Артём Оганов. Как ученые создают новые материалы?

• Создание материала, который будет стойким и вечным, как краска.  

• Использование таких материалов для получения электричества.  

• История цивилизации связана с умением использовать материалы.  

• Артем Оганов, доктор физико-математических наук, профессор Сколтеха и Тони Брукского университета.  

• Три самые масштабные задачи на ближайшее десятилетие: комнатная сверхпроводимость, новые аккумуляторы и материалы для солнечной энергетики.  

• Люди начали создавать искусственные материалы еще в каменном веке.  

• Бронзовый век стал переломной точкой в истории человечества благодаря изобретению бронзы.  

• Бронза позволила увеличить производительность труда и использовать орудия дольше.  

• Чаша Ликурга: расшифрована в конце XX века, содержит наночастицы золота и серебра.  

• Дамасская сталь: технология расшифрована, но не полностью.  

• Китайский фарфор: секрет расшифрован в середине XX века, глина вымачивалась в моче.  

• Примеры материалов, которые изначально создавались для одного, а прославились в другом.  

• Ученый сродни детективу, всегда есть доля случайности в открытиях.  

• Нобелевская премия за графен: открытие случайно, но привело к новому направлению науки.  

• Нанотехнологии оправдали ожидания, но требуют готовности.  

• Примеры древних нанотехнологий: чаша Ликурга.  

• Современные применения: самомоющиеся окна, лечение рака с помощью наночастиц.  

• Наночастицы могут целенаправленно воздействовать на раковые клетки.  

• Наноматериалы имеют уникальные свойства, зависящие от размера частиц.  

• Примеры: наночастицы золота могут менять цвет в зависимости от размера.  

• Двумерные материалы, такие как графен, привлекают внимание ученых.  

• Важно критически оценивать работы в этой области.  

• Переход от двумерных к многослойным материалам пока не дал значительных результатов.  

• Прозрачные материалы, такие как алюминий и древесина, становятся реальностью.  

• Прозрачную древесину можно создать в домашних условиях.  

• Это открывает новые возможности для создания полупрозрачных и прозрачных конструкций.  

• Нейроморфные компьютеры работают по принципам человеческого мозга.  

• Они потребляют меньше энергии, чем современные компьютеры.  

• Материалы для таких компьютеров должны быть умными и менять свои свойства при небольшом воздействии.  

• Квантовые компьютеры требуют сверхпроводимости при комнатной температуре.  

• Достижения в этой области включают сверхпроводимость при высоких давлениях.  

• Некоторые работы в этой области вызывают сомнения и могут быть ошибочными.  

• Модель искусственного интеллекта позволяет предсказывать свойства будущих веществ.  

• Это открытие считается значимым и может привести к новой технической революции.  

• Пример: предсказание кристаллической структуры нитритбора, что вызвало удивление и интерес у коллег.  

• В модных областях науки часто публикуются бессмысленные работы.  

• Пример: доклад физика, который Пауль назвал "неправильным, но не неправильным".  

• В таких областях много бессмысленных публикаций.  

• Искусственный интеллект анализирует возможные соединения атомов.  

• Цель - найти самую устойчивую кристаллическую структуру.  

• Эволюционный подход: создание популяции структур, которые соревнуются и создают "детей".  

• Машинное обучение позволяет быстро найти оптимальный вариант.  

• Квантовая механика может предсказать свойства вещества, но не все возможные варианты.  

• Машинное обучение помогает найти правильный вариант среди множества возможных.  

• Модель может находить соединения, которые не вписываются в химическую интуицию.  

• Пример: натрий-два-хлор, который возникает под давлением.  

• Такие соединения могут иметь важные свойства и роль в природе.  

• Фундаментальная физика накладывает ограничения, например, скорость света.  

• В других случаях ограничений нет, например, твердость алмаза.  

• История науки показывает, что материалы с уникальными свойствами могут существовать.  

• Теории всегда основаны на упрощениях и моделях.  

• Конечный судья - эксперимент.  

• Теория может упростить жизнь экспериментатора, ускоряя создание новых материалов.  

• Разработка нового антибиотика стоит около двух миллиардов долларов.  

• Создание нового сорта пшеницы - полмиллиарда долларов.  

• Стоимость открытия новых материалов может быть очень высокой и варьироваться в зависимости от сложности задачи.  

• Создание материала тверже алмаза невозможно, поэтому его стоимость бесконечна.  

• Некоторые материалы, такие как новый сорт бетона, можно создать легко.  

• Прогнозирование свойств материалов и их применение в будущем.  

• Материалы играют ключевую роль в современных технологиях, таких как смартфоны.  

• Примеры улучшений: экраны, которые не трескаются и не царапаются, и аккумуляторы, которые дольше держат заряд.  

• Алмаз может помочь в охлаждении смартфонов.  

• Возможность вшивания смартфонов в одежду и создания электронных тканей.  

• Сенсоры в одежде для удаленного мониторинга здоровья.  

• Увеличение числа измерений, доступных носимой электронике, для диагностики заболеваний.  

• Термоэлектрики преобразуют тепло в электроэнергию.  

• Проблемы с низким КПД термоэлектрических приборов.  

• Возможность использования термоэлектриков для зарядки устройств, таких как часы.  

• Нейроморфные компьютеры могут быть энергоэффективными.  

• Ограничения связаны с материалами и идеями.  

• Примеры из прошлого, такие как компакт-диски, показывают, как технологии могут быстро развиваться.  

• Самовосстанавливающийся бетон и другие живые материалы.  

• Водоросли и другие организмы могут концентрировать редкие элементы.  

• Возможность генетической модификации организмов для добычи полезных ископаемых.  

• Аэрогель - материал с плотностью, сопоставимой с плотностью газов.  

• Используется для изоляции от жары и холода.  

• Примеры материалов с различными стенками, такими как диоксид кремния и углерод.  

• Аэрогели состоят из дырок, что делает их легкими и плотными.  

• Они могут плавать в тяжелых газах и обладают термоизоляционными свойствами.  

• Кремнеземные аэрогели могут использоваться для создания окон, поглощающих инфракрасное излучение.  

• Материалы, такие как сульфат бария, могут охлаждать дома без кондиционера.  

• Они пропускают инфракрасное излучение, что снижает температуру в помещении.  

• Эти материалы могут значительно снизить энергозатраты и улучшить энергосбережение.  

• Биоразлагаемый пластик необходим для планеты, но его создание сложно.  

• Человеческая пищеварительная система не может переваривать целлюлозу, в отличие от крахмала.  

• Для переработки пластика нужны микроорганизмы, которые могут его усваивать.  

• Современные технологии значительно опережают древние.  

• Человечество вступает в эпоху сингулярности, что может привести к большим потрясениям.  

• Важно сохранять баланс между скоростью изменений и личной жизнью.  

• Ученые должны иметь возможность работать в комфортных условиях.  

• Примеры лорда Релея и Генри Кавендиша показывают важность близости лаборатории.  

• Современные ученые должны учиться у своих предшественников для повышения эффективности.  

• Ученый должен быть готов к постоянному обучению и развитию.  

• Надежда на будущее с новыми материалами и технологиями.  

• Благодарность зрителям за внимание и поддержку.