Базові технології які прискорюють досягнення збалансованості

В третій групі представлені інновації, які розроблялися індивідуально, але представлені в поєднанні з іншими, тобто як симбіоз досягнень, що сприяє досягненню значно кращого ефекту, зокрема у створенні нових робочих місць.

Перелік інновацій розпочинається тими, які вже були успішно реалізовані на ринку і закінчується тими, які поки що є великими ідеями та для досягнення комерційного успіху потребують більше часу Суть полягає у тому, що об’єднання зусиль, зокрема об’єднання одних технологій з іншими, дозволяє отримати стратегічну перевагу на ринку.

Петер Агре з Науково-дослідного інституту малярії Джона Хопкінса (США), у 2003 році отримав Нобелівську премію в галузі хімії за відкриття аквапоринів — інтегральних мембранних білків, які регулюють витрату води в межах одного трильйону молекул, що проходять за секунду через мембрани. Його дослідження виявило значну кількість біохімічних, фізіологічних і генетичних методів дослідження каналів для виділення води. Датська компанія «Aquaporin A/S» націлена на обґрунтування цієї концепції й початок маркетингового дослідження ринку для перших застосувань цього винаходу вже в 2011 році. Оскільки використання аквапорину для очистки води — не єдина сфера його застосування, то довготривала інвестиція, скоріш за все, буде правильним вибором.

Існують сотні біологічних видів – від бактерій до рослин і тварин, які мають здатність очищати воду Пінгвін — один із найцікавіших випадків у цьому дослідженні. Ендрю Ранкін та Ерік Вольф були у складі спеціальної експедиції Британського антарктичного дослідження до Антарктики. Той факт, що залози, розташовані під очима пінгвінів, спроможні видаляти сіль, викликала у них значний інтерес. Функція залоз пінгвінів аналогічна ниркам людини, але набагато ефективніша. Вивчення таких дивовижних прикладів із світу природи може дати нам потенційні рішення, використавши які ми зможемо задовольнити наші вихідні потреби. Технології, що замінюють осмос, певно, принесуть прибуток і сприятимуть створенню нових робочих місць в житті суспільства та в промисловості у всьому світу.

Бьорн Белландер спостерігав за тим, як системами дихання і травлення людини передбачене конструктивне використання механізмів передачі, зокрема через вхідні і вихідні канали для повітря, води й відходів життєдіяльності. З цією метою вони поєднують канали для твердих речовин, рідин і газів. Спираючись на ці спостереження, він спроектував ряд простих клапанів, використання якихприводить до суттєвого спрощення трубопроводів, труб і ліній, необхідних для регулювання вхідного та вихідного потоків, пропускної здатності, а також внутрішнього розповсюдження всередині конструкції. Сьогодні проекти Белландера виводить на ринок швецька компанія “Splitvision AR” під торговою маркою Split Box™. Всеосяжна технологія не лише скорочує втрати енергії під час циркуляції повітря в домашньому господарстві та підігріві води, а й контролює всю каналізаційну систему. Потреба в матеріалі,трудові затрати й енергія — усі вони зберігаються. Виробництво, установка та обслуговування блоку управління, ймовірно, створять однакову кількість робочих місць, що й ті, що будуть ліквідовані; однак, вірогідно, що отримуваний прибуток буде на значно вищому рівні.

В 1991 році Міхаель Гретцель з Політехнічного інституту Лозанни (Швейцарія) винайшов і запатентував сонячну батарею, яка передбачає отримання енергії з пігменту листя. Новітній підхід Гретцеля є парадигмою, яка відходить від фотогальванізації і споживання величезної кількості енергії. Така батарея проста, дешева і ефективна у виробництві енергії. Інший великий дослідник, Алан Хігер, Нобелівський лауреат 2000 року в галузі хімії (за відкриття і розвиток галузі електропровідних полімерів) з Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі, сприяв виходу цього продукту на ринок за допомогою компанії “Konarka”, яка отримала від Гретцеля ліцензію на використання даної технології. До неї Хігер додав своє власне багате зібрання “ноу-хау” і патентів. На сьогодні «Копагка» на повну силу працює на своїх потужностях в Уельсі, Великобританія.

Існує чимало способів удосконалення процесу отримання сонячної енергії, зокрема із врахуванням ідеї, запозиченої у бабки (74). Саме на використанні цієї ідеї сконцентрувала свою увагу іспанська фірма”АЬе^оа” й вже розробила відповідні стратегії подальшого розширення. Зрозуміло, що ці технології, які домінуватимуть на ринку в майбутньому, значною мірою усунуть фотогальванізацію. Оскільки блоки тонкоплівкових сонячних батарей будуть меншими, а зосереджені установки з виробництва сонячної енергії будуть значно більшими, нетто-змін не відбудеться з огляду на появу робочих місць в загальному масштабі.

Брайан МакНаб, професор біології в Університеті Флориди, вивчає фізіологічну екологію, різноманітність тварин і вражаючу відмінність механізмів, що дає їм змогу виживати практично в будь-якій місцевості: від Антарктиди до пустелі Сахара, від вологих джунглів до глибин океанів. Він вивчав виробництво енергії, аби пояснити фізичні, хімічні й клітинні реакції тварин в екстрених ситуаціях. Метаболізм є вирішальним фактором для підтримання життєдіяльності тварин. Деякі з них використовують осмос, обмін газу чи ендотермію. Блакитний тунець витримує зміни температури до 68 °F (за Фаренгейтом). Для нього характерний тепловий бар’єр, що досягається протитечійним теплообміном між кров’ю і зябрами. В той час, коли в промисловості регенерація тепла досягає 95 %, в природних системах, що функціонують за допомогою каскадів енергії, вона становить 99 %. Це значить, що більша частина теплоти, яка сьогодні витрачається, може бути відновлена за рахунок виробництва тепла або холоду на місці, маючи можливість перетворювати його в електроенергію. Новітні підходи до теплового обміну — це бізнес майбутнього, завдяки розвитку якого з’являтимуться нові робочі місця.

Роджер Сеймур, зоолог з Університету Аделаїди, досліджує процес виробництва тепла рослинами. Рослини продукують достатню кількість фізичного тепла для того, аби теплі квіти могли спричинити танення снігу. Як стало відомо, вся тканина рослини зігріває себе за рахунок репродуктивних функцій. Лілія з роду Арум (лат. Helicodiceros musdvorus) (77) залишає всіх інших далеко позаду, навіть недоторканий лотос, широко відомий своєю здатністю підтримувати температуру квітки в межах 86-970 “F (за Фа¬ренгейтом), навіть тоді, коли температура навколишнього середовища опускається до 50 °F (за Фаренгейтом). Фізика і біохімія бавляться з рослинами та холоднокровними тваринами і ці приклади можуть сприяти зміні способів використання тепла, яких дотримується людина. Десятки варіантів, точно відрегульованих в такий спосіб фауною та флорою, надихнуть на появу нових патентів і зможуть запропонувати послуги для різних потреб, як це є в природних екосистемах. Кікукатсу Іто з Університету Івате отримав патенти на алгоритм, який дозволяє адаптувати систему обігріву рослини до часу і наявності світла. Такий підхід з легкістю витіснить застарілий 60-річний спосіб кондиціювання повітря, запропонований американською корпорацією “Honeywell”.

Френк Фіш, професор з Університету Вестчестера (Пенсильванія, США), вів спостереження за тим, яким чином китам вдається зменшувати силу опору під час свого руху. Він був переконаний, що ці ідеї щодо зменшення зусиллям можна поєднати з енергією вітру для збільшення підйомної сили. Як показали випробування, проведені в аеродинамічній трубі, горбкуватий плавник кита-горбача сприяє зменшенню необхідного зусилля й підвищенню підйомної сили в порівнянні з плавними та прямими лініями аеропланів та електричних вітряків. Фіш створив компанію “Whale- power”, яка знаходиться в Торонто і займається просуванням його винаходу на ринок з метою зменшення шумового забруднення довкілля, яке, як правило, асоціюється з вітряними двигунами. Розробляються схожі способи, використання яких сприятиме зменшенню сили тертя і зусилля водночас із збільшенням підйомної сили.

Проект машини Mercedes Benz, на ідею створення якої надихнула океанська рибка кузовок (79), здається, суперечить здоровому глузду. Як і його двійник в природі, що мешкає серед рифів, квадратний на вигляд автомобіль навряд чи можна назвати аеродинамічним. Однак цю рибу з її двійником-автомобілем поєднує структурна подібність та невелика маса тіла, що дозволяє розвивати максимальну силу відносно затраченої енергії, маневреність і стійкість.

Нова інновація була винайдена в результаті вивчення здатності гігантської бурої водорості вловлювати рух океанських хвиль, які виникають в результаті швидких змін припливу та відпливу. Нещодавно створена австралійська фірма “BioPower Systems” (Сідней), розробила блочні прилади, які накопичують енергію хвиль та припливів (80), перетворюючи їх у відновлювану енергію, що надходить в енергосистеми підприємств. Ці пристрої, відомі на ринку під торговими марками bio WAVE ™ і bioSTREAM ™, розташовуються нижче рівня океану. Коли течія дуже сильна, вони вщухають подібно до бурих водоростей.

Ці інновації в сфері ефективного використання енергетичних ресурсів і виробництва енергії виходять далеко за межі відомого, та все ж, це тільки перший погляд на значну кількість джерел енергії, що з’являються. Це може сповістити про появу ще однієї придатної для комерційного використання базової технології, яка сприятиме обмеженню монополізму великих енергогенеруючих систем і гарантуватиме конкурентоспроможність та багатогранність локальних систем, що задовольнятимуть місцеві потреби, як це завжди відбувалось в процесі еволюції.

Випускниця Московського університету Джоанна Айзенберг отримала ступінь з фізичної хімії. Згодом їй вдалось поглибити своє розуміння та пояснити, яким чином губки утворюють скловолокно, що передає світло краще, ніж волоконна оптика. Суть її відкриття полягає у виявленні багатофункціональносіі матеріалів. Окрім передачі світла, для цього скловолокна характерний високий показник межі міцності на розрив і прекрасна гнучкість. Вона встановила, що хімічний склад даного скловолокна простий, адже життя в глибинах океану покладається тільки на те, що існує поряд. Дослідження Айзенберг може докорінно зламати вуглецевий слід в телекомунікаційній індустрії. Для виробництва волоконної оптики необхідні високі температури та кисле середовище, в той час, як морські губки здатні функціонувати за температуру навколишнього середовища і в лужному середовищі. Скловолокно замінить існуючий стандарт волоконної оптики і, якщо й не створить додаткових робочих місць, то сприятиме збереженню енергії і зменшенню шумового забруднення довкілля. Можливо, здатність дельфінів до високоточної та швидкої передачі інформації під водою (82) — майстерність, яку ми зможемо зрозуміти та використати на практиці.

Джоанна Айзенберг розширила коло своїх досліджень і вдалась до вивчення офіур (безхребетних морських тварин типу голкошкірих), які за температури навколишнього середовища можуть створювати досконалі біологічні лінзи, що зводять до мінімуму відхилення від норми, оптимізують інтенсивність світла, підвищують фокус і здатні точно розпізнавати звідки надходять світлові промені. Розуміння цього явища може дозволити контролювати процес кристалізації в сучасному виробництві електроніки, яке потребує кераміки та напівпровідників, отриманих шляхом біологічної мінералізації.

Оптика, на створення якої надихають ідеї, закладені в природі, має величезний потенціал для видозміни процесу фокусування зображення. Такі нові матеріали є перспективними для розробки оптичних систем, що мають меншу кількість лінз і є більш яскравими в порівнянні з традиційними системами лінз. Останні згадані приклади містять одиничні лінзи, виготовлені за принципом будови ока восьминога (84), а також трилінзові з великим кутом спостереження в системі спостереження.

Логіка цих лінз може бути поширена на акустичні лінзи, які мають амазонські дельфіни (85). Оскільки підводний ареал проживання дельфінів дає обмежену видимість, вони вдаються до використання звуків — сфокусованих звукових променів клацання, які відбиваються від об’єктів і модулюються їхньою лобовою подушкою. Така біолокація спрацьовує, адже лобова подушка складається з жирів, густина яких відрізняється від щільності навколишньої води і які виступають у ролі акустичної лінзи. Коли ми розробимо та поєднаємо технології, на створення яких надихнула природа, в прагматичні рішення, кожне з яких буде доповненням до інших, то отримаємо широкий асортимент корисних продуктів і послуг.

Кейтлін О’Коннелл-Родвелл, молодший дослідник в Школі медицини Стенфордського університету, вивчаючи голосові звуки слона встановила, що насправді вони представлені двома різними звуками, один з яких поширюється через повітря, а інший — через землю, подібно до сейсмічної хвилі. Вібрація, яка поширюється землею, може пройти приблизно вдвічі довшу відстань. Окрім того, хвилі вібрації, створені слоном, який тупає ногами, поширюються на відстань аж до 20 миль. За допомогою таких сигналів слони можуть досить ефективно спілкуватись.

Дослідницька робота О’Коннелл-Родвелл може стати проривом в проектуванні та технологіях виробництва слухових апаратів. Поєднання цієї інновації з мікробатареєю, яка працює за принципом змінних величин температур, стане благом для людей із вадами слуху, які лише в США щороку купують 2,5 мільйона слухових апаратів.

Нільс Крегер, біолог з Університету Регензбурга в Німеччині, спеціалізується на вивченні діатомеї. Він став першим, хто розпізнав сформовані на основі кремнезему протеїни в діатомеї. Поєднуючись із цим протеїном, сфери кремнезему формуються не за години, а за хвилини. Джоанна Айзенберг зробила свій внесок в цей фундаментальний прорив. Її дослідження, можливо, сповіщають про засоби, завдяки яким мікроелектроніка та індустрія телекомунікацій можуть стати збалансованими.

Самоскладання чипів за принципом кремнієвих водоростей (діатомеї), які виробляють кремнезем у відповідному порядку, відкриває перспективу альтернативних низькотоксичних рішень, малої кількості відходів і незначного споживання енергії — саме те, чого зараз потребує матеріалоємна та енергоємна промисловість. Метод укладання кремнезему, доведений до бездоганності морською губкою, — це інновація, що була перетворена на джерело прибутку нещодавно створеною російською компанією “NT-MDT”. Якщо ця інновація матиме успіх у перевизначенні інвестиційного капіталу та поточних витрат промисловості з виробництва інтегральних схем, то буде досягнуто не лише скорочення витрат на інвестиції, а й зменшення навантаження на довкілля.

Рон Хой і Рон Майлз з Корнуельського університету, досліджуючи бразильську паразитичну муху (лат. Ormia Ochracea), дійшли висновку, що ця муха може встановити місцезнаходження джерела звуку, який не можуть вловити слухові апарати. Муха поєднує механіку з акустикою, аби дізнатись, яким чином втекти від голодного цвіркуна. Розуміння та адаптація цієї здібності разом з відмовою від акумуляторів, що передбачається інновацією Хорхе Рейнольдса, може прокласти шлях до проектів оптимально функціонуючих і надійних слухових апаратів. Не обмежуючись лише слуховими апаратами, поєднання процесу виробництва електроенергії за рахунок тиску з акустикою паразитичної мухи може забезпечити появу на ринку будь-якої кількості малих електричних приладів, які функціонуватимуть краще та більш ізольовано, ніж існуючі моделі.

Кажани (89) володіють унікальною здатністю, використання якої може сприяти вдосконаленню технологій, що застосовуються для забезпечення безпеки аеропортів. Співпрацюючи з Національним дослідницьким центром мікроелектроніки (англ. National Microelectronics Research Center) в Ірландії та Інститутом Фраунгофера в Німеччині, ірландська філія компанії “Farran Technology”, розробила систему обробки зображення, яка відбиває усі об’єкти, а не лише ті, що виготовлені з металу. Камера Tadar (назва якої насправді походить від назви бразильського кажана (лат. Tadaria) для виявлення та ідентифікації підозрілих об’єктів, схованих під одягом, використовує хвилі з триміліметровою довжиною, такі ж хвилі використовуються кажаном. Камеру можна також використовувати для спостереження крізь хмари чи туман, так само, як кажан під час свого нічного полювання застосовує високочастотні сигнали для керування польотом і визначення місця розташування комах. Датчики “Tadar” виявляють енергію, яка природно поширюється або відбивається від предметів. Хвилі такої довжини абсолютно нешкідливі. Тепловий контраст між фоновим випромінюванням тіла і будь-яким прихованим об’єктом, металевим, неметалевим, пластиковим чи рідиною, виявляється та ідентифікується завдяки чіткому зображенню, яке походить від частоти відгуку об’єкта.

Здібності дорогоцінного жука (лат. Melanophila acuminata) (90) можуть допомогти нам створити кращу систему раннього протипожежного оповіщення. В результаті наукових спостережень, проведених канадським ентомологом Вільямом Джорджем Евансом, було встановлено, що маленькі западини на нижній стороні тулуба жука можуть виявити інфрачервоне випромінювання, джерелом якого є полум’я вогню, що знаходиться на відстані до 50 метрів. Науковці з Університету Бонна в Німеччині проводять дослідження цієї здатності та проектування датчиків-прототипів, які унаслідували б ці функції. їхньою метою є виготовлення недорогого механічного приладу, який сповіщатиме про лісові пожежі, при цьому можливим буде його використання в військовій сфері, сфері комерційної діяльності та споживче використання.

Працюючи в Університеті Королеви у Кінгстоні (провінція Онтаріо, Канада), Вірджинія Вокер та її колеги по дослідженню винайшли новий спосіб ефективного використання енергії: постійне вироблення антифризу Личинкахруща борошняного (лат. Tenebrio molitor) виробляє антифриз, який в сотні разів ефективніший, ніж гліколь, який є сучасним стандартом на ринку Крім того, для виробництва цього антифризу хрущ використовує амінокислоти, тоді як основною сировиною для виробництва токсичного гліколю є нафта.

В результаті дослідження, проведеного фізиком Брендоном Р. Брауном в Університеті Сан-Франциско, було виявлено, що акули виробляють особливий гель, що реагує на мінімальну різницю температур (92), яка вказує на здобич поряд. Можливо, акула розвинула свого роду електронні датчики, аби мати можливість розпізнавати зони харчування, перетворюючи незначні коливання температури в електричну енергію високихнапруг. Браун встановив, що зміна температури лишена 1,8° F (заФаренгейтом) приводять до виробництва напруги величиною аж до 300 мікровольт. Використання цього гелю та протеїнів із такими рівнями показників пропонує багатьом галузям промисловості платформу для інноваційних застосувань та споживчих рішень.

Посилання на основну публікацію