Плавающие города позволят заселить и освоить океанские просторы

Рано или поздно, вследствие различных причин, которыми могут стать экологические катастрофы или перенаселение, человечество для выживания должно будет освоить океанские глубины и просторы, которые занимают большую часть земной поверхности. И одним из пристанищ человечества на поверхности морей и океанов могут стать плавающие города. Конечно, реализация таких больших проектов плавающих городов, таких как город Атлантида из фантастического фильма "Звездные врата: Атлантида", в настоящее время вряд ли возможна по разным причинам, зато воплотить в жизнь плавающие города меньшего класса представляется возможным и на нынешнем уровне развития технологий. В настоящее время компания Zigloo предлагает всем заинтересованным принять участие в реализации проекта Gyre, представляющего собой проект плавающего города.

Город представляет собой коническую структуру, уходящую вглубь океана на глубину 400 метров. Площадь, верхней, самой широкой, части оставляет 30000 квадратных метров, а самой нижней и узкой - 600 квадратных метров, суммарная полезная площадь составляет порядка 212000 квадратных метров. На всех площадях этого плавающего города может с комфортом разместиться около двух тысяч человек. Город Gyre является самодостаточным и независимым сообществом людей, помимо жилых помещений, в городе могут быть расположены магазины, рестораны, зоны отдыха, научные лаборатории и производственные помещения.

Город Gyre так же представляет собой полностью энергетически независимую структуру. Необходимая электроэнергия вырабатывается с помощью имеющихся солнечных батарей, ветрогенераторов и генераторов, приводимых в действие энергией волн. Дождевая вода собирается, очищается и хранится в резервуарах, расположенных в нижней части. В случае нехватки пресной воды, полученной из атмосферных осадков, ее запасы можно пополнить в любой момент, используя электрохимический опреснитель морской воды, приводимый в действие электрической энергией. Единственное, о чем не было упомянуто в исходном проекте, это о добыче, выращивании или синтезе продуктов питания для проживающих людей. Быстрее всего продукты будут доставлять морскими судами или по воздуху, хотя вполне вероятно, что людям, живущим в этом городе, придется стать любителями морепродуктов.
Вполне вероятно, что плавающие города, подобные Gyre, могут появиться уже в ближайшем будущем. Конечно, в условиях столь ограниченного жизненного пространства речи о постоянном проживании в нем людей быть не может. С большим процентом вероятности такие города изначально будут использоваться в качестве плавающих отелей, предоставляющих своим посетителям услуги уникального морского отдыха, и в качестве научных баз, где будут проводиться океанографические или другие исследования.

 
DailyTechInfo 

Ультракомпактные солнечные ячейки открыли новые горизонты техники

Если при словах "солнечная энергия" пред вашим взором предстают бескрайние поля фотоэлектрических панелей, вы видите только половину картины. Не менее интересные вещи происходят сейчас на противоположном краю шкалы. Простое масштабирование существующих систем не годится, когда речь заходит об изделиях с поперечником в считанные миллиметры, а иной раз и доли миллиметра.

Учёным, создающим микроскопические солнечные батареи, приходиться "рисовать" такие системы с нуля, подбирая оригинальный дизайн и материалы. Незаметный на глаз "слоёный" пирог из полупроводников в малых масштабах работает несколько иначе — добиться хорошей эффективности тут непросто, а ведь ещё нужно подумать и о возможности недорогого серийного выпуска новинки.

 

Экспериментальный сенсор-микрочип из Мичигана в тысячу раз меньше, чем его коммерческие аналоги. Не последнюю роль в этом достижении сыграла ультракомпактная солнечная батарейка (фото Daeyeon Kim). 

Тем интереснее разработки, в которых исследователи пытаются по-новому взглянуть на строение фотоэлектрических преобразователей и что ещё важнее — на возможные стратегии их применения. В последнее время такие проекты растут как грибы после дождя. И самый свежий из них — "Миллиметровый и почти вечный сенсорный чип" (Millimeter-Scale Nearly Perpetual Sensor System) от лаборатории автоматизации Design Automation Lab университета Мичигана.
Размеры новинки составляют 2,5 х 3,5 х 1 миллиметр. И в этом пространстве создатели приборчика ухитрились поместить процессор, аккумуляторную батарею и солнечную батарею. Последняя — вариация тонкоплёночной технологии от компании Cymbet.

Главная идея экспериментального прибора: он большую часть времени спит, просыпаясь на мгновение каждые несколько минут, чтобы произвести замеры и записать их в память чипа. Маленький расход электричества тут — ключ к успеху.
В той же Design Automation Lab ранее был создан микрочип Phoenix с феноменально низким энергопотреблением, однако, от опытного образца до серии — дистанция огромная. В нынешнем же проекте учёные пошли иным путём — свой прибор они создали на базе ARM Cortex-M3 — крошечного и экономичного серийного процессора, нашедшего применение в самых разнообразных системах — от автомобильной электроники, беспроводных систем связи и до контроллеров промышленного оборудования.
Как объясняют исследователи в пресс-релизе университета, секрет "вечности" этой схемы — в управлении питанием.
Солнечная батарейка выдаёт напряжение 4 вольта, тогда как процессору нужно всего 0,5. Вместо того, чтобы ставить преобразователь напряжения (сам по себе съедающий большую мощность), учёные из Мичигана придумали, как управлять "сердцебиением" процессора. Специальный алгоритм регулирует как такты чипа, так и меняет периоды его активности и сна. А результат: среднее энергопотребление составило менее одного нановатта.
Неудивительно, что для энергетической автономии этой схемы ей достаточно такой маленькой солнечной батарейки, да столь же крошечного аккумулятора, запасающего электричество в периоды сна. Срок службы такой схемы фактически ограничен только деградацией аккумулятора, — утверждает один из авторов разработки Дэвид Блаау (David Blaauw), — но и его должно хватить на многие годы.
На основе же этой разработки можно создать автономные датчики окружающей среды, миниатюрные сенсоры состояния мостов и сооружений, и даже медицинские имплантаты, регулярно посылающие медикам информацию о состоянии организма. Сейчас сотрудники университета работают над коммерциализацией технологии.

 

Этот крошечный чип питает себя сам, для чего его достаточно иногда выставлять на свет, пусть даже в помещении. Теоретически, он может работать почти вечно, не требуя внимания человека (фото Daeyeon Kim). 

Тем временем другие учёные куда дальше зашли по пути миниатюризации солнечных преобразователей. Доун Боннелл (Dawn Bonnell) и её коллеги из университета Пенсильвании сообщили на днях о создании первой в мире микросхемы, питающейся светом.
Титул "первая" тут достаточно спорен, однако, в отличие от других похожих разработок, здесь нет отдельных электронной схемы и солнечной ячейки, соединённых позднее в одном устройстве: здесь сама поверхность микросхемы обработана так, что является и солнечной батареей.
Доун вовсе не намеревается вытеснить со своей "самоподдерживаемой" схемой обычную электронику, зато в специфических областях такие чипы могут оказаться очень полезными. Как и в предыдущем случае, они могут послужить основой микроскопических автономных датчиков. Но это не всё.
Научив такой чип ещё и излучать свет, да на разных частотах, вы получите готовый кирпичик для построения оптического компьютера, способного работать с высокими скоростями или, к примеру, моделировать на уровне не софта, но железа, нейронные схемы мозга. Лучи света, связывающие такие чипы между собой заменяли бы в таком случае нейромедиаторы, а сами чипы — единичные нейроны.
Для превращения этой схемы в готовый к употреблению продукт потребуются ещё годы работы, так что пока достижение Боннелл представляет больше академический интерес. Зато оно наглядно показывает, насколько необычными могут быть фотоэлектрические преобразователи и как порой "простое" изменение их масштаба способно привести к появлению новых возможностей для техники.
О роли масштаба рассуждает и американская компания Semprius, разработавшая оригинальную технологию микропечати солнечных батарей. Идея, которую продвигает Semprius, в общем виде не нова: компания считает что наиболее эффективные (в том числе по соотношению мощность/стоимость) фотоэлектрические преобразователи можно получить применяя в них концентраторы света, сводящие большой поток к миниатюрным солнечным зайчикам.

 

Для выработки тока определённые участки этого чипа пришлось "сдобрить" металлическими наночастицами и молекулами пигмента. Детали должны быть раскрыты в статье, которая выйдет в ACS Nano (фото Dawn Bonnell). 

 

 Такие приборы могут сочетать низкий расход сырья для изготовления с относительно высоким КПД, достигаемым именно в концентрированном световом потоке. Но во весь рост встаёт проблема организации теплоотвода: как линзы и изогнутые зеркала способны нагревать материалы — все прекрасно знают. Появляются вентиляторы и радиаторы — стоимость системы растёт.
Находка Semprius заключается в том, что при уменьшении размера отдельных солнечных ячеек проблема перегрева сначала нарастает, но потом вдруг просто перестаёт существовать.
По объяснению специалистов фирмы, у фотоэлектрических панелей меньше миллиметра в поперечнике очень большая доля тепла начинает уходить через боковые грани, в сравнении с плоскими солнечными батареями традиционного размера, так что субмиллиметровые панели нагреваются при освещённости в тысячу "солнц" примерно так же, как обычные солнечные батареи при освещении неконцентрированным солнечным светом.
Это доказывают солнечные батареи, созданные в Semprius. В них имеется три полупроводниковых слоя на основе арсенида галлия, каждый из которых впитывает свою полосу спектра (что повышает КПД).
Изготовлены эти панели комбинацией химического травления и печати, при которой очень мало сырья уходит в отбросы. Технологический процесс, разработанный профессором Джоном Роджерсом (John Rogers) из университета Иллинойса, таков, что из стандартной четырёхдюймовой пластины полупроводника можно получить 36 тысяч субмиллиметровых ячеек. Секрет не только в замене расточительного распиливания травлением, но и в том, что при создании каждой порции фотопреобразователей снимается очень тонкий слой с пластины, которая затем отправляется на новый круг.
По данным независимых тестов, КПД этих ячеек колеблется от 25% до 35%. Компания посчитала, что они могут поставлять электричество по цене порядка 10 центов за киловатт-час. А стоимость самой установки составит $2-3 за ватт выходной мощности. Массовый выпуск солнечных модулей с концентраторами-линзами и субмиллиметровыми солнечными батареями внутри, Semprius намерена начать в 2013 году.
А пока она заключила соглашение с Siemens Industry о совместной разработке и создании большой демонстрационной системы, призванной показать все достоинства технологии.

 

Солнечная батарейка от Semprius сама по себе насчитывает в поперечнике всего-то 0,6 миллиметра (чёрный квадратик). Она установлена на керамической подложке, снабжённой с двух сторон электрическими контактами (фото Semprius). 

Микроскопические солнечные батареи, да и обычные тоже, смогут получить куда большее распространение, если учёным удастся изготавливать их из более дешёвых материалов. И в этом плане как по заказу явилась работа группы учёных под руководством Дэвида Майци (David Mitzi) из IBM Research.
Она построила миниатюрную солнечную батарею с КПД 9,6%. Не впечатляет это значение только пока не узнаешь, из чего "испечена" ячейка: из меди, цинка, олова и серы — очень распространённых и недорогих веществ, плюс хотя и более редкого но тоже не слишком дорогого элемента селена (получился материал CZTS).

 

Опытный солнечный модуль от Semprius: десятки недорогих линз собирают свет в ряд ярких "точек", в которых установлены микроскопические солнечные батареи (фото Semprius). 

Учёные предполагают, что данный тип батарей сможет успешно конкурировать с тонкоплёночными солнечными ячейками в которых сегодня часто применяют теллур — его запасы на Земле весьма скромны. Также CZTS может потеснить активно развивающийся ныне вариант солнечных батарей на основе селенида меди-индия-галлия (CIGS), поскольку индий и галлий в десять раз дороже селена.

 

CZTS-ячейка, установившая рекорд для фотоэлектрических батарей данного типа (фото IBM Research). 

Отметим, достижение Дэвида и коллег состоит не в выборе материала (с CZTS учёные ставили опыты и раньше), а в разработке технологии, позволившей на этой базе построить столь эффективные ячейки. Обычно для создания финального полупроводникового композита учёные применяют растворение определённых составов в нужных растворителях, однако, соединения цинка были нерастворимы.
Чтобы обойти эту проблему, исследователи использовали комбинацию из растворённых смесей и взвеси крошечных твёрдых частиц, создав своего рода чернила, которые можно было распылять на подложке. Нагрев последней приводил к формированию финального материала.
Сейчас авторы этой технологии работают над улучшением своих батарей. Они поставили целью поднять КПД до 12%, что гарантировало бы удовлетворительный 10-процентный КПД для аналогичных ячеек, выработанных не в лаборатории, а на заводе.
Кроме того, Майци и его соратники стремятся снизить содержание селена в этих ячейках, в идеале чтобы они практически полностью состояли из доступных и дешёвых элементов. В текущей версии CZTS селена, к слову, вдвое меньше, чем в было предыдущих образцах.
Этот путь, как и оригинальные идеи, воплощённые в других родственных проектах, ведёт нас к эпохе, когда недорогие и действительно миниатюрные солнечные батареи начнут в массовом порядке встраивать в самую разнообразную технику — сенсоры и датчики, медицинские имплантаты и карманную электронику...
А на другом краю шкалы уже виднеются те самые огромные поля солнечных батарей, только уже новых — более дешёвых. Тут тоже масштаб играет большую роль — экономия в центы, полученная на "миллиметровых" образцах, в промышленном варианте означает экономию в миллионы, а, следовательно, подлинный взлёт солнечной энергетики.


 membrana.ru

Samsung заинтересовался летающим отелем на водороде

 "Медленно это новое быстро", - говорят авторы этого необычного транспортного средства. Роскошный дирижабль-небоскрёб видится им антитезой авиалайнерам, альтернативой суетливой погоне за скоростью, величественным объектом, возвращающим понятию "дальнее путешествие" прежний вкус, который человечество успело подрастерять за последние лет семьдесят.

 

Фото с сайта : www.seymourpowell.com 

Вернуть на новом витке истории межконтинентальные рейсы огромных цеппелинов (Zeppelin) мечтает лондонская дизайнерская компания Seymourpowell. Её проект Aircruise, однако, снабжён пояснением "отель в небе", что подчёркивает "люксовость" аппарата.

Ключевая идея замысла - путешествовать, отдыхая и расслабляясь. Отсюда небольшое число пассажиров при очень внушительных размерах сооружения. Максимальное количество людей, находящихся на борту нового дирижабля, - 100, но в обычном рейсе их будет куда меньше. Ведь Aircruise должен содержать четыре двухэтажных номера, пентхаус и пять обычных номеров. Обслуживать гостей призван персонал отеля числом 14, и ещё шесть душ составит экипаж, занимающийся собственно небесным кораблём (в том числе - два бортинженера).

В отличие от классических дирижаблей-сигар корпус этого аппарата вытянут по вертикали, словно поплавок. Сопротивление такой конструкции воздушному потоку должно быть солидным, потому летающему отелю-парусу придётся в большей степени полагаться не на двигатели, а на попутные высотные воздушные течения. Сами британцы сравнивают своё творение с клипером.

Тем не менее по проекту круизная скорость Aircruise - 145 км/ч. Он должен доставлять своих постояльцев из Лондона в Нью-Йорк за 37 часов, а, к примеру, из Лос-Анджелеса в Шанхай примерно за четыре дня. В сравнении с реактивными самолётами - вечность, но, по мнению британцев, за такой "ленивый" перелёт немало состоятельных людей с радостью отдадут круглую сумму.

Горстке счастливчиков будут предоставлены необычайно просторные прогулочные палубы с великолепными видами на облака и проплывающую внизу землю. Им откроют бары, а едва ли не самая лакомая деталь судна - круглое окно в самом низу колосса, снабжённое большим и прочным стеклом.

Авторы проекта пишут, что максимальная высота полёта Aircruise составит 3,66 километра, но над какими-нибудь достопримечательностями отель может снижаться до высоты в считанные десятки метров.

Не до конца ясно, как авторы концепта предлагают регулировать плавучесть огромного судна, хотя известно, что по конструкции это должен быть аппарат полужёсткого типа с прочными рамами, поддерживающими подъёмные ёмкости с эластичными упругими стенками. Кроме того, из полного взлётного веса отеля (это около 300 тонн) 20 т составят расходные материалы, вода и некий балласт.

Расчётный вес непосредственно конструкции, к слову, равен 270 тоннам - примерно как у пустого авиалайнера-гиганта A380.

И тут пора сказать, как эта гора поднимется в воздух. Колосс от Seymourpowell должен полагаться на водород. Этот газ обеспечивает вблизи земли силу Архимеда примерно в 1,2 килограмма на каждый кубометр. Общая ёмкость баллонов супердирижабля должна составить 330 тысяч кубов, что приводит к грузоподъёмности с хорошим запасом - 396 тонн.

Огнеопасность H2, однако, заставляет задуматься - чем обусловлен такой выбор британской компании? Ведь, к примеру, схожий по замыслу концепт огромного летающего клуба Strato Cruiser предусматривал в качестве подъёмного газа безопасный гелий. На него же рассчитывали и мечтатели, рисовавшие ранее двухбаллонный летающий отель WATG, небесный отель Aeroscraft и дирижабль-офис.

Водород, по мнению Seymourpowell, - основа экологически чистого полёта без какого-либо выброса загрязняющих веществ. Дело в том, что энергию отелю должны поставлять солнечные батареи (немного) и, главным образом, водородные топливные элементы (они же в качестве "выхлопа" сгенерируют питьевую воду). Для их работы летающему отелю потребуется забрать из баллонов совсем небольшую толику лёгкого газа, которую позднее можно будет восполнить в "порту".

Что до опасности пожара, то снизить риск призваны передовые технологии (куда же без них), а также сам дизайн оболочки. По замыслу лондонских умельцев, отель будут держать в небе четыре отдельные ромбовидные "дольки", каждая из которых должна состоять из множества изолированных секций, выполненных из самозатягивающегося (при повреждении) материала.

Выполнимость смелой фантазии британцев - вопрос открытый. Но, что интересно, ранний вариант концепта привлёк внимание корпорации Samsung Construction and Trading, сыгравшей ключевую роль в возведении самого высокого небоскрёба планеты Burj Khalifa, а также построившей некогда здания, занимающие вторую и третью строчки в этом рейтинге - Taipei 101 и Petronas Towers. Она и заказала британцам более детальную проработку концепции и создание анимации, раскрывающей всю прелесть замысла (ролик вы увидите в конце материала).

Связь между передовыми строительными технологиями и дирижаблем-отелем неочевидна. Но стоит вспомнить силовой каркас летающего сооружения, к которому должны быть снаружи подвешены те самые баллоны с водородом, а изнутри - палубы-этажи "небоскрёба". Эти несущие системы очень напоминают те, что применяются в современных высотных зданиях или, к примеру, мостах (которые также входят в сферу интересов Samsung C&T).

Для корейцев летающий отель - это возможность "пофантазировать" насчёт конструкционных материалов будущего. А позднее, может быть, даже опробовать свои силы в необычной области.

Сын Мин Кхим (Seung Min Kim), дизайн-директор Samsung C&T, говорит: "Для нас это проект-мечта, который поможет реализовать в будущем экологически "устойчивые" здания в сочетании с инновациями и роскошным образом жизни.

В эпоху, когда воздействие на окружающую среду является одним из ключевых факторов для архитектуры, мы готовы расширить это видение будущего в поиске решений, которые могут быть реализованы к 2015 году, который многие футурологи считают поворотным моментом для будущего".

Почему именно 2015-й, Сын Мин не уточнил. Ещё недавно учёные и изобретатели очень любили говорить о 2010-м. Но вот он наступил, и... Впрочем, говоря о будущем, не стоит забывать прошлое.

Распространено суждение, что конец эры пассажирских дирижаблей начала XX века - огромных цеппелинов - был положен ужасной катастрофой Гинденбурга (Hindenburg disaster). На деле же крушение водородного монстра лишь подтолкнуло человечество к решению, которое давно напрашивалось. Бурно развивающаяся в те годы авиация представлялась более выгодной и удобной вещью, как ни посмотри.

Таким образом, в 1930-х годах транспортники отдали комфорт в жертву скорости (о круизных морских теплоходах не вспоминаем, у них иная задача). И, наверное, на тот момент это было логичным.

Дирижабли требовали просто огромных ангаров, управление такими левиафанами в условиях плохой погоды представляло собой настоящий вызов мастерству пилотов, процесс причаливания крупного дирижабля к мачтам можно было считать просто искусством, огромная парусность летающего корабля заставляла его экипаж, даже при наличии на борту мощных двигателей, с почтением относиться к ветрам и со всей тщательностью - к выбору маршрута.

В последующие десятилетия бесчисленное количество раз изобретатели, инженеры и предприниматели пытались вернуть эпоху массовых полётов на дирижаблях, однако возврата "золотой эры" так и не случилось. Хотя были отдельные примеры применения дирижаблей в роли платформ для наблюдения и съёмки, носителей рекламы и туристических "такси".

Воздухоплавание наиболее уверенно закрепилось во владениях спорта, а мечты об огромных "китах" легче воздуха, переносящих по небу мачты ЛЭП или атомные реакторы, так мечтами и остались. О регулярных же пассажирских рейсах на борту дирижаблей, тем более через океаны, в свете печальной истории никто обычно и не заикался.

Концепт Aircruise выбивается из общей картины и, несмотря на спорность ряда моментов (три километра потолка явно недостаточно для спокойного полёта над "погодой", а на борту - прорва водорода), привлекает своим размахом и дерзостью. Увидеть такой аппарат не на компьютерных рисунках было бы очень интересно.




Newsland