Материалы будущего: как павлиньи перья смогут удешевить авиаперелеты

Материалы, которые изменят нашу жизнь. Каким образом перья павлина смогут удешевить авиаперелеты? Как панцири крабов и креветок помогут мгновенно остановить кровь при порезах? И почему картофель оказался лучшим строительным материалом для Марса? Рассказывает юбилейный, сотый выпуск программы "Наука и техника" с Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.

Автомобиль из гофрированного картона

В самом начале сюжета показан французский концепт-кар довольно странного дизайна – без модных плавных линий и с лобовым стеклом, стоящим вертикально, как у джипов столетней давности. Дело в том, что сам материал диктует авто особую форму, ведь внедорожник сделан… из картона.

"Большая часть машины выполнена из гофрированного картона, который сформирован в виде сотового сэндвича и склеен специальным клеем. Этот материал на самом деле очень прочный. Он с легкостью выдержит мой вес", – говорит автомобильный обозреватель Алекс Керстен.

Инженеры уверяют: бумажная машина выдержит даже столкновение с железным авто. Ведь картон укреплен подложкой из стекловолокна. Заправлять топливом такой автомобиль не придется – он едет за счет аккумулятора.

"Батареи емкостью 40 киловатт-час можно зарядить всего за 23 минуты. Их хватит на 400 километров, даже если машина разгонится до предельных 110-ти километров в час", – сообщила директор программы разработки проектов французской автомобильной компании Энн Лалирон.

Но для чего делать бумажные машины? Из чистой экономии. Картонные панели кузова весят в два раза меньше, чем металлические. Сравните: масса традиционного электрокроссовера – две с половиной тонны, а картонного – всего одна. А это значит – меньше расход заряда аккумулятора, больше запас хода. Так что не удивляйтесь, если через десяток лет бумагу назовут материалом будущего, а автосалоны заполонят машины из картона.

И подобные невероятные перемены ждут не только автопром. В поисках идеального материала инженеры, конструкторы и ученые обращаются к самому необычному сырью, которое даже представить невозможно.

Крылья бабочек и перья павлина снизили вес самолета

Широкофюзеляжный самолет весит примерно 140 тонн. Полтонны из них приходится на… краску. А каждый лишний килограмм – это дополнительный расход топлива. Как сделать самолеты легче за счет краски, придумали в Японии. А помогли ученым крылья бабочек и павлиньи перья.

"Это принципиально новый тип покрытия. В составе краски – сферы из кристаллического кремния нанометрового размера. Если расположить их далеко друг от друга, они отражают свет на определенной длине волны, и тогда появляется цветной оттенок. Меняя диаметр сфер, можно изменять длину волны – а с ней и цвет покрытия. Как раз похожее явление мы наблюдаем на крыльях бабочек или на павлиньих перьях", – объяснил доцент кафедры электротехники и электроники Университета Кобе Хироши Сугимото.

На корпус самолета достаточно нанести покрытие толщиной всего 200 нанометров. Причем на это придется потратить лишь 50 килограммов краски – это в десять раз меньше, чем обычно. И тогда Boeing возьмет на борт дополнительных пассажиров с багажом.

Термохромный пигмент, меняющий цвет одежды

Далее в сюжете показана футболка из ткани, которая очень поможет сэкономить модницам будущего и их мужьям. Теперь, например, вместо трех обновок разных цветов достаточно будет купить всего одну и надевать в разную погоду. А все потому, что зимой и летом материал, из которого сделана одежда, – не одного цвета. Дождь, жара или холод помогут обновить гардероб без лишних трат.

"Материал окрашен термохромным пигментом, то есть в нем есть микроинкапсулированные вещества. Молекулы этих веществ реагируют на температуру, и при ее повышении пигменты обесцвечиваются, а при снижении – вновь обретают яркий цвет, или наоборот", – уточнила блогер-обозреватель Софи Салдана.

Автомобиль, сам меняющий цвет по желанию владельца

Что там одежда и обувь! Мы будем ездить на машинах-хамелеонах. Знаменитый японский автоконцерн уже подал заявку на патент на краску, которая в зависимости от температуры и уровня освещения способна менять цвет. Представьте, вы купили черную машину и по желанию превратили ее в красную. И при этом не понадобится никаких виниловых пленок или дорогостоящих покрасок.

"Чтобы сменить цвет, автомобиль поместят в специальный гараж с нагревательными элементами. Под действием тепла краска будет меняться, а светоизлучающее устройство сможет ее трансформировать. О том, что пора менять окраску, машина поймет благодаря датчикам температуры, которые будут встроены в кузов автомобиля", – пояснил президент автомобилестроительной компании Акио Тойода.

Ткань для медицинских повязок из панцирей крабов и креветок

Ученые из Санкт-Петербурга изобрели материал будущего, который быстро останавливает кровь. А помогли в этом панцири крабов и креветок.

Но зачем вообще понадобилось усовершенствовать привычные всем бинты? Обычная марля удерживает тромбоциты, которые в итоге образовывают сгусток. Но, чтобы бинт сработал, его придется долго носить на ране. Иначе кровь пойдет снова.

А вот материал российских ученых пропитан антибактериальным веществом, которое остановит кровь за считанные секунды. Дело в том, что в его составе есть ценный природный полимер из панцирей крабов – хитин. Из него при помощи щелочи и высокой температуры исследователи выделили вещество – хитозан.

"Подготовленный раствор хитозана будет попадать в осадительную ванну, где происходит осаждение раствора. Далее мы нить вытягиваем, промываем и наматываем на приемное устройство", – рассказала кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории механики полимеров и композиционных материалов Института высокомолекулярных соединений РАН Елена Дресвянина.

Из этих нитей и специальных нанодобавок изготовили нетканое полотно. Эксперименты на крысах уже показали, что повязки из хитозана могут остановить артериальное кровотечение за рекордные 40 секунд. Это почти в два раза быстрее, чем обычные бинты.

"Положительно заряженный хитозан активно взаимодействует с отрицательно заряженными клеточными мембранами эритроцитов, вызывая агрегацию эритроцитов в месте раны. Формируется гелеобразный сгусток, который, тампонируя рану, останавливает кровотечение", – уточнила кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории механики полимеров и композиционных материалов Института высокомолекулярных соединений РАН Елена Дресвянина.

Транзисторы для медицинских датчиков из тутового шелкопряда

Для будущих материалов ученые используют не только ракообразных, но и насекомых. И первый на очереди – тутовый шелкопряд.

Ученые Университета Тафтса из Массачусетса решили использовать привычный нам материал – шелк – совершенно для новых целей. Они предлагают делать из него сверхбыстрые транзисторы для микропроцессоров и медицинских датчиков. Пластину, которая управляет подачей тока, покрывают тонкой пленкой из так называемого фиброина – то есть белка шелковых волокон. Он реагирует на окружающую среду, а именно – влажность, и транзисторы начинают работать, словно живая ткань.

"Когда шелк поглощает влагу, внутри него происходит перестановка ионов, что переводит затвор во включенное состояние. Таким образом запускается транзистор. Мы уже предложили использовать технологию для мониторинга уровня кислорода и сахара в крови, а также для создания схем, имитирующих мозг. Чипы будут реагировать на окружающую среду и записывать данные, подобно нейросетям", – рассказал профессор кафедры общей медицинской инженерии Университета Тафтса Фьоренцо Оменетто.

Российская разработка для безопасного хранения и перевозки водорода

Несколько лет назад в пригороде Осло прогремел взрыв. Вспыхнула водородная заправка. Ударная волна была такой силы, что у проезжавших мимо машин сработали подушки безопасности. К счастью, во время ЧП никто не погиб, но по всей Норвегии экстренно закрыли заправочные станции.

"Нам говорят, что произошла утечка. Водород вырвался из системы хранения и при взаимодействии с кислородом вспыхнул", – сказал тогда технический обозреватель, очевидец взрыва на водородной заправке в Норвегии Гарри Грант.

Как известно, водород перевозят и хранят под высоким давлением в тяжелых баллонах. Инженеры давно ищут для летучего газа куда более легкую и безопасную тару. Российские ученые совместно с бразильскими коллегами придумали запереть водород… в стекле.

Конечно, это стекло не обычное, а кварцевое с катионами лития. Российские ученые из Черноголовки путем проб и ошибок подобрали нужный процент металла, чтобы это вещество легко впитало молекулы водорода и отдало его при нужных температурах.

"Это полые наносферы СО2 диаметром на 300 нанометров. Они использовались как раз для насыщения их водородом, в них удалось получить довольно-таки высокое содержание водорода, растворили большое количество водорода примерно один к одному", – сообщил кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией физики высоких давлений Института физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна РАН Вадим Ефимченко.

Пока образцы проходят испытания в лаборатории. Но в будущем эти пластины получится перевозить в обычной холодильной камере. Когда потребуется, их нагреют примерно до десяти градусов. И, как по волшебству, стекло отдаст водород обратно.

"По сути дела, мы получили такие нанобаллоны, заполненные водородом. Если на оболочку этих самых наносфер поместить как раз литий, то, возможно, нам удастся еще и поднять температуру высвобождения этого водорода. Эту проблему мы сейчас решаем и, надеюсь, она в ближайшие пару лет может быть решена", – заявил кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией физики высоких давлений Института физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна РАН Вадим Ефимченко.

Проект жилого дома из грибов

В самых неожиданных материалах в будущем мы сможем не только хранить взрывоопасный водород, но и строить из них дома. Точнее, даже не строить, а выращивать… за четыре дня.

Проект дома из грибов представили на Голландской неделе дизайна. Внешние панели вырастили из мицелия – для этого дизайнеры заполнили подложки конопляными отходами. Но зачем жить в грибных домах? По мнению архитекторов, это экологично и можно забыть о ремонте. Все трещины будут затягиваться сами.

Кирпичи из картофеля для стройки на Марсе

Оценят ли такое строительное ноу-хау на Земле – неизвестно, а вот будущим жителям Марса оно бы точно пригодилось. Правда, изобретатели уверяют: лучший материал для стройки на Красной планете – картофель.

Пыль и камень – вот чего на Марсе действительно много. Но исключительно из марсианской пыли ничего не построить. Поэтому британские ученые решили добавить к ней щепотку соли и высушенный картофельный порошок. Затем из смеси сформировали кирпич и обожгли его в духовке. Это удивительно, но такой строительный материал оказался в два раза прочнее земного бетона.

"Крахмал намного мельче, чем клинкер и гипс, из которых делают цемент. Картофель выступает как связующее вещество, а хлорид магния, то есть соль, которую можно добыть на Марсе, увеличивает прочность бетона. Конечно, крахмальные кирпичи на Земле были бы бесполезны, так как они боятся влаги, но на Марсе с этим проблем не возникнет – там не бывает дождей", – уверен профессор кафедры физики Манчестерского университета Шон Фримен.

Ученые подсчитали, что из двадцати пяти килограммов обезвоженного картофеля можно получить примерно 200 марсианских кирпичей. А это значит, что придется серьезно запастись этим материалом. Ведь, чтобы построить один дом с тремя спальнями, предстоит доставить на Красную планету больше тридцати пяти мешков с картошкой.

О самых невероятных достижениях прогресса, открытиях ученых, инновациях, способных изменить будущее человечества, смотрите в программе "Наука и техника" с ведущим Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.