a Lexus v Rusku značkou T-Mark / L-Mark bude dokončený v priebehu roka 2020.

Ruský elektromotor na supravodičoch bude testovaný za letu

Špecialisti z TsIAM pomenovaní po PI Baranov začal s prípravami na testovanie prvej hybridnej elektrárne v Rusku s elektromotorom. Informovala o tom deň predtým RIA Novosti s odvolaním sa na tlačovú službu vedeckého testovacieho centra.

V polovici tohto mesiaca navštívili zástupcovia ústavu FSUE SibNIA im. SA Chaplygin “, kde skúmali lietajúce laboratórium na základni Jak-40, kde sa v budúcnosti plánuje testovanie sľubnej jednotky. Letové skúšky by sa mali uskutočniť o 2 roky. Plánuje sa inštalácia najnovšieho vysokoteplotného elektromotora na supravodiče a chladiaceho systému v prednej časti lietadla, ktorý vytvoril ZAO Superox na objednávku FPI. Pripomeňme, že táto jednotka je jedinečným domácim vývojom, ktorý je schopný poskytnúť hmatateľnú výhodu v hustote výkonu a účinnosti komponentov hybridnej inštalácie v porovnaní s tradičnými elektrickými zariadeniami.

Namiesto jedného z troch motorov v „chvoste“lietajúceho laboratória sa zasa nainštaluje turbohriadeľová plynová turbína s elektrickým generátorom vyvinutá v USATU. Jednotky riadiaceho systému a batérie budú umiestnené v kabíne Jak-40. Počas letu tam budú aj testovací inžinieri. Hlavným cieľom nadchádzajúcich testov je vytvorenie demonštrátora hybridnej elektrárne, ktorú bude možné v budúcnosti nainštalovať na perspektívne medziregionálne ruské lietadlá.