A Scientific American tíz olyan műszaki fejlesztésről közöl toplistát, amelyek ma még széles körben nem terjedtek el, ám a következő három-öt évben várhatóan jelentős mértékben befolyásolják társadalmi és gazdasági életünket, megváltoztatva az adott területeken a jelenlegi gyakorlatot. Nézzük, milyen változásokra számíthatunk a közeljövőben!
Mikroméretű injekciós tűk
A szabad szemmel alig látható, 50-2000 mikrométer hosszú és 1-100 mikrométer vastag injekciós tűk nem érintik az idegvégződéseket, így fájdalommentesen hatolnak a bőrbe. Áthatolnak a bőr külső, elhalt sejtekből álló rétegén, elérik az alatta lévő, élő sejtekből álló réteget, az epdermiszt, de alig, vagy egyáltalán nem érintik a bőr harmadik rétegét, ahol az idegvégződések találhatók. Mivel ezek a tűk az oltóanyagot egyenesen az epidermiszbe juttatják, a hatóanyag könnyebben felszívódik, mint a hagyományos eljárás során.
A mikroméretű tűvel ellátott fecskendők és tapaszok egy része már forgalomban van, többségük viszont a klinikai tesztelés fázisában tart.
Ezeknek az eszközöknek a segítségével lehetővé válik a hiányos egészségügyi hálózattal rendelkező térségekben tartózkodó betegek tesztelése és kezelése; bioszenzorokhoz csatlakoztatva pedig perceken belül kimutatható a vércukor- és koleszterinszint, illetve drog vagy alkohol jelenléte a vérben. Méretükből adódóan, széles körű elterjedésük után jelentősen csökkennek majd az elhasznált egyszer használatos tűk tárolásával és megsemmisítésével járó gondok.
A mikroméretű tűk nem minden esetben alkalmazhatóak sikeresen, ugyanis nagy dózisok beadására nem megfelelőek, vannak továbbá olyan oltóanyagok, amelyek csak vastagabb tű segítségével fecskendezhetőek a bőr alá. A kutatóknak a jövőben még tisztázniuk kell, miként befolyásolja az eljárás hatékonyságát a beteg életkora, testtömege, illetve a gyógyszer beadásának pontos helye. A kezdeti nehézségek ellenére az új technológia jelentősen kiterjesztheti a különböző betegségek felismerési és kezelési lehetőségeit.
Napenergia alkalmazása a szén-dioxid vegyipari hasznosítása során
Az eljárás két különböző módon járul hozzá a széndioxid-kibocsátás csökkentéséhez: egyrészt nyersanyagként használja fel a nemkívánatos szén-dioxidot, másrészt fosszilis tüzelőanyagok helyett napenergiából nyeri a vegyi folyamatokhoz szükséges energiát.
Az új technológia bevezetése a fotokatalizátorok kutatásában elért eredmények révén vált lehetségessé. Az elmúlt években ugyanis a kutatóknak sikerült olyan fotokatalizátorokat előállítaniuk, amelyek képesek felbontani a szén-dioxid molekulát alkotó szén és oxigén atomok közötti kettős kötést. A fotokatalizátorok olyan félvezetők, amelyek ibolyántúli sugárzás hatására a szén-dioxid átalakításához szükséges elektronok generálására képesek. Ám az ibolyántúli sugárzás egyrészt ártalmas, másrészt pedig a földfelszínt érő teljes napsugárzásnak csupán öt százalékát teszi ki. Ezért olyan katalizátorok kifejlesztésére volt szükség, amelyek a sugárzás látható tartományában fejtik ki hatásukat. Az új katalizátorok (például a nitrogénnel adalékolt titánium-dioxid) a látható tartományba eső sugárzás hatására képesek a szén-dioxidot más, széles körben használt vegyi anyaggá (metanollá, formaldehiddé vagy hangyasavvá) alakítani.
A napenergia vegyipari hasznosítása jelenleg kísérleti fázisban tart. Ha széles körben elterjedté válik, a vegyipar egy lépéssel közelebb kerül ahhoz a célhoz, hogy hulladékmentes iparággá váljék, és a negatív kibocsátású technológiák mindennapjaink részévé váljanak.
Virtuális betegeken végzett orvosi kísérletek
Belátható idő belül a számítógépes orvoslás eljut arra a szintre, hogy az orvosi kísérletek kezdeti szakaszában nem lesz szükség emberi kísérleti alanyokra.
A kísérlet első fázisában nagy teljesítményű számítógépekbe táplálják az illető szervről rendelkezésre álló anatómiai adatokat. Különböző algoritmusok segítségével a számítógépek megoldják a komplex matematikai modell által felállított egyenleteket, meghatározzák az ismeretleneket, és a valódi szervekkel azonos módon működő virtuális szerveket generálnak. Ezzel a módszerrel nagy pontossággal előre lehet jelezni a tervezett kezelés hatékonyságát és biztonságosságát, ugyanakkor jelentősen csökkenthető a kísérletben részt vevő tesztalanyok száma.
Térbeli számítástechnika
A térbeli számítástechnika tovább közelíti egymáshoz a fizikai és a digitális világot: tárgyakat digitalizál, és egy felhőn keresztül kapcsolatot létesít közöttük, lehetővé teszi a szenzorok és motorok együttes működését, valamint a valós világ digitális leképezését. Mindez nagy pontosságú térfelméréssel társul, amelynek segítségével a központi számítógép nyomon követi a tárgyak állapotát és mozgását, megkönnyítve az ember fizikai vagy digitális világban történő eligazodását és boldogulását. A térbeli számítástechnikának köszönhetően hamarosan új minőségi szintre lép az ember és gép, valamint a gép és gép közötti kapcsolat, amely jelentős változásokat fog eredményezni nemcsak az ipar, az egészségügyi ellátás, vagy a szállítások területén, hanem az otthoni életvezetésben is.
Digitális gyógyászati eszközök
Több olyan mobilapplikáció létezik már, amelyeket elmezavarok, testi rendellenességek észlelésére vagy megfigyelésére használnak. Beszerezhetőek, például, olyan okosórák, amelyek érzékelik a pitvarfibrilláció bekövetkeztét, és riasztják a beteget. Más eszközöket arra terveztek, hogy monitorizálják a légzési rendellenességeket, a depresszió, a Parkinson-kór, az Alzheimer-kór, vagy az autizmus tüneteit. A mikrobioelektronikus érzékelőeszközök lenyelhető tabletta formájában alkalmazhatók.
Bár ezek az eszközök egyelőre nem helyettesíthetik a hagyományos orvosi vizsgálatot, jelentős segítséget nyújtanak egyes betegségek kezelésében.
Elektromos repülőgépek
2019-ben a légi közlekedés szén-dioxid-kibocsátása elérte a globális érték 2,5 százalékát, és ez a szám 2050-re akár meg is háromszorozódhat. Bár több légitársaság is lépéseket tett a széndioxid-kibocsátás visszafogása érdekében, az eddigi intézkedések nem bizonyultak elegendőnek. A megoldást az elektromos repülőgépek kifejlesztése jelentheti.
A kevesebb széndioxid-kibocsátás mellett az elektromos meghajtású motorok bevezetése révén az üzemanyagra fordított költségek 90 százalékkal, a karbantartási költségek 50 százalékkal, a zajszennyezés pedig közel 70 százalékkal csökkenthető. Nem elhanyagolható szempont az sem, hogy az elektromos motorok élettartama jóval hosszabb a szénhidrogén-meghajtású motorokénál. Míg az elektromos motorokon csak 20.000 óránként, a benzinmotorokon 2000 óra után szükséges általános javítást végezni.
Alacsony széntartalmú cement
A globális szén-dioxid-kibocsátás nyolc százalékáért a cementgyártás felelős. Ha a cementgyárak egy országba tömörülnének, az Kína és az Egyesült Államok után a harmadik legszennyezőbb ország lenne a világon. Jelenleg évente négymilliárd tonna cementet gyártanak, de ez a mennyiség a gyorsuló urbanizáció következtében a következő harminc évben elérheti az ötmilliárd tonnát.
A széndioxid-kibocsátás egyik oka az, hogy a cementgyártáshoz szükséges hőt fosszilis tüzelőanyagok elégetése révén nyerik. Másrészt pedig a mészkő klinkerré való átalakítása során az égetőkemencékben szintén szén-dioxid szabadul fel.
A Nemzetközi Cement- és Betonszövetség egész sor olyan intézkedést jelentett be, ami hozzájárulhat a széndioxid-kibocsátás és a vízfelhasználás csökkentéséhez. Vannak már cementgyárak, ahol a felszabaduló szén-dioxidot mineralizációs folyamatok révén lekötik a cementbe, így az nem jut a légkörbe. Máshol a beton összetevőjeként használt cementet az acélgyártás során visszamaradt salakkal helyettesítik, vagy a betont szén-dioxid-lekötő baktériumok segítségével állítják elő.
Kvantumszenzorok
A kvantumszenzorok olyan szerkezetek, amelyek az anyag kvantum jellegéből adódó tulajdonságait felhasználva nagyfokú pontossággal működnek. Alkalmasak, például, a legapróbb mozgás, valamint a gravitációs, az elektromos, vagy a mágneses mezőben bekövetkező legkisebb változások észlelésére. E szenzoroknak köszönhetően lehetővé válik útkereszteződésben tájékozódni képes önvezető autók, víz alatti navigációs rendszerek, földrengések és vulkánkitörések előrejelzésére létesített riasztórendszerek, vagy az ember agytevékenységét folyamatosan figyelő hordozható szkennerek kifejlesztése.
A hidrogén elektrolízissel történő előállítása
A hidrogén égésekor melléktermékként víz keletkezik. Bár ez a folyamat nem juttat szén-dioxidot a légkörbe, a hidrogén előállításához a hagyományos technológia során fosszilis tüzelőanyagot használnak, ami már hozzájárul a széndioxidszint emelkedéséhez. Az így előállított hidrogént szürke hidrogénnek nevezzük. Ha a keletkezett szén-dioxidot befogják, és nem kerül a légkörbe, kék hidrogénről beszélünk.
A zöld hidrogént elektrolízissel állítják elő, amelynek során a víz melléktermék keletkezése nélkül hidrogénre és oxigénre bomlik. Az eljárás eddig is ismert volt, de magas elektromosáram-igénye miatt alkalmazása nem volt gazdaságos. A helyzet mára megváltozott. Az elektrolizáló berendezések egyre nagyobb hatásfokkal működnek. Másfelől pedig a megújuló forrásokból jelentős elektromos energiatöbblet keletkezett, amely a víz elektrolízis útján történő szétbontására fordítható.
Teljes genomszintézis
A teljes genomszintézis a napjainkban rohamosan fejlődő szintetikus biológia területén végzett kutatások egyik jelentős eredménye. A kutatók szoftverek segítségével megtervezik, majd létrehozzák azokat a génszekvenciákat, amelyeket egy adott cél (például új gyógyszerek előállítása) érdekében mikrobákba ültetnek át, átprogramozva azokat. Az egyre tökéletesedő szoftverek és technológiák egyre nagyobb genetikai anyag előállítására adnak lehetőséget.
