więc inteligentny ognisty miecz, którego zadaniem będzie przeczesanie mediów społecznościowych i znalezienie osób, których pasją jest fantasy, kryptografia, projektowanie gier oraz mających inne kwalifikacje, które będą nam potrzebne. Znajdujemy Johna Smitha, który wydaje się idealnym kandydatem, ale akurat jest na wakacjach na Bahamach. Spaceruje po plaży z inteligentnymi okularami na nosie, które w miarę jak się przemieszcza, pokazują mu jej historię. Nagle, wydawałoby się znikąd, potężny ognisty miecz spada z nieba i wbija się w piasek tuż pod stopami Johna. Próbuje go wyciągnąć, ale miecz ani drgnie. Rękojeść zaczyna migotać – pojawia się na niej 16 cyfr, które po chwili zanikają. John, który dobrze zna się na kryptografii, zdaje sobie sprawę, że cyfry są tak naprawdę zagadką. Rozwiązuje ją, głośno wypowiada odpowiedź i dopiero teraz może wyciągnąć miecz z piasku. Kiedy to robi, miecz zamienia się w małego różowego smoka, który mówi mu, że jest kandydatem na stanowisko projektanta gier w Microsofcie, i pyta, czy jest zainteresowany ubieganiem się o tę pracę.
Moglibyśmy ciągnąć tę historię dalej. Obiekty inteligentne nie tylko służą jako most pomiędzy światami, ale również poddają ten świat gamifikacji. Łańcuch bloków to technologia rodem z fantastyki naukowej, która stała się naukowym faktem. Inteligentne obiekty, jak się wydaje, odwracają ten proces, zamieniając naszą zwykłą rzeczywistość w fantastykę naukową.
Badania materiałowe i nanotechnologia
W 1870 roku Thomas Edison miał problem z zakresu „badań materiałowych”. W tym czasie badacze odkryli już, że przepływ prądu elektrycznego przez niektóre metale rozgrzewa je tak mocno, że stają się białe i zaczynają emitować światło. Edison zdał sobie sprawę z tego, że gdyby znalazł odpowiedni materiał – taki, który cechowałby się minimalnymi stratami cieplnymi, zużywał niewiele mocy, a równocześnie był wystarczająco wytrzymały na działanie prądu elektrycznego – mógłby stworzyć pierwszą elektryczną żarówkę.
Te poszukiwania zajęły jednak nieco czasu.
Mając za przewodnika jedynie swoją intuicję, Edison spędził ponad 14 miesięcy na testowaniu przeszło 1600 materiałów i w końcu zdecydował się na włókno bawełniane pokryte węglem, które było w stanie świecić przez 14,5 godziny. Kilka lat później ulepszył to rozwiązanie. Używając pokrytego węglem włókna bambusowego, skonstruował żarówkę o trwałości 1200 godzin. W 1904 roku dały o sobie znać mechanizmy rynkowe i do gry włączyli się inni innowatorzy. Efektem ich poszukiwań były żarniki wykonane z wolframu mające większą trwałość i dające znacznie jaśniejsze światło – co znaczy, że 1600 intuicyjnych eksperymentów przeprowadzonych przez Edisona przyniosło suboptymalne rozwiązanie, które w ciągu kilku dekad zostało porzucone.
Dzisiaj inżynierowie nie muszą przeprowadzać testów na stanowiskach badawczych i są w stanie uniknąć pułapek suboptymalizacji. Korzystając z chipów krzemowych, a nie z próbówek, i wirtualnie sprawdzając nowe materiały, badacze mogą w ciągu godzin wykonać pracę, która kiedyś zajmowała miesiące, a nawet lata. Mówiąc inaczej, jesteśmy w trakcie rewolucji w badaniach materiałowych.
Badania materiałowe, jak wskazuje nazwa, to dziedzina nauki skupiona na odkrywaniu i rozwijaniu nowych materiałów. Wyrasta ona zarówno z fizyki, jak i z chemii, traktując układ okresowy pierwiastków jak sklep spożywczy, a prawa fizyki jak książkę kucharską. Niestety, w związku z tym, że pierwiastków jest sporo, a prawa dość skomplikowane, badania materiałowe nie rozwijały się zbyt szybko. Na przykład baterie litowo-jonowe, które zasilają dzisiaj wszystko, od smartfonów do pojazdów autonomicznych, zostały po raz pierwszy wprowadzone jeszcze w latach 70. ubiegłego wieku, jednak aż do lat 90. nie trafiły na rynek. Dopiero kilka lat temu osiągnęły swoją dojrzałą postać. Dla prezydenta Baracka Obamy takie tempo rozwoju produktu było jednak zbyt wolne.
W czerwcu 2011 roku na Uniwersytecie Carnegie Mellon prezydent Obama ogłosił powstanie Materials Genome Initiative – ogólnokrajowego programu mającego na celu wykorzystanie metod open source i sztucznej inteligencji do dwukrotnego przyspieszenia tempa innowacji w badaniach materiałowych. Obama uważał, że to przyspieszenie będzie miało zasadnicze znaczenie dla globalnej konkurencyjności Stanów Zjednoczonych i będzie kluczem do poradzenia sobie z istotnymi wyzwaniami w obszarach czystej energii, bezpieczeństwa narodowego i dobrobytu obywateli.
I udało się.
Dzięki wykorzystaniu sztucznej inteligencji do mapowania setek milionów możliwych kombinacji pierwiastków – wodoru, boru, litu, węgla i innych – finalnym efektem inicjatywy Obamy jest obszerna baza danych, która daje naukowcom możliwość – używając muzycznej metafory – grania jazzowych improwizacji na układzie okresowym pierwiastków. „W ciągu kilku ostatnich lat” – wyjaśnił specjalista w zakresie badań materiałowych Jeff Carbeck, szef Działu Materiałów Zaawansowanych w Deloitte Consulting – „byliśmy w stanie użyć 10 tysięcy materiałów, których właściwości rozumiemy, i z pomocą komputerów o dużej mocy obliczeniowej oraz mechaniki kwantowej zacząć przewidywać właściwości nowych materiałów, które jeszcze nie istnieją. [Za kilka lat] kiedy będziemy potrzebować na przykład implantu kolana nowej generacji, sztuczna inteligencja użyje tej bazy danych, żeby sprawdzić wszystkie dostępne materiały i wybrać te, które będą najbezpieczniejsze i najbardziej niezawodne”.
Dzięki inicjatywie Obamy dysponujemy dzisiaj nową mapą fizycznego świata. Pozwala ona naukowcom łączyć substancje szybciej niż kiedykolwiek wcześniej i tworzyć nowe, których wcześniej nie znaliśmy. Szeroki wybór nowych narzędzi wytwórczych dodatkowo wzmacnia ten proces, pozwalając nam operować w niespotykanej wcześniej skali i całkowicie nowych wielkościach, łącznie ze skalą atomową, w której zaczęliśmy tworzyć substancje atom po atomie. Te narzędzia pomogły nam w stworzeniu metamateriałów używanych w kompozytach z włókien węglowych, dzięki którym powstają pojazdy o coraz mniejszej masie, zaawansowane stopy metali przeznaczone do produkcji bardziej wytrzymałych silników odrzutowych i biomateriały mogące zastąpić ludzkie stawy. Jesteśmy również świadkami przełomu w magazynowaniu energii elektrycznej i informatyce kwantowej. W robotyce nowe materiały pomagają nam w tworzeniu sztucznych mięśni potrzebnych humanoidom, miękkim robotom – wyobraźmy sobie Westworld w naszym świecie.
Lepsze materiały oznaczają również lepsze urządzenia. „Gdybyśmy chcieli cofnąć się do 1980 roku i wyprodukować odpowiednik dzisiejszego smartfona” – wyjaśnia Omkaram Nalamasu, dyrektor do spraw technologii w spółce Applied Materials – „kosztowałby on mniej więcej 110 milionów dolarów, miał wysokość 14 metrów i wymagał około 200 kilowatów energii… na tym właśnie polega siła postępu w badaniach materiałowych”.
Najważniejszą historią w badaniach materiałowych może być ta, która dotyczy energii słonecznej. Dzisiaj sprawność konwersji przeciętnego panelu solarnego – miara tego, jak dużo pochłoniętego światła słonecznego może zostać zamienione na energię elektryczną – wynosi około 16 procent, a koszt jej pozyskania to 3 dolary za wat. Perowskit, światłoczuły kryształ i jeden z naszych najnowszych nowych materiałów, ma potencjał podniesienia tego współczynnika do 66 procent, co oznacza dwukrotny wzrost w stosunku do tego, co teoretycznie można by wykrzesać z paneli krzemowych. Składniki perowskitu występują powszechnie, a połączenie ich w jedną całość nie jest drogie. Wszystkie te czynniki decydują o osiągnięciu ostatecznego efektu – taniej energii słonecznej dla wszystkich.
Najbardziej zaawansowany obszar badań materiałowych to nanotechnologia. To tutaj manipulowanie materią odbywa się w skali
