Японский прогноз развития техники: в это трудно поверить, но...

Версия для печати

 Техно-суперлайнеры, сквозная система движения, морские пастбища, аквароботы, саморазрушающиеся пластики, сверхлекарства, искуственый плавучий остров, тоннели на морском дне, железная дорога на магнитной подвеске...

1.      ЭЛЕКТРОНИКА И ИНФОРМАТИКА

1.1.   Микроэлектроника.

1.1.1.  Терабитная связь.

1.1.2.   Сверхпроводящие устройства.

К сверхпроводящим устройствам относят новые приборы, разработанные на основе базовой концепции квантового эффекта. Эти устройства имеют структуру сверхпроводящего транзистора, элемента Джозефсона, квантового магнитного параметрона и т. д.  и по таким параметрам, как потребляемая мощность и время переключения, превосходят в 1.000–10.000.000 раз уже имеющиеся схемы со сверхвысокой степенью интеграции, созданные на основе современных полупроводниковых приборов.

В частности, квантовые магнитные параметроныобладают огромными возможностями, принципиально позволяющими создавать интегральные схемы, приближающиеся по своим качествам к человеческому мозгу. Кроме того, сверхпроводящие устройства являются одним из необходимых элементов для создания терабитной памяти.

1.1.3.   Супер-интеллектуальные чипы.

В настоящее время проводятся разработки чипов, различающих голосовые сигналы, чипов, обладающих способностью к анализу, и других, обладающих “разумными” функциями.  Однако, все эти чипы имеют только по одной такой функции. А создание чипов, одновременно обладающих несколькими функциями, - задача будущего.

Супер-интеллектуальные чипы будут в тысячу и более раз превосходить современные полупроводниковые чипы. Они станут базовым элементом для создания систем с высокими аналитическими способностями и будут использоваться в качестве устройств памяти и устройств обработки данных. В будущем остро встанет проблема создания электронных

устройств с высокими аналитическими способностями, и супер-интеллектуальные чипы сыграют в их создании важную роль.

1.1.4.   Самовоспроизводящиеся чипы.

В отличие от существующих в настоящее время полупроводниковых чипов, функции и действия которых определяются только по команде извне, самовоспроизводящиеся чипы сами, внутри себя, определяют свои функции и управляют своими действиями, то есть, обладают так называемой функцией самоструктурирования. Этот новый класс полупроводниковых чипов может быть использован для внутренней архитектуры различных вычислительных структур, например, ЭВМ нового поколения.

Чипы нового поколения будут обладать способностью искусственного интеллекта, в 1.000–10.000.000 раз превосходящей возможности самых совершенных современных чипов.

Он найдут широкое применение в качестве базовых элементов блоков памяти и обработки информации систем с высокими аналитическим способностями, и можно с уверенностью сказать,  что самовоспроизводящиеся чипы сыграют в их построении важную роль.

1.2.   Оптическая электроника.

1.2.1.   Терабайтные оптические запоминающие устройства.

1.2.2.   Терабитные устройства связи.

1.2.3.   Элементы и узлы оптических ЭВМ.

1.3.   Биоэлектроника.

1.3.1.   Биодатчики.

Биологические датчики (биодатчики) представляют собой сочетание разнообразных биологических материалов, способных различать молекулы биологических тел (к числу таких  материалов можно отнести ферменты, микроорганизмы, антигены и антитела, лигандовые

рецепторы, пробы DNA, RNA и DNA и т. д.), с физико-химическими устройствами. Такие датчики предназначены для измерения микрообъемов. Они уже широко используются для обработки клинических анализов, в технологических процессах, экологических измерениях и т. д., однако, в этой области ведутся активные исследования, направленные на значительное повышение чувствительности датчиков, расширение диапазона объектов измерений, уменьшение габаритов и т. д.

1.3.2.   Био-ЭВМ.

1.4.   Оборудование информационных систем.

1.4.1.   Супер-ЭВМ параллельного действия.

1.4.2.   Нейро-ЭВМ.

Нейро-ЭВМ представляют собой компьютер, структура и функции обработки информации которого имитируют структуру и функции нервных клеток мозга (нейронов) и нервной системы  (сеть нейронов). Следовательно, такая ЭВМ сможет реализовать обработку информации, которая представляется чрезвычайно сложной для современных компьютеров - ”вывод”, “анализ”, “прогноз”, “полный охват проблемы” и т. д. Таким образом, можно сказать, что функционально нейро-ЭВМ близки к образу мышления и поступкам человека.

1.5.   Программное обеспечение.

1.5.1.   Системы автоматического перевода.

Данные системы позволяют получить последовательный или одновременный письменный  (устный) перевод обычных документов. В настоящее время существуют устройства, которые могут осуществлять письменный перевод на примитивном уровне, однако, объектом рассмотрения в данной работе являются системы совершенно другого уровня.

Они смогут заменить профессионального переводчика, способного различать малейшие нюансы и правильно передавать содержание документов. Если рассматривать эту задачу в техническом аспекте, она заключается в создании соответствующего программного обеспечения; однако, если рассматривать систему перевода, как готовое изделие, то ее структура, которая будет включать в себя широкомасштабное программное обеспечение письменного и устного перевода, будет, по-видимому, состоять из высоко функциональных чипов со сверхвысоким уровнем интеграции и сверхмалых сверхъемких ЗУ.

1.5.2.   Системы моделирования реальности (Virtual reality Systems).

1.5.3.   Самопополняющиеся базы данных.

Под самопополняющейся базой данных понимается система данных, которая сама, по собственному усмотрению, производит своевременный учет новых и обновление старых  данных, поддерживая, таким образом, себя в постоянно обновленном состоянии. Одновременно  такая система самообучается и пополняет собственную базу данных благодаря систематизации необходимых знаний. Общество и сейчас испытывает острую необходимость в таких базах  данных, но в будущем эта потребность возрастет еще больше. Это связано с тем, что поток

информации, включающей в себя данные о различных сторонах деятельности человека, результаты исследований (причем не обязательно в технической, но и в культурной сфере), который будет поступать и накапливаться в базах данных (возможно, правильнее их будет называть базами знаний о культуре), настолько масштабен, что делает появление систем самопополняющихся баз данных просто необходимым. Таким образом, можно сказать, что они призваны сыграть очень важную роль в будущем.

2.      НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2.1.   Керамика.

2.1.1.   Сверхпроводники (катушки, обладающие свойством сверхпроводимости при высоких температурах).

Под сверхпроводящими материалами имеются в виду определенные материалы или оксидная керамика, которые при температурах ниже критической имеют электрическое сопротивление, равное нулю. Для металлов ее максимальное значение равно 23 градусам по Кельвину (то есть, –2500С).

Однако, в 1986 году была открыта оксидная керамика, обладающая свойствами сверхпроводника при температуре –2500С. Это открытие вызвало целый бум в разработках материалов, являющихся сверхпроводниками при высоких температурах.  Такие материалы способны совершить поистине революционный переворот в самых различных областях и, прежде всего, в электронике.

2.1.2.   Газовые турбины и двигатели, созданные с использованием керамических материалов.

Высокосортная керамика — керамика нового поколения — отличается от уже существующих видов керамических материалов и стекла значительно улучшенными электрическими, термическими, механическими, биохимическими и оптическими характеристиками.  Ожидается, что благодаря своим качествам, новые керамические материалы найдут широкое применение в энергетике, электронике, медицине и других областях науки и техники.  

Турбины и двигатели, созданные с использованием керамических материалов, окажут огромное влияние на промышленность и экономику. Такие турбины и двигатели будут отличаться от уже существующих принципом действия и, по существу, будут являться продуктом нового типа - идеальным двигателем, обладающим высоким КПД, не наносящим ущерба окружающей среде и работающим на разных видах топлива.

2.1.3.   Новые виды стекла (нелинейное оптическое стекло).

Четкого определения для новых видов стекла пока еще нет, поэтому можно дать следующее толкование нового материала — это: “стекло, обладающее некими особыми свойствами, аморфное вещество, вещество, прошедшее термическую или химическую обработку”.  Таким образом, ясно, что диапазон качеств нового материала чрезвычайно широк. Один из образцов нового вида стекла — нелинейное оптическое стекло, представляющее собой, по сути, высокоскоростной оптический переключатель, приводимый в действие световым потоком. Такой материал может быть использован для сверхскоростной обработки информации большого объема, поэтому его разработка, по-видимому, значительно приблизит реализацию оптических ЭВМ.

2.2.   Полупроводники.

2.2.1.   Оптические интегральные схемы.

Под оптической интегральной схемой понимается устройство, которое на общей подложке объединяет функциональные особенности электронных и оптических схем. В качестве оптических интегральных схем используют сложные полупроводники, например, арсенид галлия.

В настоящее применение данных материалов ограничено одиночными устройствами - полупроводниковыми лазерами, приемниками излучения и т. д.  Дело в том, что в отличие от кремниевых интегральных схем процесс создания интегральных оптико-полупроводниковых устройств чрезвычайно сложен технически.

2.2.2.   Полупроводниковые элементы со сверхрешеткой.

Полупроводниковые элементы со сверхрешеткой представляют собой элементы, структура которых, благодаря использованию новейших технологий, например, прецизионного выращивания сверхтонких кристаллов мембран, может контролироваться до размеров, близких к атомному уровню. Таким образом, эти устройства используют новые электронные явления, возникающие в таких структурах.

Полупроводниковые элементы со сверхрешеткой при обычных температурах обладают сверхбольшой скоростью переключения и способностью работать на сверхвысоких частотах, то есть свойствами, недостижимыми для современных электронных приборов. Конкретно, скорость срабатывания новых элементов может достигать 1PS, а рабочая частота - 100 ГГц. Новые элементы могут быть применены в качестве функциональных элементов, использующих квантовый эффект, многопорядковых логических элементов, элементов ЭВМ, каждый из которых обладает функцией памяти и функцией выполнения операций высокого уровня.

2.3.   Металлы.

2.3.1.   Аморфные сплавы.

Аморфными называются такие сплавы, при изготовлении которых расплавленный металл был охлажден настолько быстро, что не успел кристаллизоваться. Таким образом, такие сплавы не имеют кристаллической структуры, благодаря чему обладают высокой прочностью при растяжении, высокой ударной вязкостью и отличными магнитными свойствами.

Все аморфные сплавы можно разделить на две группы: сплавы на основе железа (Fe) и сплавы на основе кобальта (Co). Сплавы на основе Fe имеют высокую плотность магнитного потока насыщения и обладают сравнительно хорошими мягко-магнитными свойствами. Поэтому они находят применение в качестве сердечников цилиндрических трансформаторов. Сплавы на основе Со обладают превосходными мягко-магнитными свойствами при высоких частотах, благодаря чему используются при изготовлении переключающих источников, датчиков и т. д.

2.3.2.   Сплавы с поглощенным водородом.

Сплавами с поглощенным водородом называются сплавы, при изготовлении которых с помощью повышения давления, уменьшения температуры и т. д. добиваются взаимодействия металла с водородом и образования металлического гидрида. Таки образом, эти сплавы могут как поглощать водород, так и наоборот - испускать его. 1 грамм такого сплава при 00С и давлении 1 атм может вместить весь водород, содержащийся в бутылке молока.

Аккумуляторные батареи, изготовленные с использованием сплавов с поглощенным водородом, обладают гораздо большим объемом, чем современные никелево-кадмиевые батареи, и могут использоваться в качестве никелево-водородных аккумуляторов. Однако необходимо заметить, что использование сплавов с поглощенным водородом не ограничивается изготовлением аккумуляторов. В настоящее время проводятся исследования, цель которых состоит в возможной реализации использования этих сплавов при изготовлении тепловых насосов.

2.3.3.   Магнитные материалы.

Под магнитными материалами подразумеваются материалы, которые легко намагничиваются внешним магнитным полем и изменяют свою полярность при изменении полярности внешнего магнитного поля — так называемые мягкие материалы (материалы с высокими магнитными свойствами), а также твердые материалы, обладающие сильной способностью сохранения магнитного поля и не меняющие свою полярность. Мягкие магнитные материалы используются при изготовлении трансформаторов, электрических генераторов и других устройств в качестве материала для сердечников, а твердые магнитные материалы используются для изготовления постоянных магнитов, аудио-видеолент, накопителей на дисках для компьютеров и т. д.

Что касается металлических магнитных материалов, то в последнее время здесь не было сделано каких-либо исключительных открытий. Правда, в настоящее время в практику все более уверенно входят тонкие мембраны из редкоземельных металлов, используемые в качестве фотомагнитной проводящей среды, однако других мягких или твердых металлов пока не найдено.

К технологиям, в разработке которых необходим прорыв, можно отнести технологии по разработке новых материалов с высокой плотностью магнитного потока, с высоко устойчивым магнитным полем, при изготовлении которых требовались бы материалы с низкой себестоимостью, а также технологию, в которой используются сверхбольшие металлические решетки.

2.4.Органические материалы.

2.4.1.   Органические нелинейные оптоэлектронные элементы.

Органические нелинейные оптоэлектронные элементы характеризуются изменением коэффициента рефракции в зависимости от интенсивности падающего светового луча.  Благодаря этому свойству они могут с успехом использоваться в области передачи информации в качестве таких устройств, как оптический переключатель полного светового потока и оптический модулятор, обладающих сверхвысоким быстродействием и низким потреблением энергии.

Отличные характеристики новых оптических элементов могут произвести настоящую революцию в данной области. Кроме того, благодаря свойству усиления светового потока, органические нелинейные оптоэлектронные элементы могут стать базовыми элементами оптических ЭВМ, намного превосходящих по своим возможностям современные компьютеры на полупроводниковых элементах. Предполагается, что самыми подходящими материалами для изготовления новых оптоэлектронных элементов станут сложные вещества, содержащие калий, титан, фосфор, ниобат натрия и т. д.

2.4.2.   Память, основанная на оптическом выжигании дырок.

Элементы памяти, работа которых основана на оптическом выжигании дырок, представляют, по сути, оптические устройства памяти, которые за счет использования лазера  с переменной длиной волны, работающего в режиме предельного сжатия, позволяют записывать  не только двухмерную информацию, но и данные о размерности длины волны в единую точку записи.

Благодаря этому, плотность записи может в несколько тысяч раз превышать плотность  записи на современных оптических дисках. Способность хранения большого объема информации обеспечит ее использование для обработки изображений, параллельной обработки распределенных во времени данных, выполнения  математических операций и т. д. В качестве  материалов для создания этого нового вида оптической памяти в настоящее время исследуются сочетания порфирина, хиназолина и т. д. с полимерными молекулами группы акрила или спирта, а также сочетание фтористого лития с магнием.

2.4.3.   Молекулярные приборы.

Под молекулярными приборами понимаются устройства, созданные на основе методов  молекулярного монтажа, а не методов сверхточной обработки. Такие приборы превосходят  по степени интеграции схемы со сверхвысоким уровнем интеграции, созданные в настоящее  время, и отличаются высоким быстродействием и низким потреблением энергии. Молекулярные  приборы могут с успехом заменить современные устройства сверхплотной памяти и найти использование в качестве основного элемента сверхбыстродействующих ЭВМ.

2.4.4.   Термопластичные молекулярные композитные материалы.

Под термопластичными молекулярными композитами понимаются органические полимерные материалы, которые обладают не уступающей металлам стойкостью к температурным воздействиям, высоким коэффициентом упругости и малым весом.

Такие материалы благодаря хорошим термопластическим характеристикам легко поддаются формованию. В отличие от существующих типов пластиков с упрочнением в виде волокон (FRP), термопластичные композиты имеют внутри пластических составляющих жесткий молекулярный каркас, поэтому у них отсутствует ослабленная граничная область между уплотняющей тканью и пластиковой матрицей, которую можно наблюдать у пластиков с волокнистым упрочнением. Благодаря этому, они могут с успехом заменить как легкие металлы, так и существующие виды FRP.

2.5.   Композитные материалы.

2.5.1.   Высококачественные пластики с упрочнением из углеродных волокон.

Высококачественные пластики с упрочнением из углеродных волокон благодаря своим отличным механическим характеристикам могут с успехом использоваться в качестве конструкционных материалов в авиастроительной, автомобильной, вагоностроительной промышленности и заменять металлические материалы.

2.5.2.   Высококачественные металлические композитные материалы.

По мер увеличения скоростей воздушных кораблей, числа космических полетов, все сильнее ощущается потребность в высокопрочных комплексных материалах, представляющих собой металлическую матрицу, упрочненную волокнами из карбида кремния, волокнами бора, нитевидными кристаллами и т. д. В частности, для космического применения необходимы материалы, стойкие к воздействию атомарного кислорода.

Так как комплексные материалы, созданные на основе пластических смол, имеют в данных условиях недостаточную долговечность и термостойкость, кандидатами на использование в условиях космического пространства становятся металлические композитные материалы, сочетающие в себе такие качества, как небольшой вес, высокий коэффициент упругости, хорошую термостойкость и стойкость к окислению. Однако для того, чтобы эти материалы были дешевы и легки в обращении, как используемые материалы, нужны дополнительные исследования.

2.5.3.   Высококачественные керамические композиты.

Высококачественные керамические композитные материалы могут быть использованы вместо жаропрочных сплавов для изготовления различных деталей машин, например, частей реактивных двигателей. Значительно повысить ударную вязкость керамического материала можно с помощью упрочнения оксидной, углеродной или нитридной керамической матрицы, керамического волокна.

Далее, если требуется керамический материал, то в этом случае можно использовать негорючий,  легкий, высокопрочный материал, обладающий большой силой упругости, представляющий собой негорючую матрицу (стекло, цемент), упрочненную, например, углеродным волокном.

Такой материал может быть с успехом использован в качестве конструкционного материала при изготовлении сверхвысоких небоскребов или подземных сооружений, размещенных на большой глубине, а также навесных конструкций и т. д.

Однако, для того, чтобы такой композиционный материал стал так же дешев и легок в обращении, как и существующие металлические материалы, необходимы интенсивные длительные исследования.

2.5.4.   Высококачественные композиты типа С—С (пироуглерод).

3.      НАУКА О ЖИЗНИ

3.1.   Новые виды медпрепаратов.

3.1.1.   Лекарства для лечения (профилактики) опухолевых заболеваний.

3.1.2.   Лекарства для лечения (профилактики) вирусных заболеваний.

3.1.3.   Лекарства для лечения (профилактики) старческого слабоумия.

3.1.4.   Лекарства для лечения заболевания имунной системы.

3.2.   Использование соматических особенностей человека.

3.2.1.   Банк костного мозга.

3.2.2.   Биоэнергия.

3.3.   Производство искусственных биообъектов.

3.3.1.   Искусственные органы.

3.3.2.   Искусственные ферменты и мембраны.

Искусственные ферменты и биологические мембраны могут рассматриваться как самостоятельные  товары (они могут продаваться как реактивы, ангро и т. д.), но широкое их применение ожидается в качестве составных элементов различной медицинской аппаратуры, например, устройств постановки диагноза, разного рода биологических реакторов, биологических датчиков  и т. д. Кроме того, искусственные ферменты могут быть использованы в качестве катализатора  при производстве различных синтетических материалов, а искусственные мембраны - в процессе  мембранного разделения, при производстве энергии и т. д. Таким образом, искусственные ферменты и мембраны имеют большое промышленное значение.

4.      ЭНЕРГЕТИКА

4.1.   Технологии производства энергии.

4.1.1.   Топливные батареи.

4.1.2.   Солнечные источники энергии.

Под солнечными источниками энергии понимаются системы, производящие электроэнергию с помощью солнечных батарей. В настоящее время уже реализован целый ряд таких систем,  которые имеют специфическое использование, - например, при стихийных бедствиях, в космической промышленности и т. д. Задачей на будущее является дальнейшее расширение области данных систем.

Перед разработчиками солнечных источников энергии стоит цель добиться от новых источников энергетической мощности, равной мощности уже существующих источников  энергии, а также снижения издержек до того уровня, при котором производимая на них энергия будет конкурентоспособна. К технологиям, в разработке которых необходим прорыв, можно отнести разработку новых материалов, обладающих высоким коэффициентом преобразования, недорогие методы производства, разработку недорогих батарей/инверторов, методы, защищающие от образования дефектов и старения материала и т. д.

4.1.3.  Малогабаритные реакторы на легкой воде, обладающие собственной устойчивостью.

4.1.4.   Реакторы ядерного синтеза.

4.1.5.   Высокоскоростные реакторы - умножители.

Изобретение высокоскоростных реакторов-умножителей явилось поистине эпохальным событием, так как вместе с расходом топлива на выработку электроэнергии они синтезируют ядерное топливо. В случае реализации таких устройств, которые являются, по сути, атомными реакторами, приносимый ими эффект будет аналогичен эффекту от увеличения ресурсов урана в несколько десятков раз.

4.2.   Технологии повышения эффективности использования энергии.

4.2.1.   Высокоэффективные холодильные установки и тепловые насосы.

4.2.2.   Сверхпроводящие конденсаторы энергии.

Под сверхпроводящими конденсаторами энергии подразумеваются подземные сооружения, основу  которых составляют гигантские катушки, сопротивление которых при сверхнизкой температуре равно нулю, в результате чего в них можно накапливать электрическую энергию.

В настоящее время сверхпроводящие конденсаторы энергии разрабатываются как часть стандартного оборудования для производства электрической энергии - гидроэлектростанциями, генераторами энергии на сжатом воздухе и газотурбинными генераторами, однако их использование ограничивается различными условиями (географическим ландшафтом и т. д.).

Сверхпроводящие конденсаторы энергии, по-видимому, будут широко использоваться в 21 веке в качестве стандартных высокоэффективных энергетических источников.

5.      АВТОМАТИЗАЦИЯ

5.1.   Роботизация.

5.1.1.   Роботы с искусственным интеллектом.

Для современных роботов, которые используются не только в промышленности, требуется детальная программа, составленная человеком. Парадокс состоит в том, что машины, призванные  заменить человека, не могут обойтись без его участия, и это препятствует использованию роботов  на средних и малых предприятиях, а значит, мешает их распространению.

Для решения этих проблем необходимо создать такие роботы, которые не нуждаются в детальной программе. Достаточно лишь определить контуры задания, а робот самостоятельно разработает его решение. Такие роботы будут действовать на уровне высококвалифицированного рабочего.  Эта способность машин называется искусственным интеллектом.

В промышленности роботы с искусственным интеллектом найдут применение, скорее всего, на линиях сборки и монтажа. Можно предвидеть появление роботов, ухаживающих за больными,  роботов, работающих на вредных производствах (например, резины и т. д.).

5.1.2.   Устройства для работы с микрообъектами.

В последнее время было предложено использовать процесс производства интегральных схем  для механической обработки деталей, и были начаты производственные испытания. При монтажных работах были использованы устройства для работы с микрообъектами. В настоящее время представляет интерес то, что такие устройства можно использовать как в медицине, так и в промышленности.

Это будут малогабаритные системы, выполняющие различные функции, например, автоматических  механизмов (размером от нескольких сантиметров до нескольких десятков сантиметров), осуществляющих контрольные и ремонтные операции в узких, труднодоступных местах;

а также функции малогабаритных станков, производящих механическую обработку микродеталей, устройств для сборки и монтажа (микроманипуляторы), транспортирующих устройств, детекторов и т. д.

Все эти устройства будут иметь размеры одного масштаба.

5.2.   Технологии в области обрабатывающего оборудования.

5.2.1.   Станки с искусственным интеллектом и компьютерные ЧПУ.

Под станком с искусственным интеллектом и компьютерным ЧПУ понимается система, которая, после введения в нее данных о форме детали, о требуемой обработке и степени ее точности,  способна автоматически выбрать необходимые станки и инструменты и составить план процесса  обработки. После механической обработки детали система автоматически производит замер  ее размеров, а затем автоматически производит чистовую обработку с требуемым уровнем точности.

5.2.2.   Комплексные обрабатывающие центры.

Комплексный обрабатывающий центр представляет собой систему, которая на основе введенных в нее данных о форме готовой детали выполняет все требуемые операции от вырезания заготовки  до монтажа готовой детали (клеевое крепление или сварку при необходимости).

5.2.3.   Станки сверхточной обработки.

Станки сверхточной обработки обладают возможностью автоматически обнаруживать причину отклонения чистового размера детали от необходимого и производить корректирующую обработку, легко добиваясь точности 1 нм.

5.3.   Технологии CAD/CAM (компьютеризованное проектирование и производство).

5.3.1.   Системы компьютеризованного проектирования с искусственным интеллектом.

Системами САПР с искусственным интеллектом называются системы, которые на основе общей информации об изделии, его предназначении, приблизительной форме, материале и т. д., выдаваемой разработчиком, способны производить детальное проектирование.

5.3.2.   Моделирование изделий.

Моделирование изделия включает в себя сбор необходимой информации о процессе изготовления изделия путем создания с помощью ЭВМ его объемной модели и моделирования производственного процесса.

5.4.   Технологии CIM/HIM (комплексно-интегрированное и высоко интегрированное производство).

5.4.1.   Автономные системы с распределенным управлением

 Автономные системы с распределенным управлением представляют собой роботизированные линии, в которых операции технологического цикла выполняются несколькими роботами, благодаря чему значительно возрастает производительность и надежность. Кроме того, группа роботов может перемещать тяжелые объекты, с которыми не может справиться один робот.

5.4.2.   Конкарент инжиниринг.

Основная задача систем параллельного действия заключается в эффективном использовании всех производственных ресурсов и рационализации технологического процесса, что достигается параллельным выполнением максимально возможного числа операций цикла “конструирование-производство”. (Сейчас операции, начиная с разработки изделия и заканчивая его выпуском, выполняются последовательно). Параллельное выполнение операций становится возможным благодаря использованию вычислительной техники и объединенным базам данных.

6.      СВЯЗЬ

6.1.   Спутниковые и передвижные системы связи.

6.2.   Передача изображения.

6.3.   Многоканальная связь.

6.4.   Развитие сетей связи.

7.      ТРАНСПОРТ

7.1.   Железнодорожный транспорт.

7.1.2.   Средства транспорта с линейным двигателем, работающем на принципе сверхпроводимости.

Средства транспорта нового поколения с двигателем, работающем на принципе сверхпроводимости при высоких температурах.

7.1.3.   Высокоскоростной наземный транспорт с линейным двигателем (HSST).

Средства транспорта с линейным двигателем обычной проводимости представляют собой составы, которые зависают на высоте 1 см над рельсами с помощью магнитов обычной проводимости. Предполагается, что скорость движения таких средств транспорта будет составлять 120–300 км/ч.

В то время, как средства транспорта с линейным двигателем, работающем на принципе сверхпроводимости, будут курсировать на длинные расстояния, составы с линейным двигателем обычной проводимости рассчитаны на средние расстояния перевозок. Особенности таких поездов заключаются в бесшумном движении, отсутствии вибрации, поэтому вполне возможно, что они станут важным городским транспортным средством.

7.1.4.   Усовершенствованная система управления движением поездов (ATCS).

Усовершенствованная система управления движением поездов с помощью спутников определяет расстояние между составами, следующими друг за другом, рассчитывает оптимальную скорость, чтобы избежать столкновения даже при торможении, и осуществляет контроль за скоростью движения, то есть делает возможным сократить до минимума безопасное расстояние между составами. В отличие от существующих систем сосредоточенного контроля из центра система нового типа относится к системам с рассредоточенным управлением, то есть ее звенья автономны и не зависят друг от друга.

7.1.5.   Бимодальные системы (сквозная система движения).

Если к трейлеру прицепить железнодорожную платформу, получившееся транспортное средство сможет передвигаться как по рельсам, так и по обычным дорогам. Данная транспортная система объединит в себе достоинство железнодорожных перевозок, связанное с возможностью транспортировки большого количества грузов с большой скоростью, и автомобильного транспорта (возможность прямого доступа к грузам). Кроме того, она позволит избежать автомобильных “пробок”. Таким образом, можно полагать, что сквозные системы движения займут важное место среди транспортных систем будущего.

7.2.   Технология производства автомобилей.

7.2.1.   Автомобили нового поколения.

7.2.2.   Автомобили, использующие спутниковую связь.

Под автомобилями, использующими спутниковую связь, понимаются автомобили новых типов, оснащенные высоко функциональными телефонными аппаратами, факсами, навигационными системами. В настоящее время часть имеющихся на рынке автомобилей уже имеет основные системы связи, однако, сейчас в стадии разработки находятся более совершенные системы.

Основным препятствием, относящимся к сфере социальных ограничений, является международная система, определяющая порядок распределения и использования радиочастот. Кроме того, необходимо решать проблемы, связанные с социальной инфраструктурой (запуск многочисленных спутников связи, сооружение наземных станций связи и т. д.).

7.2.3.   Автомобили с альтернативным источником энергии (электромобили).

К классу автомобилей с альтернативным источником энергии можно отнести электромобили, автомобили, в которых в качестве топлива используется спирт, водород и т. д. Прогнозы, построенные на анализе последних тенденций, показывают, что очень широкое распространение, по видимому, получат автомобили. Недостатком этих автомобилей является то, что без подзарядки они могут проехать очень короткое расстояние, однако эту проблему можно решить, создав двигатель, работающий и на электроэнергии, и на бензине. Ожидается, что после 2000 года, благодаря появлению новых элементов питания, электромобили получат еще более широкое распространение.

7.2.4.   Революционные технологии производства автомобилей.

7.3.   Судостроение.

7.3.1.   Техно-суперлайнеры.

Техно-суперлайнеры представляют собой океанские суда, имеющие грузоподъемность 1000 тонн и скорость движения 50 узлов, они разработаны на основе новой концепции, связанной с созданием судов с комплексной поддержкой, то есть использующих при движении сочетание нескольких действующих на них сил: собственной плавучести, подъемной силы подводных крыльев, и силы давления встречного воздуха. Такие лайнеры могут курсировать в шторм при высоте волны 4–6 метров.

Так как техно-суперлайнеры имеют очень высокую скорость движения, то предполагается, что в 21 веке они будут использоваться в качестве рейсовых судов, связывающих Японию со странами Дальнего Востока и Юго-Восточной Азии, а также для внутренних рейсов в качестве высокоскоростных транспортных средств, заменяющих грузовые автомобили, и скоростных паромов. Ожидается, что в будущем техно-суперлайнеры станут одним из основных средств транспорта.

7.3.2.   Суда с поверхностным скольжением.

Суда с поверхностным скольжением оснащены крыльями для планирования. При превышении определенной скорости корпус такого судна за счет давления воздуха приподнимается над водой на несколько десятков сантиметров, благодаря чему такое судно может планировать над поверхностью воды со скоростью 70–80 км/ч. Предполагается, что в будущем суда на воздушной подушке будут использоваться в качестве прогулочных или экскурсионных катеров. В первом случае, их пассажирами могут стать несколько человек, во втором - несколько десятков человек.

7.3.3.   Суда с искусственным интеллектом.

Суда с искусственным интеллектом являются частью навигационной системы, которая производит управление судном на основе поступающей с берега вспомогательной информации и разного рода данных о параметрах работы самого судна. При этом искусственный интеллект, обладающий знаниями самого опытного капитана, анализирует поступившую информацию и на ее основе выносит соответствующее решение. Таким образом, можно сказать, что данная система объединяет корабль и берег в единое целое.

Результаты анализа международной ситуации в данной области в настоящее время показывают, что здесь Япония значительно обгоняет своих соперников. Уровень разработки этого направления в США и Европе примерно одинаков.

7.3.4.   Аквароботы.

Создание аквароботов, то есть роботов, которые могут выполнять различные работы на значительной глубине под водой, вызвано целым рядом причин. К ним, например, можно отнести наметившиеся в последнее время тенденции к дальнейшему проникновению в море портов и портовых сооружений, разработку ресурсов морского дна в будущем и пр.  Таким образом, аквароботы необходимы для разработок океанских глубин в 21 веке.

К технологиям, в разработке которых необходим прорыв, можно отнести методы устранения помех, например, подводных растений и т. д., технику дистанционного управления, разработку техники подводного перемещения, подводных источников энергоснабжения и т. д. В качестве важных сопутствующих технологий, необходимых для развития основного направления, следует упомянуть технику подводной связи на основе тепловых лучей, создание систем для измерений под водой, систем моделирования реальных ситуаций и т. д.

7.4.   Воздушный транспорт.

7.4.1.   Многоместные пассажирские самолеты.

7.4.2.   Гиперзвуковые транспортные самолеты (HST).

7.4.3.   Малогабаритные пропеллерные самолеты с вертикальным взлетом и посадкой.

7.4.4. Малогабаритные реактивные самолеты с вертиальным взлетом и посадкой.

8.      ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВА

8.1.   Технологии освоения Космоса.

8.1.1.   Подземные сооружения для проведения экспериментов в условиях невесомости.

8.1.2.   Исследовательские базы на поверхности Луны.

8.1.3.   Катапульта с линейным двигателем.

8.2.   Наземные технологии.

8.2.1.   Сооружение сверхнебоскребов.

8.2.2.   Сверхбольшие воздушные купола.

8.2.3.   Технология демонтажа сверхнебоскребов.

8.3.   Использование подземного пространства.

8.3.1.   Сети подземных грузопотоков.

8.3.2.   Строительство подземных автотрасс и железных дорог на небольшой глубине.

8.3.3.   Подземные системы конденсации тепла.

Системы конденсации тепла позволяют сократить количество потребляемой энергии за счет эффективного использования отработанного тепла, образующегося в городе.  Общее количество отработанного тепла во всем городе постоянно увеличивается (общее количество тепла является суммой различных составляющих: тепла заводов, метро, зданий и т. д.), однако его плотность невелика. Поэтому системы конденсации тепла будут производить его накопление небольшими долями в течение года и выдавать его, когда это станет необходимо. В качестве носителей тепла, в которых осуществляется его конденсация, в этих системах будут использованы подземные пласты, находящиеся на большой глубине.

8.4.   Использование океана.

8.4.1.   Создание искусственных островов.

8.4.2.   Плавучие станции.

Плавучая станция представляет собой плавающую конструкцию с большими, словно у чайки, крыльями, которая ставится на мертвый якорь на глубине около 100 метров.  При смене направления волн или ветра все основание такого искусственного острова разворачивается навстречу волнам, поэтому внутренняя сторона крыльев всегда находится в таком положении, при котором волны оказываются наиболее безопасными для станции.  

Другими словами, остров не оказывает сопротивления волнам, а наоборот, взаимодействует с естественными силами. Благодаря этому постановка на мертвый якорь совершенно безопасна.  Создание плавучих станций поможет в разработке богатейших морских ресурсов, не используемых до настоящего времени в достаточной мере, а также освоению новых океанских просторов.

8.4.3.   Морские пастбища.

После принятия странами международного положения об установлении 200-мильной зоны морского промысла, положение Японии в области рыболовства стало весьма тяжелым.  Этим была вызвана необходимость тщательного контроля морских и речных ресурсов.  В настоящее время под лозунгом “От обычного рыболовства - к культивируемому!” происходит повсеместное создание прибрежных рыболовецких хозяйств. Концепция морских пастбищ тоже основана на этом лозунге. В ее основу заложена система, имеющая три опорных пункта: добыча, культивирование (разведение) и увеличение количества рыбы.

Создание таких систем позволит более полно учитывать особенности данного морского участка и экологические проблемы в данном районе, а также вести эффективную плановую эксплуатацию

ценных морских ресурсов и, прежде всего, рыбы ценных сортов.

8.4.4.   Морские зоны отдыха.

9.      ЭКОЛОГИЯ

9.1.   Меры, связанные с общим потеплением климата Земли.

9.1.1.   Технология связывания CО2 с помощью катализатора.

Среди технологий сжигания и превращения CО2 в ценный химический продукт с помощью катализатора особое внимание уделяется:

• ·      методу каталитической гидрогенизации с использованием твердого катализатора на подложке из металла VIII группы, в результате которого образуются такие продукты, как метан, этанол, муравьиная кислота и т. д.;
• ·      электрохимическому методу, в котором восстановление CО2 производится посредством электрического нагревания таких металлов, как ртуть, свинец, и др.;
• ·      фотохимическому методу фиксации, в котором в качестве катализации используются металлические коллоиды рутения, свинца и др.;
• ·      методу искусственного фотосинтеза, имитирующему естественный фотосинтез, в котором используются такие вещества как порфирин и др.

9.1.2.   Технология связывания CО2 с помощью растений.

Связывание CО2 с помощью морских и наземных растений происходит на основе использования механизма фотосинтеза. Что касается морских растений, то здесь особое внимание уделяется фиксации CО2 с помощью бурых водорослей (гигантские водоросли, саргассы и т. д.) и микроскопических водорослей (цианистые бактерии и т. д.). В настоящее время проводятся разработки технологий крупномасштабной культивации водорослей с использованием световодных систем на базе оптического волокна, а также технологий производства пищевых продуктов и кормов на основе водорослей.

Связывание CО2 наземными растениями сейчас происходит благодаря лесам, однако особо большое внимание уделяется пустынной растительности, содержащей полимерные молекулы, которые в большом количестве поглощают воду, а также мангровым растениям.

9.1.3.   Технология переработки CО2 .

Технологии переработки CО2 можно разделить на группы: технологии регенерации CО2, технологии сжижения и технологии хранения. К технологиям регенерации CО2 относится метод химического поглощения с помощью жидкостей алканол-аминовой группы, метод химического поглощения на основе цеолита, метод адсорбции на основе цеолита, метод мембранной сепарации и т. д. Методы сжижения CО2 в настоящее время уже достаточно хорошо разработаны, однако, в этой области стоит задача снижения динамической энергии сжижения (например, на основе использования нагрева и охлаждения сжиженного природного газа).

Что касается технологий хранения, то они предусматривают сжатие CО2 до 300 атм и выше при температуре 0–100С. При этом CО2 сгущается до состояния щербета. После этого его можно хранить, например, в океане.

9.2.   Борьба с разрушением озонового слоя Земли.

9.2.1.   Газы, заменяющие фреон.

9.2.2.   Технология регенерации фреона.

9.3. Борьба с отходами

9.3.1.   Саморазрушающиеся пластики.

В настоящее время разрабатывается две группы саморазрушающихся пластиков. К первой группе относятся пластики, разрушающиеся при воздействии на них света, ко второй - пластики, разрушающиеся под воздействием биологических организмов. Область применения первой группы ограничена (что вытекает из их свойств), и они не могут быть использованы в качестве обычного упаковочного материала. Что касается пластиков второй группы, то они разлагаются в естественных условиях под воздействием микроорганизмов. Пока они находятся в процессе разработки, но можно ожидать, что в будущем они получат широкое применение.

9.3.2.   Подземные системы переработки обычных отходов.

Подземные системы переработки обычных отходов состоят из подземной сети трубопроводов, предназначенной для транспортировки обычных отходов (отходы транспортируются в капсулах под давлением), и оборудования переработки (сжигания) отходов, также расположенного под землей. Тепло, образующееся в результате переработки, используется для нагревания воды, которая поступает затем в систему водоснабжения.

9.3.3.   Подземные сооружения для хранения и переработки воды.

Основные мировые рынки в 2020 году

ИНФОРМАТИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

FED

• многофункциональные терминалы уличного
• и внешнего оборудования
• приборы MD
• программы распознавания и синтеза голоса
• программы автоматического перевода

УСТРОЙСТВА И МАТЕРИАЛЫ

• молекулярно-электронные материалы
• “синий лазер”
• суперэнблер
• фуллерены и нанотрубки
• активаторные материалы

МАШИНЫ, МЕХАНИЗМЫ, ОСВОЕНИЕ ОКЕАНА, ВОЗДУШНОГО ПРОСТРАНСТВА И КОСМОСА

• станки сверхточной обработки
• с применением электронных или
• ионных лучей
• сверхточные шлифовальные станки
• рентгеновские степперы
• устройства SOR
• роботы для экстремальных условий

ТРАНСПОРТ И БЫТ

• автомобиль на метаноле и этаноле
• автомобиль на водороде
• система контроля над движением автотранспорта
• железная дорога на магнитной подвеске
• высокоскоростная система перевозки грузов
• «безлюдная” система оптовой торговли

БИОТЕХНОЛОГИЯ, МЕДИЦИНА, СОЦИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

• получение лекарств от клонированных животных
• лекарство от СПИДа
• фабрики растений, замкнутые циклы
• производства продовольствия
• биокосметика
• биосенсоры

ЭНЕРГЕТИКА И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА

• предприятия и система измерения и переработка природных гормонов
• накопители на сверхпроводимости
• натриево-серные аккумуляторы
• топливные аккумуляторы фосфорного типа
• солнечные батареи на поликристаллах
• электрогенераторы на сверхпроводимости

ИНФОРМАТИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

• персональные компьютеры
• панельные компьютеры
• приемник объёмного телевизионного изображения
• программы с функцией агента
• сервис для мобильных телефонов
• передача массивов данных по мобильным
• телефонам

УСТРОЙСТВА И МАТЕРИАЛЫ

• системные LSI
• CPU
• магнитные материалы для высокоскоростной памяти
• квантовые устройства (моноэлектронные
• транзисторы,элементы Джозефсона, пр.)
• фотомембраны (гидрофобные, бактерицидные,для производства водорода)
• водород-поглощающие и накапливающие
• сплавы

МАШИНЫ, МЕХАНИЗМЫ, ОСВОЕНИЕ ОКЕАНА,ВОЗДУШНОГО ПРОСТРАНСТВА И КОСМОСА

• оборудование по производству полупроводников
• домашний робот (исключая робота-медсестру)
• искусственный плавучий остров
• тоннели на морском дне
• SST следующего поколения
• запуск космических спутников

ТРАНСПОРТ И БЫТ

• электромобиль
• автомобиль на топливной батарее
• автомобиль на природном газе
• автомобиль с двигателем прямого выхлопа

ITS БИОТЕХНОЛОГИЯ, МЕДИЦИНА, СОЦИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

• домашняя медицинская техника и системы
• дистанционная медицинская техника и системы
• генная диагностика
• сельскохозяйственная продукция с рекомбинантными генами
• готовые продукты питания с рекомбинантными генами
• клонированный домашний скот

ЭНЕРГЕТИКА И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА

• предприятия и системы по ликвидации NOx, SOx
• топливная батарея на основе разложения твердых материалов
• солнечные аморфосные батарейки
• газовые турбины с высоким КПД
• малогабаритные цифровые видеокамеры
• бытовые диагностические аппараты

MRI

• воздушно-цинковые аккумуляторы
• игровые компьютерные программы
• цифровые трансляции надземными электроволнами
• армированные стекловолоконные пластики
• краски и клеи с малым воздействием
• на окружающую среду
• малогабаритный мощный монитор
• “умные” системы
• лекарство от рака
• лекарство от аллергии

—

Автор: Prof.William Zadorsky, Ukrainian State University of Chemical Engineering, опубликовано на сайте Института Эволюционной Экономики

В тему:

• Боевые роботы против прав человека: этичность автоматического убийства обсудит ООН
• В будущем за нами будут следить сверхтщательно
• Битвы Великой технологической: как в современном мире сражаются за мировое господство
• Цифровой мир — тотальный контроль и никакой приватности
• Каким будет следующий этап эволюции человека?