Dank kleiner technischer Innovationen und einiger bedeutender Fortschritte können Sie diesen Artikel auf jedem Gerät lesen. Erfindungen waren schon immer die treibende Kraft hinter der gesellschaftlichen Entwicklung. Wir alle kennen die großen Erfindungen der Vergangenheit, die uns zu unserem heutigen Standpunkt geführt haben, aber hier sind zehn weniger bekannte moderne Erfindungen, die die Zukunft maßgeblich beeinflussen werden.
1. Implantate, die mit Ihnen mitwachsen können.
Durch chirurgische Implantate, die mitwachsen können, lassen sich die zahlreichen Operationen vermeiden, die ein Kind sonst zur Reparatur und zum Austausch vorhandener Implantate über sich ergehen lassen müsste.
Medizinische Implantate sind unerlässlich, um Defekte oder Funktionsstörungen innerer Organe zu beheben. Die Implantation bei Kindern ist jedoch oft sehr komplex, da Implantate mit fester Größe auch während des Wachstums des Kindes funktionsfähig bleiben können. Dies führt dazu, dass Kinder im Laufe ihrer Kindheit zahlreiche Operationen benötigen, um die Implantate zu reparieren oder zu ersetzen.
Um dieses Problem zu lösen, entwickelten Forscher des Boston Children’s Hospital eine Erfindung, die es ermöglicht, dass Implantate mit dem Kind mitwachsen. Dadurch reduziert sich die Anzahl der notwendigen Operationen. Das Design des Implantats wurde von der gewebten, dehnbaren chinesischen «Fingerfalle» inspiriert. Die Struktur besteht aus zwei Komponenten: einem biologisch abbaubaren Biopolymerkern und einer gewebten, röhrenförmigen Hülle, die sich unter dem Zug des wachsenden Gewebes dehnt.
Mit dem Abbau des inneren Biopolymers im Laufe der Zeit dünnt sich die geflochtene Röhrenhülle aus und verlängert sich entsprechend dem Gewebewachstum. Das Polymer besteht aus körpereigenen Komponenten, und sein Abbau wird so gesteuert, dass er über einen bestimmten Zeitraum vorhersehbar verläuft. Variable Abbaugeschwindigkeiten lassen sich durch Variation der Kernzusammensetzung erzielen.
Diese Erfindung könnte sich als äußerst nützlich für die Verbesserung von Herzklappenoperationen bei Kindern erweisen. Sie lässt sich auch für andere klinische Anwendungen anpassen, bei denen diese Struktur aktiv zur Wachstumsstimulation als Gewebegerüst eingesetzt werden könnte. (Quelle)
2. Niederdruck-Solartropfbewässerungssysteme.
Die Tropfbewässerung, bereits eine kostengünstige Methode, kann für netzferne Landwirte durch die Nutzung von Solarenergie besonders vorteilhaft sein. Darüber hinaus lassen sich durch den Einsatz von Niederdruck-Tropfern der Gesamtenergieverbrauch und die Investitionskosten für ein autarkes Tropfbewässerungssystem reduzieren.
In Gebieten mit Wasserknappheit in der Landwirtschaft ist die Tropfbewässerung äußerst nützlich. Dabei wird ein langer, dünner Schlauch über das gesamte Feld verlegt. Der Schlauch enthält Tropfer, die das Wasser direkt an die Pflanzenbasis abgeben. Wassermenge und Bewässerungsdauer lassen sich an den Bedarf der jeweiligen Kulturpflanze anpassen.
Dieses Verfahren reduziert den gesamten Wasserverbrauch in der Landwirtschaft um 601 TP3T und erhöht die Ernteerträge um 901 TP3T. Trotz der erheblichen Vorteile dieser Technologie verhindern die hohen Anfangskosten und der Mangel an Strom zum Pumpen des Wassers ihre breitere Anwendung.
Um dieses Problem zu lösen, optimierten Ingenieure des MIT die Tropferkonstruktion durch eine Anpassung der Abmessungen. Der optimierte Tropfer fördert die gleiche Wassermenge mit einem siebenmal geringeren Druck als herkömmliche Tropfer. Dieser niedrigere Druck erfordert weniger Energie und ermöglicht den Betrieb mit einer kleineren, kostengünstigeren Pumpe. Durch diese Kostenreduzierung könnten solarbetriebene Systeme auch für Landwirte mit kleineren Anbauflächen erschwinglich werden.
Angesichts steigender Kraftstoffpreise und drohender Brennstoffknappheit kann der Umstieg auf Solarenergie die Belastung durch regelmäßige Heizkosten verringern und Menschen ohne Stromanschluss mit Strom versorgen. Zudem kann er dazu beitragen, die Belastung des Stromnetzes durch Landwirte mit elektrischen Pumpen zu reduzieren. Ein solarbetriebenes Niederdruck-Tropfbewässerungssystem kann somit die Erträge und Einkommen der Landwirte steigern und ihnen helfen, den Teufelskreis der Armut zu durchbrechen. (1, 2, 3)
3. Gedruckte Abbildungen von menschlicher Haut und Organen
Es hat sich gezeigt, dass 3D-gedruckte menschliche Haut und Organe die Wundheilung fördern und beschädigte Organe ersetzen können. Dieses nicht-invasive Verfahren verspricht die Herstellung von Organen direkt vor Ort ohne Operation.
Die Vorstellung von gedruckter menschlicher Haut und Organen mag uns heute noch unvorstellbar erscheinen, ist aber bereits Realität! Ja, 3D-Biodrucker gibt es schon seit einiger Zeit, und sie sind in der Lage, komplexe Strukturen zu erzeugen. Anders als herkömmliche Laserdrucker, die mit farbiger Tinte arbeiten, verwenden Biodrucker Bio-Tinte aus lebenden menschlichen Zellen. Wird diese Bio-Tinte subkutan in eine Wunde injiziert, interagieren die Zellen in der Bio-Tinte und bilden innerhalb weniger Wochen biologisch relevante Gefäßstrukturen.
Nach der nicht-invasiven Injektion der Bio-Tinte unter die Haut durchdringt Nahinfrarotlicht einen digitalen Chip, der individuell angepasste Anweisungen zur Herstellung der Bio-Tinte enthält. Während das Licht den Chip durchdringt, erfasst es die Anweisungen und leitet sie tief in die Haut an die darunterliegende Bio-Tinte weiter.
Nach der Injektion transformiert sich die Bio-Tinte unter der Haut und nimmt eine bestimmte Form an. Obwohl sich diese Erfindung noch in einem frühen Entwicklungsstadium befindet, hat sie das Potenzial, ganze Organe zu formen und sogar das Wachstum von Hauttransplantaten für Brandopfer und Krebspatienten zu unterstützen. (1, 2, 3)
4. Lithium-Schwefel-Batterien
Lithium-Schwefel-Batterien stellen aufgrund ihrer geringen Kosten, ihrer Ungiftigkeit und ihrer extrem hohen Energiedichte eine neue Generation von Energiespeichern dar.
Batterien haben im Laufe der Jahre eine entscheidende Rolle in der technologischen Entwicklung gespielt. Ohne sie gäbe es keine Mobiltelefone und andere tragbare Geräte. Obwohl es viele verschiedene Batterietypen gibt, ist die Lithium-Ionen-Batterie (Li-Ion) die einzige wiederaufladbare Batterie, die sich einfach herstellen und in großem Maßstab produzieren lässt. In letzter Zeit sind jedoch weitere Batterietypen wie beispielsweise Lithium-Schwefel-Batterien auf den Markt gekommen.
Lithium-Schwefel-Batterien besitzen eine höhere theoretische Energiedichte, d. h. sie können deutlich mehr Energie speichern und abgeben als Alternativen. Sie bergen großes Potenzial und könnten, sobald sie kommerziell verfügbar sind, die bestehenden Lithium-Ionen-Batterien aufgrund ihrer höheren Energiedichte und der geringeren Kosten – dank der guten Verfügbarkeit von Schwefel – erfolgreich ersetzen.
Obwohl es ein kleines Problem mit dem Polysulfid-Transfer-Effekt gab, der die Batterielebensdauer verkürzte, wurde dieses Problem behoben und die Unternehmen begannen, das Produkt zu vermarkten. (Quelle)
5. Intelligente Bausteine
Zukünftig könnten energiesparende «intelligente Ziegelsteine» die Wände unserer Häuser in Batterien verwandeln.
Ziegelsteine sind ein vielseitiger Baustoff, der zum Bau von Gebäuden verwendet wird. Doch das war bisher auch schon alles. Was aber, wenn man diese Ziegelsteine so verbessern könnte, dass sie zusätzliche Vorteile bieten? Genau das haben Forscher getan. Sie entdeckten, dass Ziegelbauten viel mehr Potenzial haben, als nur als Wände unserer Häuser zu dienen. Dank ihrer porösen Struktur und ihres robusten Materials lassen sich gewöhnliche Ziegelsteine in «intelligente» Ziegelsteine verwandeln, die Energie speichern und verschiedene Geräte im Haus mit Strom versorgen können.
Um die Ziegelsteine elektrisch speicherbar zu machen, wurden verschiedene Gase in ihre Poren eingeleitet. Diese Gase reagieren mit den chemischen Bestandteilen der Ziegel und bilden ein Netzwerk aus Kunststoff-Nanofasern namens PEDOT, die gute elektrische Leiter sind. Dadurch nehmen die Ziegelsteine eine dunkelblaue statt ihrer üblichen roten Farbe an. Mit diesen Ziegelsteinen lassen sich Sensoren und kleine LED-Lampen betreiben.
Es bedarf jedoch weiterer Entwicklungen, um sicherzustellen, dass diese Einheiten Energie über lange Zeiträume speichern können, ähnlich wie Lithium-Ionen-Akkus, und genügend Leistung liefern, um einen Laptop aufzuladen. Sobald diese Technologie kommerziell verfügbar ist, könnten die Wände unserer Häuser erneuerbare Energie speichern, wie Batterien. (Quelle)