TOP-9 baanbrekende energiebesparende technologieën van de toekomst

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

Vers nieuws over wetenschap en technologie. We publiceren de laatste ontdekkingen van wetenschappers, technische recensies, het laatste nieuws van internet en hi-tech.

Nieuwe zonnecel breekt efficiëntierecord

Het stapelen van perovskiet-zonnecellen op siliciumzonnecellen is een manier om de hoeveelheid zonlicht te vergroten.

Het gebruik van fotovoltaïsche zonnecellen als hernieuwbare energiebron neemt toe naarmate de technologie efficiënter en goedkoper wordt.

Het stapelen van perovskiet-zonnecellen op siliciumcellen is een manier om de hoeveelheid zonlicht die wordt gebruikt te vergroten, en nu hebben onderzoekers van de Australian National University een efficiëntierecord voor deze tandemzonnecellen gebroken.

De onderzoekers zeggen dat hun nieuwe zonnecellen op basis van perovskiet en silicium een efficiëntie van 27,7% hebben bereikt bij het omzetten van zonlicht in energie. Dit is meer dan het dubbele van wat technologie vijf jaar geleden had kunnen opleveren (13,7 procent), en dit is een behoorlijke stap hoger dan de rapporten van twee jaar geleden - 25,2 procent.

Interessant is dat de technologie al beter presteert dan de meeste commercieel beschikbare zonnepanelen, die rond de 20 procent efficiëntie schommelen. Ze zijn uitsluitend gebaseerd op silicium en zullen naar verwachting de komende jaren hun maximale limiet bereiken.

Zowel silicium als perovskiet zijn goed in het omzetten van zonlicht in energie, maar samen werken ze nog beter. Dit komt omdat de twee materialen licht van verschillende golflengten absorberen - silicium verzamelt voornamelijk rood en infrarood licht, terwijl perovskiet gespecialiseerd is in groen en blauw.

Om dit optimaal te benutten, stapelen de onderzoekers doorschijnende perovskietcellen op siliciumcellen. Perovskiet pikt op wat het nodig heeft, terwijl andere golflengten tot silicium worden gefilterd.

Wetenschappers werken nu aan het nog meer verbeteren van de efficiëntie, terwijl de commercialisering van de technologie snel nadert. De efficiëntie moet volgens de onderzoekers rond de 30 procent liggen voordat het levensvatbaar is voor massaproductie, en dat zal naar verwachting in 2023 gebeuren.

Nieuw 3D-beeldvormingssysteem kan afzonderlijke fotonen vastleggen

Nieuwe technologie is de eerste echte demonstratie van ruisonderdrukking van één foton

Onderzoekers van het Stevens Institute of Technology hebben een 3D-beeldvormingssysteem gemaakt dat de kwantumeigenschappen van licht gebruikt om beelden te creëren die 40.000 keer scherper zijn dan de huidige technologie. De ontdekking maakt de weg vrij voor effectief gebruik van het LIDAR-systeem in zelfrijdende auto's en satellietkaartsystemen, communicatie in de ruimte, enz.

Het werk lost een al lang bestaand probleem op met LIDAR, dat lasers op verre doelen afvuurt en vervolgens gereflecteerd licht detecteert. Hoewel de lichtdetectoren die in deze systemen worden gebruikt, gevoelig genoeg zijn om gedetailleerde beelden te maken van een paar fotonen - kleine lichtdeeltjes, is het moeilijk om gereflecteerde fragmenten van laserlicht te onderscheiden van helderder achtergrondlicht zoals zonlicht.

"Hoe gevoeliger onze sensoren worden, hoe gevoeliger ze worden voor achtergrondgeluid", zeggen de wetenschappers. "Dit is het probleem dat we momenteel proberen op te lossen." De nieuwe technologie is de eerste echte demonstratie van ruisonderdrukking van één foton met behulp van een techniek genaamd Quantum Parametric Sorting Mode of QPMS, die voor het eerst werd voorgesteld in 2017.

In tegenstelling tot de meeste tools voor ruisfiltering die afhankelijk zijn van software-nabewerking om beelden met ruis op te ruimen, valideert QPMS kwantumlichtsignaturen met behulp van exotische niet-lineaire optica om exponentieel schonere beelden op sensorniveau te creëren.

Het vinden van een specifiek foton met informatie te midden van achtergrondgeluid is als proberen een sneeuwvlok uit een sneeuwstorm te rukken - maar dat is precies wat de onderzoekers zijn gelukt. Ze beschrijven een methode om bepaalde kwantumeigenschappen in een uitgaande puls van laserlicht te imprinten en vervolgens het inkomende licht te filteren, zodat de sensor alleen fotonen detecteert met bijpassende kwantumeigenschappen.

Het resultaat: een beeldvormingssysteem dat ongelooflijk gevoelig is voor fotonen die terugkeren van zijn doel, maar dat vrijwel alle ongewenste fotonen met ruis negeert. Deze benadering levert scherpe 3D-beelden op, zelfs wanneer elk foton dat het signaal draagt, wordt overstemd door veel meer ruisvolle fotonen.

"Door de initiële fotondetectie te wissen, verleggen we de grenzen van nauwkeurige 3D-beeldvorming in 'lawaaierige' omgevingen", zegt Patrick Rain, hoofdauteur van het onderzoek. "We hebben aangetoond dat we de hoeveelheid ruis kunnen verminderen met ongeveer 40.000 keer wat de meest geavanceerde beeldtechnologie kan bieden."

In praktische termen kan QPMS-ruisonderdrukking het mogelijk maken om LIDAR te gebruiken om nauwkeurige, gedetailleerde 3D-beelden te maken op afstanden tot 30 kilometer. QPMS kan ook worden gebruikt voor communicatie in de diepe ruimte, waar harde schittering van de zon meestal verre laserpulsen overstemt. Misschien wel het meest opwindende is dat deze technologie onderzoekers ook een duidelijker beeld kan geven van de meest gevoelige delen van het menselijk lichaam.

Door vrijwel geruisloze beeldvorming met één foton te bieden, zal het systeem onderzoekers helpen heldere, zeer gedetailleerde beelden van het menselijk netvlies te maken met behulp van bijna onzichtbare, zwakke laserstralen die de gevoelige weefsels van het oog niet beschadigen.

Nanosatelliet "Swan" wordt de ruimte in gestuurd op een zonnezeil

De Russische nanosatelliet "Lebed" kan het eerste ruimtevaartuig worden dat de baan van de aarde verlaat met behulp van een zonnezeil. Over drie jaar kan een vliegmodel van de satelliet worden gepresenteerd, waarna een testvlucht volgt.

Het is de bedoeling dat de techniek wordt gebruikt voor onderzoeksmissies, die goedkoper zullen worden door het afschaffen van het gebruik van zware voortstuwingsmotoren - dit zal het totale gewicht van de binnenlandse sonde verminderen. Het belangrijkste verschil tussen de Lebed en buitenlandse ontwerpen is het unieke rotorontwerp van het tweebladige zeil, dat het mogelijk maakt om het gebied te vertienvoudigen. Zoals de hoofddocent van de Technische Staatsuniversiteit van Moskou genoemd. Bauman Alexander Popov, een door de universiteit gepatenteerd roterend zeil met twee bladen, zal op de Swan worden geïnstalleerd, waarvoor geen frame nodig is. "Hierdoor verwachten we dat het gebied vertienvoudigd zal worden met hetzelfde gewicht van de structuur", merkte de wetenschapper op.

Volgens Popov zal het nieuwe apparaat door een draagraket in een baan om de aarde worden gebracht met een hoogte van 1.000 km. Daarna zal het een gecontroleerde rotatie beginnen, geïnitieerd door het rangeren van elektrothermische motoren - resistojets (ze zullen de nodige energie ontvangen van zonnepanelen). Tegelijkertijd worden vanwege de middelpuntvliedende kracht twee zeilen met een eenzijdige reflecterende coating gelanceerd vanuit speciale cilinders aan beide zijden van de satelliet. Hun totale lengte zal ongeveer 320 m bedragen.

Wetenschappers hebben het systeem van stroomvoorziening van de aarde vanuit de ruimte gepatenteerd

Het Moscow Radio Engineering Institute van de Russische Academie van Wetenschappen heeft volgens de gegevens op de website van de Federale Dienst voor Intellectuele Eigendom een patent gekregen voor een systeem voor het overbrengen van energie van een in een baan om de aarde draaiende zonne-energiecentrale.

Volgens het document stellen wetenschappers voor om een ruimte-zonne-energiecentrale op een hoogte van 300 tot 1000 kilometer te plaatsen en, wanneer ze over een grondontvangstpunt vliegen, de energie die is verzameld in de batterijen van de energiecentrale met behulp van microgolven over te dragen.

Tegelijkertijd wordt een vergelijkbaar Amerikaans octrooi uit 1971 aangegeven in het Russische octrooi, waarin voor het eerst het idee werd geopperd om een zonne-energiecentrale te creëren. Toen werd voorgesteld om de energiecentrale in een geostationaire baan met een hoogte van 36 duizend kilometer te plaatsen, waardoor deze de hele tijd praktisch boven hetzelfde deel van het aardoppervlak zou kunnen zijn en daardoor een constante overdracht van energie naar de aarde zou garanderen. In dit geval moet het ontvangststation zich echter op de evenaar bevinden. Het Russische voorstel maakt het mogelijk om energie over te dragen naar andere delen van de aarde.

In 2018 zei Sergei Popov, de eerste plaatsvervangend algemeen directeur van de Shvabe-holding, in een interview met RIA Novosti, dat Russische wetenschappers een orbitale laser ontwikkelen met een repeaterspiegel, die zonne-energie naar die delen van de Aarde waar het onmogelijk of uiterst moeilijk is om energiecentrales te bouwen, ook naar het Noordpoolgebied.

Dankzij het herkenningssysteem kunnen drones 10 keer sneller vliegen en niet crashen

Ingenieurs van de Universiteit van Zürich (Zwitserland) hebben een fundamenteel nieuw systeem voor het vermijden van botsingen voor drones gepresenteerd - niets sneller en nauwkeuriger ter wereld tot nu toe. Ze gingen uit van het feit dat reactiesnelheden van 20-40 milliseconden, zoals in veel commerciële onbemande systemen, niet genoeg zijn om de veilige beweging van vliegende drones met hoge snelheid te organiseren. Om de mogelijkheden van hun geesteskind te demonstreren, gebruikten de Zwitsers het uitsmijterspel, waarbij ze drones leerden om op meesterlijke wijze ballen te ontwijken die naar hen vlogen.

Het probleem met de reactietijd van drones op obstakels heeft twee wortels. Ten eerste de hoge bewegingssnelheid van vliegende voertuigen in vergelijking met voertuigen op de grond. Ten tweede, zwakke rekenkracht, waardoor boordsystemen geen tijd hebben om de situatie te analyseren en de interferentie te herkennen. Als oplossing hebben de ingenieurs de sensoren vervangen door "eventcamera's", waardoor de reactiesnelheid werd verhoogd tot 3,5 milliseconden.

De gebeurteniscamera reageert alleen op veranderingen in de helderheid van individuele pixels in het frame en negeert andere, dus het hoeft heel weinig informatie te verwerken om een bewegend object tegen een statische of sedentaire achtergrond te detecteren. Vandaar de hoge reactiesnelheid, maar tijdens praktijkexperimenten bleek dat noch de bestaande drones, noch de camera's zelf hiervoor geschikt zijn. De verdienste van de Zwitserse ingenieurs is dat ze zowel de camera's als het platform van de quadcopters opnieuw hebben gemaakt, plus dat ze de nodige algoritmen hebben ontwikkeld en in feite een nieuw systeem hebben gecreëerd.

Bij het spelen van uitsmijter slaagt een drone met een dergelijk systeem er in 90% van de gevallen in om een bal te ontwijken die ernaar wordt gegooid met een snelheid van 10 m / s, vanaf een afstand van slechts 3 m. En dit is in aanwezigheid van alleen één camera, als de grootte van de interferentie van tevoren bekend is - de aanwezigheid van twee camera's stelt hem in staat om alle parameters van de interferentie nauwkeurig te berekenen en de juiste beslissing te nemen. Nu werken ingenieurs aan het testen van het systeem in beweging, tijdens het vliegen op moeilijke routes. Volgens hun berekeningen zullen UAV's hierdoor tien keer sneller kunnen vliegen dan nu, zonder risico op aanvaring.

Wetenschappers uit Singapore hebben geleerd hoe ze uitstekende aerogel kunnen maken van oude banden

Wetenschappers van de National University of Singapore waren extreem gefrustreerd door het feit dat slechts 40% van de gebruikte banden naar recycling gaat, dus gingen ze op zoek naar een alternatieve oplossing voor dit probleem. Er was geen duidelijk plan, alleen een idee - om rubber te isoleren van het bandmateriaal en het een nieuwe vorm te geven. Maak er bijvoorbeeld een poreuze aerogelbasis van - een celstructuur waarin de cellen gevuld zijn met gas.

Tijdens de experimenten hebben de wetenschappers dunne fragmenten van banden geweekt in een mengsel van "milieuvriendelijke" oplosmiddelen en water om het rubber te reinigen van onzuiverheden. Vervolgens werd de oplossing verteerd tot een uniforme massa was gevormd, afgekoeld tot -50°C en 12 uur gevriesdroogd in een vacuümkamer. De output was een dichte en lichtgewicht aerogel.

In tegenstelling tot andere soorten aerogels, bleek de op rubber gebaseerde versie vele malen sterker te zijn. En na het aanbrengen van de coating van methoxytrimethylsilaan werd het ook waterbestendig, wat meteen zijn veelbelovende toepassingsgebied bepaalde - als sorptiemiddel voor het opruimen van olievlekken. Het afval van gisteren helpt om een ander soort afval en vervuiling kwijt te raken.

Maar bovenal zijn Singaporese wetenschappers blij met de economische kant van de uitvinding. Creatie van een vel rubberen aerogel met een oppervlakte van 1 m² M. en 1 cm dik duurt 12-13 uur en kost $ 7. Het proces kan eenvoudig worden opgeschaald en omgezet in een commercieel aantrekkelijk bedrijf. Zeker gezien de enorme reserves en de lage prijs van het bronmateriaal.

Een onbemande luchttaxi wordt ontwikkeld in de Russische Federatie

In Rusland wordt een onbemande luchttaxi gecreëerd, die passagiers over een afstand van 500 km kan vervoeren met een kruissnelheid van 500 km / u. Het is de bedoeling dat het eerste experimentele model in 2025 wordt gemaakt en zal worden gebruikt voor verticaal opstijgen en landen.

Naar verwachting zal er verder een vliegmodel worden geproduceerd met een draagvermogen van 500 kg (vier passagiers), schrijft de krant Izvestia.

Zo'n luchttaxi is in de eerste plaats ontworpen voor gebruik in steden met meer dan een miljoen inwoners en in de grootste regio's van het land. Het gebruik van het voertuig zal relevant worden vanwege het gebrek aan start- en landingsbanen in Rusland, legden de ontwikkelaars van het National Technology Initiative (NTI) uit.

“De hoge snelheid van het voertuig wordt verzekerd door een gasturbine-eenheid die aan boord is geïnstalleerd en is aangesloten op een elektrische generator. Het voedt zes stationaire motoren via een batterij supercondensatoren', zegt Pavel Bulat, plaatsvervangend mededirecteur van de Aeronet-werkgroep bij NTI. Volgens hem zullen de motoren draaiende en ondersteunende ventilatoren draaien, die volledig zullen worden teruggetrokken in de romp, die als een vleugel fungeert. Het is de bedoeling dat de besturing wordt uitgevoerd door straalroeren en door de stuwkrachtvector te wijzigen. De vermogenselektronica van de auto wordt gemaakt van siliciumcarbide in plaats van traditioneel silicium.

Het lichaamsmateriaal zal ook innovatief zijn. De ontwerpers gaan gebruik maken van de nieuwste aluminium- en scandiumlegering. Het werd ontwikkeld door het All-Russian Institute of Aviation Materials. Hierdoor ontstaat een lichtgewicht volledig metalen gelaste romp.

Toyota en Lexus ontwikkelen technologie om carjacking zinloos te maken

Autodiefstal is een van de grootste problemen waarmee autobezitters worden geconfronteerd. Zelfs alarmsystemen kunnen hun taak niet altijd aan, maar fabrikanten hebben al een geavanceerdere oplossing. Vanaf 2020 wordt het volledige assortiment Toyota- en Lexus-merken in Rusland beschermd door het unieke antidiefstal-ID T-Mark / L-Mark.

De identifier is een markering van een auto met microdots uit een folie met een diameter van 1 mm, waarop een unieke pincode is aangebracht, gekoppeld aan het VIN-nummer van een bepaalde auto. In totaal worden tot 10.000 van dergelijke punten aangebracht op verschillende carrosserie-elementen en samenstellingen. U kunt hun overeenstemming met het "aangesloten" voertuig controleren op de sites toyota.ru en lexus.ru.

Door het gebruik van markeringen kunnen wetshandhavingsinstanties en kopers van gebruikte auto's de "paspoort" -gegevens van de auto verifiëren met de werkelijke fabricagedatum, uitrusting, merk en motornummer en andere kenmerken. De fabrikant positioneert identifiers als een oplossing die de belangstelling van kapers voor Toyota- en Lexus-auto's aanzienlijk vermindert en het mogelijk maakt om de mogelijkheid van doorverkoop van voertuigen door hen op de secundaire markt uit te sluiten.

De eerste auto die het L-keurmerk op de binnenlandse markt ontving, was de Lexus ES - volgens de fabrikant zijn er tot op heden geen gevallen van diefstal geweest van deze sedan die is uitgerust met antidiefstalmarkeringen. Daarnaast krijgen eigenaren van gemarkeerde auto's kortingen tot 15% op de CASCO-polis op diefstalrisico. Naar verwachting zal het proces om de merken Toyota en Lexus in Rusland uit te rusten met de T-Mark / L-Mark in de loop van 2020 worden voltooid.

Russische elektromotor op supergeleiders wordt tijdens de vlucht getest

Specialisten van TsIAM vernoemd naar PI Baranov begon met de voorbereidingen voor het testen van de eerste hybride energiecentrale in Rusland met een elektromotor. RIA Novosti berichtte er de dag ervoor over, verwijzend naar de persdienst van het wetenschappelijk testcentrum.

Halverwege deze maand bezochten vertegenwoordigers van het instituut FSUE SibNIA im. SA Chaplygin , waar ze het vlieglaboratorium op de Yak-40-basis hebben onderzocht, waar het de bedoeling is om in de toekomst een veelbelovende eenheid te testen. De testvluchten zullen naar verwachting over 2 jaar plaatsvinden. Het is de bedoeling om de nieuwste hogetemperatuur-elektromotor op supergeleiders en een koelsysteem in de neus van het vliegtuig te installeren, gemaakt door ZAO Superox in opdracht van de FPI. Bedenk dat deze unit een unieke binnenlandse ontwikkeling is, die een tastbaar voordeel kan bieden in vermogensdichtheid en efficiëntie van de componenten van een hybride installatie, in vergelijking met traditionele elektrische apparatuur.

Op zijn beurt zal in plaats van een van de drie motoren in de "staart" van het vliegende laboratorium een turboshaft-gasturbine-eenheid met een elektrische generator worden geïnstalleerd, ontwikkeld door de USATU. In de Yak-40-cabine worden controlesysteemeenheden en batterijen geplaatst. Tijdens de vlucht zullen ook testingenieurs aanwezig zijn. Het belangrijkste doel van de komende tests is om een demonstratiemodel van een hybride energiecentrale te maken, die in de toekomst kan worden geïnstalleerd op veelbelovende interregionale Russische vliegtuigen.