Hvad er ESOF?

ESOF (EuroScience Open Forum) er grundlagt af Euroscience, som er en slags lobby-græsrodsorganisation til støtte for europæisk teknologi og videnskab. Medlemmerne er individer, der er interesseret i et “scientific Europe”, og medlemmerne tæller derfor både forskere og deres institutioner, politisk interesserede, industrier og offentligheden.

Euroscience blev grundlagt i 1997 ”af medlemmer af Europas forskningssamfund”, bl.a. for at støtte båndene mellem videnskaben og samfundet, og generelt fremme europæisk forskningspolitik.

ESOF (EuroScience Open Forum) har til formål at bringe forskere, erhvervsliv og politikere sammen til diskussioner. Det afholdes hvert andet år i en europæisk universitetsby:

•2004: Stockholm

•2006: München

•2008: Barcelona

•2010: Torino

•2012: Dublin

•2014: København

•2016: Manchester

Hvad er bladet Technologist?

Technologist er et tidsskrift om især europæisk teknologisk forskning. Bladet kalder sig "The European science magazine", og udgives af "EuroTech Universities", som er et samarbejde mellem DTU og 3 andre europæiske teknologi-universiteter (i Eindhoven/Holland, Lausanne/Schweiz og München/Tyskland).

Mange af artiklerne i Technologist er korte noter. Der er en del interviews i Technologist, men også artikler om f.eks. skifergas og andre aktuelle emner. Desuden kan man på websiden Technologist.eu tjekke om der kommer interaktive, debatsøgende artikler, som man har lovet. Pris for Technologist: 283 kr for 8 numre over 2 år (2014-2015).

Skifergas: Må man bryde skifergas i Danmark?

Den 25. juni 2014 godkendte Frederikshavns Byråd i Vendsyssel, Nordjylland, med 27 stemmer for og 4 imod, at det franske energiselskab Total må igangsætte en 4 km dyb prøveboring efter skifergas på landejendommen Ovnstrupvej 6, (nordvest for) 9352 Dybvad.

Vendsyssel og Nordsjælland er af et samlet Folketing, med undtagelse af Enhedslisten, blevet udlagt til prøveboringer for skifergas. Efter at man har lavet prøveboringen i Dybvad vil diskussionen om man skal tillade skifergas-prøveboringer komme til Hillerød, Gribskov, Frederiksværk eller Frederikssund.

Skifergas: Hvad får lokalsamfundet ud af det, hvis der indvindes skifergas på stedet?

Frederikshavns kommune har brugt 1000 mandtimer på myndighedsbehandlinger af ansøgningen om prøveboring efter skifergas i kommunen, men forventer egentlig ikke økonomiske fordele eller ret mange arbejdspladser (det er landets mest forgældede kommune), og det vil i givet fald være staten, der kan tjene på en udvinding. Ironisk nok besluttede Frederikshavns kommune i 2007 en målsætning om at blive en vedvarende-energi-kommune, og altså fri for fossil energi.

Skifergas: Hvordan har beslutningsgangen om skifergas været i Danmark?

Det kritiseres, at der ikke har været nogen debat om, hvorvidt man overhovedet vil have skifergas i Danmark. I 2010 godkendte Folketinget prøveboringer efter skifergas, men i Folketingets godkendelse i 2010 af prøveboringer nævntes ordet "skifergas" faktisk ikke, kun "naturgas". Kritikerne kalder beslutningsprocessen for en glidebane, hvor delbeslutninger tages efter salamiprincippet. Det franske Total, der foretager prøveboringer i Danmark, kan ikke lave prøveboringer i Frankrig, hvor en atomlobby har fremtvunget et forbud mod skifergas-boringer, siger man.

Skifergas: Hvor mange boringer efter skifergas kan man forvente i Danmark?

Hvis man skal udvinde al det skifergas, som man kan udvinde på land i Danmark, vil man skulle lave 9000 boringer i Danmark (kilde).

Skifergas: Hvor energikrævende er det at udvinde skifergas?

Spørgsmålet er ikke besvaret her, men: Det er meget energikrævende at få gassen op, og udvinding vil derfor ske som stordrift af økonomiske grunde.

Skifergas: Har det betydning for Europa, hvilken beslutning Danmark gør om udvinding af skifergas?

Kritikerne mener, at det vil være vigtigt for Europas generelle indstilling til skifergas, hvad man gør i Danmark. Netop i Danmark har man verdens reneste grundvand, som urenset kan bruges som drikkevand, og netop i Danmark plejer man at være meget optaget af miljøforhold.

Skifergas: Kan udvinding af skifergas også medføre fund af olie?

Eftersøgning og udnyttelse af skifergas vil medføre fund af skiferolie, og kan derved tilføje skønsmæssigt 11% til de konventionelle reserver af olie (kilde 10882 ref.18).

Skifergas: Hvilke lande har skifergas i undergrunden?

De største reserver af skifergas og skiferolie er i Nordamerika, det tidligere Sovjetunionen, Asien og Sydamerika. I 2014 udvindes kun skifergas i USA og Canada (samt lidt i Kina, men det antages at verdens største lagre af skifergas måske er i Kina) (kilde).

Skifergas: Hvor meget skifergas udvindes i USA?

I 2000 udgjorde skifergas 1% af naturgasproduktionen i USA, i 2010 var det over 20% og i 2035 forventes det at være 46% (kilde).

Skifergas: Hvordan er skifergas blevet dannet i undergrunden?

Skifergas ligger i oprindeligt-olieholdige lag, hvor høj temperatur og højt tryk har omdannet olien til gas.

Skifergas: Hvordan udvinder man skifergas fra undergrunden?

For at kunne få gassen op, må man bore ned i flere kilometers dybde, og derefter vandret (op til 3 km) ind i klippen. Derefter må man pumpe vand og kemikalier ned ved højt tryk for at frigøre gas fra klippen. Dette kaldes “fracking” og medfører små revner på under 1 mm i klippen, hvorved gassen kan sive ud. Nedpumpede sandkorn eller aluminiumoxid holder de små revner åbne.

Skifergas: Hvor store er skifergas-resourcerne i USA?

Man anslår, at USA har uddrivelige gasressourcer i skifer på 10 – 45.000.000.000.000 m3 (kilde 10884). Udnyttelsen af dette fossile brændsel har sat USA på vej til energiuafhængighed, og understøtter nu omkring 1 million arbejdspladser og har reduceret de indenlandske gaspriser. Det vurderes, at det bidrager til 76 milliarder dollar til bruttonationalproduktet (BNP) i USA (kilde).

Skifergas: Hvor store er skifergas-resourcerne i Europa (Polen, Frankrig, Storbritannien, Danmark, Holland, Tyskland, Spanien, Bulgarien, Rumænien)?

Europa har måske 2 – 18.000.000.000.000 m3 uddrivelige gasressourcer i skiferlag.

Polen og Frankrig synes at have de største reserver af skifergas i Europa. Tallene er dog meget usikre. Tidlige estimater for Polen var 5300 milliarder m3, men senere skøn er kun 10% af dette tal, fordi gasselskaber nu anslår, at mindre end 15% af Polands 4200 milliarder m3 skifergas kan udnyttes (kilde 10884).

På den anden side kan Storbritannien måske have meget mere skifergasreserver end de oprindeligt vurderede 700 milliarder m3 – måske mere end 9000 milliarder m3 ifølge en meddelelse fra boreselskabet Cuadrilla fra marts 2014. Det ville være nok til at opfylde Storbritanniens behov for energi i næsten et århundrede.

Energiselskabet IGas udfører undersøgelses-boringer ved Barton Moss i udkanten af Manchester, England, for at teste, om de porøse, skiferholdige lag her indeholder gas.

Frankrig har måske 3900 milliarder m3, Danmark 900 milliarder m3, Holland 700 milliarder m3, Tyskland 500 milliarder m3, Spanien 200 milliarder m3, Bulgarien 500 milliarder m3 og Rumænien 1400 milliarder m3 skifergas. Hvis Europa har 18×1012 m3 skifergas, og hvis Amerikas har 24×1012 m3, vil det være sammenligneligt, men geologien er mere kompliceret i Europa, og boringer koster 3½ gange mere end i USA (kilde 10882).

Skifergas: Hvor meget gas-energi kan skaffes fra skifergas i forhold til de kendte naturgasreserver?

Anvendelse af skifergas kan øge verdens udokumenterede gas­reserver med 50% ifølge en amerikansk regeringsrapport fra 2013 (kilde).

Skifergas: Kan udvinding af skifergas forurene grundvandet?

Danmark har verdens reneste grundvand, som urenset kan bruges som drikkevand. Fracking kan medføre forurening af grundvand med dets cocktail af kemikalier, der pumpes ind i klippen, herunder smøremidler, antirust-midler og antimikrobielle stoffer, der findes i fracking-væsken. Til skifergas-uddrivelsesvæsker har man tilsat mere end 1000 kemiske tilsætningsstoffer, – nogle er kræftfremkaldende (benzen, methanol) eller farlige for miljøet. Mange tilsætningsstoffer holdes hemmelige af kommercielle årsager. Disse stoffer bruges i koncentrationer på tilsammen op til 1% af den nedpumpede væske. De forurenede affaldsvæsker oplagres på jordoverfladen i midlertidige reservoirer og kan undslippe til overfladevand. Væskerne kan ikke behandles i alm. rensningsanlæg [men de kan tilbageinjiceres i dybe, underjordiske hulrum til permanent lagring (men med langsigtede risici for at udløse jordskælv) – eller de kan bruges til fracking i andre skifergasbrønde]. Omkring halvdelen (10% til 70%; (kilde 10884)) af den injicerede fracking­væske kommer tilbage til overfladen, og ingen ved, hvad der sker med resten. [Det hævdes, at reglerne for kemiske produkter i EU er strengere end i USA, og det hævdes også, at der ikke er noget bevis for forurening som følge af vandring af væsker fra dybe underjordiske lag (skeptiske eksperter siger, at problemet ikke kun er injiceret vand, der kommer tilbage til jordoverfladen, men også at underjordiske forureninger frigives og stiger med vandet op til overfladen, såsom kulbrinter og tungmetaller)]. Eksplosioner i skifergas-miner kan få grundvand til at sive til lavere lag eller føre tungmetalforurening frem til andre vandførende lag.

Skifergas: Kan udvinding af skifergas forårsage jordskælv?

Fracking kan forårsage jordskælv og hyppigheden af seismiske hændelser er steget i boreområderne. [Dog har fracking kun være forbundet med meget svag seismisk aktivitet, under 3 på Richter-skalaen. Men større jordskælv over 4 på Richter-skalaen kan tænkes at blive udløst ved at injicere brugte skifergasudvindings-affaldsvæsker under højt tryk ned i undergrunden med henblik på langsigtet underjordisk lagring]. (kilde 10884 art.31).

Skifergas: Kan udvinding af skifergas forurene med radioaktivitet?

Fracking kan medføre radioaktivitet, da vand, der vender tilbage fra klipper dybt under jorden, kan bære radioaktive isotoper fra klippen op til overfladen. Et studie fandt 200 gange forøget radioaktivitet i vandløb nær skifergas-produktion i Pennsylvania (kilde). Men det bør være muligt at rense disse spormængder af radioaktive kemikalier, mener fortalerne.

Skifergas: Kan udvinding af skifergas forurene atmosfæren med methan?

Fracking kan forårsage, at methan lækker fra brønden. Borehullerne er foret med stål og beton for at forsøge at sikre, at intet gas kan sive ud i de omgivende bjergarter, når det stiger op gennem røret. Men i 2013 fandt forskere fra USA spor af methan i 80% af de lavvandede drikkevandsboringer tæt på frackingsteder. Så formentlig siver methan ind i drikkevandet fra defekte borehul-foringer. Dette kan dog tænkes at være let at løse teknisk, hvis man altså vælger at gøre noget ved dette problem.

Hvis fracking medfører udslip af methan betyder det, at methan siver ud i atmosfæren.

Methan er en kraftig drivhusgas. Selv om methan bliver i atmosfæren i blot 1/10 af den periode, som CO2 bliver i atmosfæren, tyder nye studier på, at drivhuseffekten (global warming potential, GWP) fra methan er 105 gange større end CO2 over en 20-årig periode og 33 gange større over en 100-årig periode (når massen af methan og massen af CO2 sammenlignes) ( kilde 10882 ref.41). Skifergas-produktion udsender mere methan end naturgas, men mindre end kulbrydning.

En nylig amerikansk undersøgelse viste, at de ældre brønde har tendens til at være meget utætte (mens nyere boringer med emission-kontrolforanstaltninger fanger 99% af denne methan). [Firmaerne insisterer på, at brønde, der er designet korrekt med stålkappe og cement, er sikre; og de argumenterer med, at gas i grundvandet også kan komme fra naturlige årsager. Det hævdes også, at meget få problemer er blevet observeret i de 500.000 skifergas-boringer, der er aktive i USA. (Union of Concerned Scientists siger, at nogle tilfælde af forurening bliver holdt skjult som følge af hemmelige forlig mellem virksomhederne og sagsøgere)].

Skifergas: Hvilken virkning har udvinding af skifergas på klimaet?

Skifergas-udvinding hæmmer bestræbelserne på at bekæmpe den globale opvarmning. Når skifergassen er udvundet, bliver den undertiden brændt af, “flared” (blusset), på stedet, fordi salg af små mængder ikke er rentabelt. I North Dakota bliver 2,5 milliarder m3 skifergas afbrændt hvert år (værdi 1300 millioner dollar).

Skifergas er methan, der er en kraftig drivhusgas, og væsentlige emissionsmængder af methan frigives i processen med udvinding og transport – mellem 1% og 9% af det ekstraherede methan tabes på denne måde (kilde 10884). Som drivhusgas er methan mindst 25 gange mere potent end kuldioxid [selv om dets carbon-fodaftryk svarer til carbon-fodaftrykket for konventionel naturgas og er bedre end kul – og USA har sænket drivhusgas-emissionen ved at anvende naturgas i stedet for kul]. Den lave pris på skifergas kan bremse bestræbelserne på at udvikle vedvarende energi og forsinke bestræbelserne på at forbedre energieffektiviteten.

Skifergas: Kan udvinding af skifergas nedsætte forurening fra kul?

I USA har øget brug af skifergas bidraget til at erstatte mere beskidt kul, som har høj CO2- udledning. Men det kul, der ikke sælges til USA, bliver bare eksporteret og brændt af andre steder – også i EU, mener kritikerne. Omvendt argumenterer tilhængerne med, at kulbrydning er meget forurenende og skaber ar i landskaberne.

Skifergas: Kan udvinding af skifergas forurene luften ved jordoverfladen med ozon?

Flygtige organiske miljøgifte kan hæve luftforureningen med ozon. Der er en stigning i åndedræts- og hjerte/kar-problemer og kræft nær borehullerne i USA. I 2009 overskred ozonniveauet i nogle landdistrikter i Wyoming de føderale grænser for ozonforurening i USA. På den anden side udsender kulkraftværker i USA 17-40 gange mere SOxog 1-17 gange mere NOx per MWh end gasproduktion gør samt forurening med flygtige stoffer og små partikler( kilde 10882 ref.77). Det antages, at luftforurening fra især kul medfører 3 mill. dødsfald årligt i verden ( kilde 10882 ref.13).

Skifergas: Hvor meget vand forbruges til prøveboring og udvinding af skifergas?

Hydraulisk fracking forbruger en enorm mængde vand, siger kritikerne. Vandmængden, som kræves i løbet af levetiden for en brønd til skifergasudvinding, er på 10 – 30.000.000 liter (kilde 10883) (lig med det årlige vandforbrug til 200 personer). Der er over 500.000 skifergasboringer i USA. Tørre områder kan blive ramt af vandmangel. [Genbrug af affaldsvandet burde kunne reducere vandforbruget, og ifølge en rapport fra Harvard Universitet er vandforbruget for at udtrække, hvad der svarer til 1 megawatttime elektricitet fra skifergas, 17 liter vand, medens det skulle være 45 liter vand for kulproduceret el og 800 liter vand for olieproduceret elektricitet (kilde 10884 art.31)] .

Skifergas: Kan udvinding af skifergas medføre støjforurening?

Fracking bringer tunge køretøjer og støj – hvilket på grund af befolkningstætheden her vil være et større problem i Europa, end det er i USA. (kilde 10884).

Skifergas: Hvad koster det at udvinde skifergas?

Det forventes, at firmaet Total vil skulle bruge hele 300 mill. kr til prøveboringen i Nordjylland. Der skal bores 4 km ned, og derefter vandret, og det er første gang, at Total skal bore så dybt. Der skal nedpumpes 10-15 mill. liter vand.

Skifergas: Er det økonomisk at udvinde skifergas i Europa?

Europa har ikke en så veletableret industri for boringer på land, som man har i USA. Sammenlignet med den amerikanske fracking ville det i Europa være meget dyrere og langsommere at etablere.

I øvrigt kan skifergas-revolutionen i USA blive kortvarig ifølge en 2013-rapport fra Post Carbon Institute i Santa Rosa, Californien. Allerede nu er produktions­omkostningerne begyndt at overgå gaspriserne. Skifergas-brønde i USA er ofte uøkonomiske i løbet af blot et par år. Det vil måske ikke være økonomisk rentabelt at udvinde de lommer af skifergas, der findes i Europa. Derimod kan skifergas-produktionen som sidevirkning medføre opdagelse af skiferolie-forekomster, som har potentiale for at udgøre op til 11 percent af verdens totale olieproduktion (kilde 10882 ref.18).

Skifergas: Har ejerforhold til jorden betydning for om der udvindes skifergas?

Europæere ejer ikke rettigheder til de mineralforekomster, der er på deres ejendom – sådan som amerikanske jordejere gør, hvilket betyder at dette giver den amerikanske jordejer et stort incitament til at tillade udvinding.

Skifergas: Er skifergas billigere end konventionel gas?

Det umiddelbare dyk i priserne i USA skyldtes en pludselig høj mængde gas, som det var svært at eksportere. På langt sigt er skifergas ikke nødvendigvis billigere end konventionel gas.

Skifergas: Hvilke lande i Europa vil udvinde skifergas?

Frankrig har indført et totalt forbud mod fracking. Bulgarien, Tjekkiet og Luxembourg ligeledes, og debatten i Tyskland om skifergas er meget negativ.

Østrig og Moldova har tilladt fracking og de fleste andre lande har boreprojekter i gang. (I Danmark startedes prøveboring i 2014 i Nordjylland).

Andre lande venter på, hvad Storbritannien gør. De har haft et moratorium, og i 2012 lavede det britiske Royal Society og Royal Academy of Engineering en rapport om skifergas. Men i december 2012 blev det et-årige moratorium på fracking i Storbritannien ophævet. I november 2013 blev der lanceret et forskningskonsortium “ReFINE” ved Durham University i Storbritannien med henblik på at undersøge bekymringerne om fracking.

Skifergas: Hvad er argumenterne mod udvinding af skifergas i Danmark?

Boringen går naturligvis gennem grundvandsførende lag. Der skal nedhældes måske 70 ton kemikalier i hullet, og der forventes affald i form af 60 ton borespåner og 140 m3 bore­mudder fra det gasholdige alunskifer, der indeholder svovlforbindelser, tungmetaller og radioaktive stoffer. Da alunskifer er uranholdigt, kan der komme radioaktivt affald fra boringen (i så fald skal det sendes til Risø).

Argumenter imod skifergas i Danmark:

1. Skifergas er ikke jordvarme. Det forurener. Danmark har unik grundvand-situation: 99% af vores drikkevand er urenset grundvand. Det trues ved skifergas-produktion.

2. Danmark har en plan om at gå væk fra fossile brændstoffer, og at de fossile stoffer skal forblive i jorden, og Danmark har ifølge denne omstillingsplan ikke brug for denne nye kilde af fossile brændstoffer.

3. Danmark skal henholde sig til et forsigtighedsprincip, og ved vores valg påvirker vi også andre lande til at tænke sådan.

4. Satsning på fossile brændstoffer tager politisk fokus, forskning, initiativer og økonomi væk fra vedvarende energi, bedre energiudnyttelse og energibesparelser.

5. Der har ikke været en debat om skifergas – udvindingen er udemokratisk.

6. Det er et usundt princip at der efterlades et affaldsproblem efter at energien er brugt.

7. På længere sigt er både økonomi og miljøspørgsmål om skifergas usikre. Økonomien er måske overvurderet og miljøproblemerne er måske undervurderet.

Skifergas: Hvad er argumenterne for udvinding af skifergas i Danmark?

Argumenter for at tillade udvinding af skifergas i Danmark:

1. Råstoffer skal udnyttes og kan give bedre forsyningssikkerhed.

2. Hvis man kan få penge eller job ud af det, skal det udnyttes.

3. Miljøproblemerne kan nok løses, mener fortalerne, og miljøproblemerne skal holdes op imod brugen af kul.

Skifergas: Er der lavet debatfilm om skifergas?

FILM: Josh Fox lavede en kritisk film "Gasland" om grundvandsforurening i Pennsylvania, Wyoming og Colorado. Filmen blev søgt modgået af filmen "Energy in Depth" fra skifergas-industrien. Den 21. april 2013 udsendte Josh Fox filmen "Gasland 2", om at hydraulisk fracking med tiden vil resultere i lækager, der forurener vand og atmosfæren. Den 22. jan. 2013 udsendte en nordirsk journalist og filmmager Phelim McAleer en crowdfunded dokumentarfilm "Frack Nation", som interviewer folk, der påvirkes af skifergas-produktionen i USA, og som for det meste er positive overfor skifergas-produktion. Phelim McAleer siger, at han søger at dække både forureningsspørgsmålene, og hvad der taler for at bruge skifergas (dvs. især muligheden for vækst i de fattige dele af USA), men kritiserer debatten for at have været for overfladisk og ensidig.

(Samme filminstruktør har tidligere lavet dokumentarfilmen "Mine Your Own Business", hvor en arbejdsløs rumæner mister muligheden for et minejob på grund af modstand mod minedrift i området – og filmen "Not Evil Just Wrong" som argumenterer ud fra klima-skeptikernes synsvinkel).

Dramafilmen "Promised Land" (2012, med Matt Damon) handler om et skifergas-firma, som søger at miskreditere miljøbekymrede folk ( kilde 10882 og kilde 10883) .

Methanhydrat: Er man begyndt at udvinde methan fra methanhydrat som energikilde?

Methanhydrater, kendt som fire-ice (“brand is”), er en fossil ressource med endnu større potentiale end skifergas. Kina har annonceret planer om at ville bruge ½ mia. kr. over de næste 10 år til udforskning af disse gashydrater. Men Japan har allerede siden 2013 indledt dette nye globale race om at være først med at udvinde gashydrater.

Tre år efter jordskælv, tsunami og nedlukning af atomkraftværker ramte Japans energiforsyning, er Japan nemlig nu (2014) ved at tage skridt til at producere en helt ny fyringsolie fra energikilder dybt under havunderfladen: Den frosne form for brændbar methan. Forskere fra JOGMEC (Japans nationale selskab for olie-, gas- og metaludvinding) fik med held udvundet havbund-methanhydrater for første gang d. 12. marts 2013. Nu vil de yderligere udforske Nankai-graven (80 km ud for Stillehavskysten), ved hjælp af et borefartøj, der kan bore på store havdybder, og robotter, der kan dykke under havoverfladen (ned til 7 km's dybde).

Methanhydrat: Hvad er methanhydrat?

Methanhydrater er en sorbet-lignende og meget koncentreret methan, der holdes i et vand-molekyle bur, også kaldet et “clathrat” (methan fanget i et bur af vandmolekyle-is).

Methanhydrat: Hvordan dannes methanhydrat?

Methanhydrater dannes under højt tryk på mindst 23 atmosfærer. En kubikmeter methanhydrat indeholder, hvad der svarer til 164 m³ methangas.

Methanhydrater findes enten relativt tæt på overfladen under arktiske permafrost-forhold eller under havbunden, hvor aflejringerne har en tendens til at samle sig i sedimenter langs de geologiske brudlinjer.

Methanhydrat: Hvor findes methanhydrat?

Methanhydrater findes enten relativt tæt på overfladen under arktiske permafrost-forhold eller under havbunden, hvor aflejringerne har en tendens til at samle sig i sedimenter langs de geologiske brudlinjer.

Methanhydrat: Hvor store energireserverne i methanhydrat?

De globale reserver af methanhydrat (fire-ice) skønnes at være 20.000.000 milliarder m³ – mere end det dobbelte af de samlede, kendte reserver af kul, olie og naturgas (dog er meget af gashydratet utilgængeligt).

Lande (lige fra Canada og Rusland til New Zealand), der har kendte reserver af fire-ice, er ivrige efter at udvinde denne nye energikilde. Japan håber allerede at have de første brønde kørende i 2018 – selv om det kan blive senere, fordi den eneste produktion hidtil kun har været fra små feltforsøg, og opskalering til kommerciel produktion er mindst 10 år ude i fremtiden ifølge nogle eksperter. De skønnede reserver af methanhydrat omkring Japan er så enorme, at de ville kunne dække Japans energibehov frem til det næste århundrede.

Methanhydrat: Er det risikabelt at udvinde methanhydrat som energikilde?

Det er risikabelt at udforske fire ice. For at frigøre gassen må man destabilisere hydraterne – enten ved at forøge temperaturen eller (mere almindeligt) ved at reducere trykket i et lukket borehul. Men methanhydrat (fire ice) findes indlejret i løse sedimenter på havbunden og kræver et vist tryk for ikke at destabilisere hele området. Ellers vil methanen eksplodere som en champagneflaske, der åbnes. Det kunne få brønden til at synke og forårsage undersøiske jordskred og udløse en tsunami. Der er et meget smalt tryk-vindue af muligheder, og risikoen er langt højere end ved udvinding af skifergas.

Et andet problem er, at methan er en drivhusgas med mindst 25 gange den potentielle globale opvarmning i forhold til kuldioxid regnet over et århundrede.

Udsivning af den stærkt koncentrerede gas kan vise sig katastrofal. Der er advarsler fra fortiden: For 55 mill. år siden, på overgangen fra Palæocæn til Eocæn, frigjortes gashydrat fra smeltende methanhydrat. Det førte til en hurtig global opvarmning, og bl.a. en efterfølgende ødelæggelse af koralrev. Ingen af disse bekymringer bremser den igangværende japanske indsats med at lave forsøgsudvindinger af methanhydrat, mens resten af verden ser på (kilde).

Methanhydrat: Er det økonomisk at udnytte methanhydrat som energikilde?

Spørgsmålet er ikke besvaret, men: Produktionen af methanhydrat-energi er meget dyrere end udnyttelsen af skifergas.

Methanhydrat: Var methanhydrat et problem ved Deepwater Horizon olieudslippet i 2010 i Den Mexicanske Golf?

Under Deepwater Horizon olieudslippet i 2010 i Den Mexicanske Golf forsøgte man at sænke en 125 ton dome over hullet. Men under domen dannedes gashydrat, som var let og løftede den.

Energi: Hvad er kontaktenergi(også kaldet den gnidningselektriske generator, kontakt-elektrificering, triboelektriske virkning, triboelektrificering eller den gnidningselektriske effekt, statisk elektricitet)?

Triboelektrisk virkning er basis for statisk elektricitet. Man kan udnytte den fremkaldte forskel på elektrisk ladning, som kan forårsages af friktion mellem to forskellige overflader (som når en ballon klæber til en mur, efter at man har gnedet ballonen mod en persons hår) – eller som forårsages på grund af forskellen på elektrisk ladning hos to materialer, der er adskilt fra hinanden (uden at friktion er involveret). Disse fænomenter kaldes kontaktenergi eller kontakt-elektrificering (også kaldet den triboelektriske virkning eller den gnidningselektriske effekt).

Prof. Zhong Lin Wang og kolleger ved Georgia Institute of Technology, Institut for Materials Science and Engineering, har lavet en el-producerende "rygdims", der udnytter denne energiomsætning. Deres rygdims indeholder en komprimerbar, rude-formet plastik-ramme med nanoskala-aluminiumhuller og kobber-tænder på de modsatte flader, der frembringer overfladeladning, når de mødes. Rygdimsens op- og ned-gående bevægelser åbner og lukker denne rude-formede ramme (formet som ruder i kortspil), hvilket medfører kontakt mellem aluminium-nanoporerne og fluor-polymer-nanotråde, hvorved der frembringes en elektrisk ladning. Når rudeformen åbner sig, fjerner den de elektriske ladninger fra hinanden, og derved skabes en elektrisk strøm på op til 1,25 Watt. Men dette udbytte kan forbedres. I 2011 var det maksimale udbytte 3 Watt, men i 2014 var det muligt at få 10.000 Watt i udbytte. Ved at bruge nanomaterialer kan overfladearealet nemlig gøres meget større.

Zhong Lin Wang har oprettet et firma for at kommercialisere metoden. Enheden fungerer stadig efter 10 millioner sammenpresninger, men skal ifølge opfinderen forbedres til at tåle milliarder af sammenpresninger for at kunne bruges i et kommercielt produkt.

I en video, som han har lavet, gives der mange eksempler på anvendelser. F.eks. viser Zhong Lin Wang, at han kan få tusind LED-pærer til at lyse hver gang han vipper op og ned med sin fod – uden at der er batterier eller strømførende ledninger til stede.

Bevægelse af et emne i vand eller blæst hen over en overflade kan også udnyttes til at frembringe elektricitet. Denne strøm kommer fra den samme kilde som den lille gnist, der kan springe fra en fingerspids til et dørhåndtag, når man går over et tæppe på en kold, tør dag. Forskerholdet har lært at høste denne energi og sætte den til at arbejde for sig. De skaber overraskende store mængder af elektrisk strøm ved at gnide eller røre to forskellige materialer sammen. Han mener, at opdagelsen kan blive til en ny måde at drive mobil-enheder, såsom sensorer og smartphones, ved at opfange den ellers spildte mekaniske energi fra forskellige kilder, såsom f.eks. når vi går, når vinden blæser, når ting vibrerer så der dannes vibrationer, når der er bølger på havet eller når en bil eller et tog kører forbi.

Ud over at frembringe strøm kan teknologien også bruges til at lave en ny type af selv-drevne sensorer, eller til at påvise vibrationer, bevægelser, vandlækage, eksplosioner – eller endda registrere, at regnen falder.

Deres forskning er blevet støttet af en række sponsorer, herunder National Science Foundation; US Department of Energy; MANA, som er en del af det nationale institut for materialelære i Japan; det koreanske selskab Samsung og det kinesiske videnskabsakademi. Deres forskning er blevet beskrevet i tidsskrifter som ACS Nano, Advanced Materials, Angewandte Chemie, Energy and Environmental Sciences, Nano Energy og Nano Letters.

I sin enkleste form anvender den gnidningselektriske generator to plader af forskellige materialer, hvor det ene er en elektrondonor, og det andet er en elektronacceptor. Når materialerne er i kontakt med hinanden vil elektroner strømme fra det ene materiale til det andet. Hvis arkene derefter adskilles, vil et ark holde en elektrisk ladning isoleret på grund af afstanden mellem dem. Hvis en elektrisk belastning så forbindes til to elektroder, der er placeret ved de ydre kanter af de to overflader, vil en lille strøm løbe for at udligne ladningsforskellen. Ved løbende at gentage denne proces kan en vekselstrøm produceres.

I en variation af denne teknik producerer materialer (ofte blot billige, bøjelige polymerer) en strøm, hvis de gnides mod hinanden, før de adskilles.

Generatorer, der producerer jævnstrøm, er også blevet bygget.

“Det forhold, at en elektrisk ladning kan fremkaldes ved denne såkaldte triboelektrificering er velkendt,” forklarer Wang. “Hvad vi imidlertid har indført er en afstand-adskillelsesteknik, der producerer et spændingsfald, hvilket fører til en strøm i den udefrakommende belastning, så ladningen kan anvendes. Denne generator kan konvertere tilfældig mekanisk energi fra vores omgivelser til elektrisk energi”.

Siden deres første publikation om denne forskning, har Wang og hans forskerteam øget effekttætheden af deres gnidningselektriske generator med en faktor på 100.000 – og kan nu rapportere, at en kvadratmeter af et enkeltlag-materiale kan producere så meget som 300 Watt. (De har fundet, at effekttætheden når op på mere end 400 kW per kubikmeter ved en virkningsgrad på mere end 50 procent).

Forskerne har udvidet rækken af energi-indsamlingsteknikker fra “power-shirts”, der indeholder lommer af et energifrembringende materiale, til sko-indlæg, fløjter, fodpedaler, gulvmåtter, rygsække og flåder, der vugger på havets bølger. De har lært at forøge energiudbyttet ved at anvende mikroskala-mønstre til de polymere ark. Mønsteret øger på effektiv måde kontakt-arealet, og forøger derved effektiviteten af ladningsoverførslen.

Wang og hans team opdagede ved et tilfælde muligheden for at udnytte den gnidningselektriske effekt til at producere energi, mens de arbejdede med piezoelektriske generatorer, der anvender en anden teknologi. Udbyttet fra en piezoelektrisk enhed var meget større end forventet, og årsagen til denne større energiproduktion end forventet blev sporet til forkert montering, der tillod, at to polymeroverflader kunne gnide mod hinanden.

Seks måneders udvikling førte i 2012 til den første videnskabelige artikel om den gnidningselektriske generator.

“Når to materialer er i fysisk kontakt, opstår der tribo-elektrificering. Når de to materialer flyttes væk fra hinanden, er der oprettet en spændingsforskel. For at udligne den lokale spænding skal elektroner flyde fra det ene til det andet materiale. Siden de første gang opdagede mulighederne i denne effekt, har Wang-teamet udvidet anvendelserne. De kan nu producere strøm ved kontakten mellem havvand, vand fra hanen og endda destilleret vand på den ene side og et mønstret polymeroverflade på den anden side.

Deres seneste videnskabelige artikel blev bragt i tidsskriftet ACS Nano og beskriver høst af energi fra en trykfølsom plade på en bærbar computer. De anvender nu en lang række materialer, herunder polymerer, tøj og endda papir. Materialerne er billige, og kan omfatte f.eks. brugte drikkeflasker. Generatorerne kan fremstilles af næsten transparente polymerer, så metoden kan bruges til computerskærme. Ud over dets anvendelse som en strømkilde, anvender Wang også den gnidningselektriske effekt til sensorer, som derved ikke har behov for en ekstern strømkilde.

Fordi generatorerne producerer strøm, når de påvirkes, kan de bruges til at måle ændringer i flowhastigheder, pludselige bevægelser, eller endda faldende regndråber. "Hvis en mekanisk kraft påvirker disse generatorer, vil de producere en elektrisk strøm og spænding,” sagde han. “Vi kan måle denne strøm og spænding som elektriske signaler og derved bestemme omfanget af den mekaniske påvirkning".

Sådanne sensorer vil kunne anvendes til overvågning i trafikken, til sikkerhedsforhold, miljøovervågning, sundhed mv. “Størrelsen af materialet kan skaleres op, og flere lag vil give større energiudbytte. (kilde 10888 og kilde 10889) .

Triboelektrisk nanogeneratorer kan laves af letvægt-plast, således at når man går vil kroppens vægt skifte fra side til side og få plastarkene til periodisk at røre hinanden og adskilles, hvilket driver elektroner frem og tilbage, så der dannes vekselstrøm – og hertil kan bruges højladede nanomaterialer, der maximerer kontakten og øger energiudbyttet enormt.

Energi: Hvad er bøjningsenergi (også kaldet piezoelektrificering af piezoelektriske materialer)

Piezoelektriske materialer omdanner form-ændring (mekanisk stress) til elektricitet – eller det modsatte (altså at elektrisk påvirkning medfører, at materialet ændrer form).

Mange forskergrupper har påvist, at elektricitet kan høstes fra mekanisk påvirkning af nanofibre, nano­tråde og nanofilm, f.eks. ved at bøje eller vibrere en nanofilm.

Steve Beeby og medarbejdere fra ­Southampton University forsøger at lave filmfolie af piezoelektriske materialer, som kan printes på tekstiler. Sådanne film vil kunne give elektricitet til bærbare enheder, hvor energikilden er folks bevægelser (kilde 10890) .

Denne slags “smart tøj” kan altså frembringe energi ved blot at udnytte kroppens bevægelser.

Liwei Lin’s gruppe ved University of California i Berkeley har produceret bittesmå fibre af et polymer-materiale (såsom PVDF = polyvinylidenfluorid eller PZT = bly-zirconat-titanat), som ophober en elektrisk ladning, hvis materialet udsættes for mekanisk form-ændring (piezoelektrisk virkning). Fibrene er 500 nanometer i diameter, og de kan omdanne 20% af den påførte bevægelsesenergi til elektricitet. Hvis man pakker 1 million af disse fibre ind i 1 mm2- tøjstof, der dækker en bevægelig del af kroppen, såsom albuen, vil dette kunne frembringe nok energi til at drive en iPod. Men det ville være en teknologisk udfordring at producere fibre i store mængder med en ensartet ydeevne.

Nanotråd-baserede generatorer er typisk lavet af halvledende materialer (f.eks. ZnO, GaN eller CdS). En af de tidligste nano-generatorer til energiopsamling fra mekaniske belastninger udnyttede piezoelektriske nanotråde af zinkoxid (ZnO). Ved at koble disse ZnO-trådes halvledende og piezoelektriske egenskaber kunne mekaniske påvirkninger omdannes til elektricitet.

Nano-baserede generatorer kan også laves af keramiske materialer som PZT = bly-zirconat-titanat (som dog er vanskeligt at bruge på grund af dets behov for temperaturer over 600 grader C og dets behov for opløsningsmidler, der sænker tætheden af PZT). En elektrisk polarisering af PZT kan flytte op/ned på Zr/Ti atomer og vedholde deres positioner efter fjernelse af det eksterne elektriske felt. PZT kan frembringe højere spænding sammenlignet med andre piezoelektriske materialer til sensoriske formål og energihøst-formål, men fordi det er et keramisk materiale, er PZT mere skrøbeligt i forhold til det organiske PVDF, polyvinyliden-difluorid. I nanotråde har PZT dog vist meget god mekanisk styrke.

Piezoelektrisk energi

Ordet "piezoelektrisk" kommer af græsk: piezein = klemme eller presse. Mange krystaller og andre stoffer har piezoelektrisk egenskab: Når de påvirkes af et tryk (mekaniske kræfter), dannes en elektrisk spænding. Omvendt kan man ved at påvirke med en elektrisk spænding ændre materialets form.

F.eks. har piezoelektriske krystaller adskilte, symmetriske områder med positive og negative ladninger, og ved tryk forskubbes symmetrien så der visse steder samles mest positiv ladning og andre steder mest negativ ladning, dvs. en spændingsforskel. De positivt ladede dele tiltrækkes mod en negativ elektrode, og negativt ladede dele tiltrækkes mod en positiv elektrode, hvorved materialet ændrer form – blot få nanometer, men med gigantiske kræfter som tyngden af flere tusinde tons.

Materialer med piezoelektrisk egenskab er ikke kun krystaller, men også bl.a. aluminiumfosfat, keramiske materialer, polymerer såsom polyvinylfluorid, gummi, uld, hår, træ-fibre, silke – samt knogler (man har foreslået, at dette er et led i den proces, der får knogler til at “vokse sig stærke” når de udsættes for mekanisk pres).

•Kvarts kan skabe elektriske spændinger på adskillige kilovolt, som kan “tappes” fra krystallet.

•Det er et piezoelektrisk krystal, der leverer spændingen til gnisten i en elektronisk lighter (f.eks. til at tænde et gaskomfur).

•I USA arbejder militær-forskningsenheden DARPA med at lave soldaterstøvler med piezoelektriske krystaller, som kan opsamle strøm til den elektroniske kamp­udrustning, når soldaten går.

•Den omvendte piezoelektriske effekt udnyttes i sensorer, der opfanger mekaniske bevægelser:

•I en "krystalmikrofon" påvirker lydsvingninger det piezoelektriske krystal, så spændingen over krystallen varierer i takt med lyd-svingningerne.

•I en sonar bruges en slags krystal­mikrofon til at lytte efter tilbagekastede lydsignaler fra omgivelserne.

•I elektroniske trommer omsætter en piezoelektrisk sensor trommeslagene til elektriske signaler.

•En aktuator er det modsatte af en sensor, men da piezoelektriske materialer fungerer “begge veje” bruges de i en række aktuatorer:

•I en piezoelektrisk højttaler er membranen lavet af piezoelektrisk polymér: Når der sættes en vekselspænding til membranen, vibrerer den, og omsætter derved det elektriske signal til lyd. Disse anvendes i gavekort med lyd i, idet disse højtalere kan laves meget tynde.

•Inden for optikken udnytter man piezo­elektriske materialers evne til at udøve store mekaniske kræfter over ganske korte distancer, f.eks.:

•I lasere bruges spejle, hvis præcise position styres elektronisk af piezoelektriske elementer til at optimere den stråle, som laseren leverer.

•I en akusto-optisk modulator bruges piezoelektrisk-frembragte, mekaniske svingninger til at styre lys ved hjælp af doppler-effekten eller diffraktion.

•Atomic Force-mikroskoper og Scanning Tunneling-mikroskoper bruger piezoelektriske elementer til at styre positionen af den “nål”, der afsøger overfladen af den prøve, der mikroskoperes.

Et krystal i elektronisk forstand er en komponent, hvori en stemmegaffel af et piezoelektrisk materiale er anbragt, så den kan svinge frit: Denne stemmegaffel kan “anslås” ved hjælp af den omvendte piezoelektriske effekt – og medens “tonen klinger ud” kan man i kraft af den piezoelektriske effekt “tappe” en vekselspænding, der svinger i takt med stemmegaflens mekaniske svingninger. I en krystaloscillator forstærkes dette signal og føres tilbage til krystallet, sådan at svingningerne ikke “klinger ud”, men bibeholder en konstant amplitude. Disse svingninger holder en bestemt frekvens meget præcis, og det udnyttes på forskellig vis:

•I et kvartsur spiller sådanne piezoelektriske svingninger samme rolle for uret, som et pendul gør for et pendul-ur: De afgør, hvor hurtigt uret går, og på grund af den store frekvensstabilitet går kvartsure meget præcis.

•Samme princip anvendes i radioer til at skabe referencefrekvenser, der styrer, hvilken frekvens der modtages på, – og i radiosendere til at holde en stabil sendefrekvens.

•Den omvendte piezoelektriske effekt anvendtes i sonarer under 1. verdenskrig (i 1917 udviklede Paul Langevin i Frankrig en ubåds-detektor baseret på ultralyd).

Den oprindelige militære anvendelse medførte i øvrigt, at amerikanske virksomheder blev vant til at holde deres viden hemmelig (senere også af patentgrunde). Derimod samarbejdede japanske firmaer og overvandt derved hurtigt tekniske vanskeligheder. De indhentede USA og kunne sælge deres produkter billigere, fordi der ikke var fordyrende patent-restriktioner (kilde 10893) .

Energi: Hvad er smart tøj (energiproducerende tøj af piezoelektrisk materiale)

Piezoelektriske materialer omdanner form-ændring (mekanisk stress) til elektricitet

Steve Beeby og medarbejdere fra ­Southampton University forsøger at lave filmfolie af piezoelektriske materialer, som kan printes på tekstiler. Sådanne film vil kunne give elektricitet til bærbare enheder, hvor energikilden er folks bevægelser (kilde 10890) .

Denne slags “smart tøj” kan frembringe energi ved blot at udnytte kroppens bevægelser.

Liwei Lin’s gruppe ved University of California i Berkeley har produceret bittesmå fibre af et polymer-materiale (såsom PVDF = polyvinylidenfluorid eller PZT = bly-zirconat-titanat), som ophober en elektrisk ladning, hvis materialet udsættes for mekanisk form-ændring (piezoelektrisk virkning). Fibrene er 500 nanometer i diameter, og de kan omdanne 20% af den påførte bevægelsesenergi til elektricitet. Hvis man pakker 1 million af disse fibre ind i 1 mm2- tøjstof, der dækker en bevægelig del af kroppen, såsom albuen, vil dette kunne frembringe nok energi til at drive en iPod. Men det ville være en teknologisk udfordring at producere fibre i store mængder med en ensartet ydeevne.

Energi: Hvad er nanotråd-baserede generatorer (piezoelektrisk materiale)?

Nanotråd-baserede generatorer er typisk lavet af halvledende materialer (f.eks. ZnO, GaN eller CdS). En af de tidligste nano-generatorer til energiopsamling fra mekaniske belastninger udnyttede piezoelektriske nanotråde af zinkoxid (ZnO). Ved at koble disse ZnO-trådes halvledende og piezoelektriske egenskaber kunne mekaniske påvirkninger omdannes til elektricitet.

Nano-baserede generatorer kan også laves af keramiske materialer som PZT = bly-zirconat-titanat (som dog er vanskeligt at bruge på grund af dets behov for temperaturer over 600 grader C og dets behov for opløsningsmidler, der sænker tætheden af PZT). En elektrisk polarisering af PZT kan flytte op/ned på Zr/Ti atomer og vedholde deres positioner efter fjernelse af det eksterne elektriske felt. PZT kan frembringe højere spænding sammenlignet med andre piezoelektriske materialer til sensoriske formål og energihøst-formål, men fordi det er et keramisk materiale, er PZT mere skrøbeligt i forhold til det organiske PVDF, polyvinyliden-difluorid. I nanotråde har PZT dog vist meget god mekanisk styrke.

Energi: Hvad er PZT (piezoelektrisk materiale)?

PZT = bly-zirconat-titanat. Det er et keramisk materiale med piezoelektriske egenskaber, og det kan derfor bruges til at lave nano-baserede generatorer. PZT er dog vanskeligt at bruge på grund af dets behov for temperaturer over 600 grader C og dets behov for opløsningsmidler, der sænker tætheden af PZT. En elektrisk polarisering af PZT kan flytte op/ned på Zr/Ti atomer og vedholde deres positioner efter fjernelse af det eksterne elektriske felt. PZT kan frembringe højere spænding sammenlignet med andre piezoelektriske materialer til sensoriske formål og energihøst-formål, men fordi det er et keramisk materiale, er PZT mere skrøbeligt i forhold til det organiske PVDF, polyvinyliden-difluorid. I nanotråde har PZT dog vist meget god mekanisk styrke.

Energi: Hvad er PVDF (piezoelektrisk materiale)?

PVDF er et polymert materiale med piezoelektriske egenskaber, og det kan derfor bruges til at lave nano-baserede generatorer. PVDF har overlegne piezoelektriske egenskaber sammenlignet med andre typer af polymere materialer på grund af dets polære, krystallinske struktur.

PVDF-polymerer består af mindst fem forskellige strukturelle former afhængig af bindingerne i polymer-kædens opbygning. PVDF-nanofibre har med hensyn til materialeegenskaber den unikke, gode kombination af bøjelighed, lethed, biokompatibilitet og tilgængelighed i ultralange længder, med forskellige tykkelser og former, hvilket gør dette materiale til en interessant kandidat til at blive anvendt som energihøster i bærbare apparater og i implantater.

PVDF eksisterer dels i en alfa-fase (der er ikke-polær) og dels en beta-fase (der er polær). Dipoler i den ikke-polære alfafase af PVDF kan blive til den polære betafase af PVDF. Dette skifte kan opnås ved, at alfafase-PVDF strækkes mekanisk, eller ved at det udsættes for et elektrisk felt, så der sker en elektrisk polarisering.

Beta-fasen er ansvarlig for største­delen af PVDF-polymerens piezoelektriske reaktioner på grund af den polære struktur – med orienterede enheder af hydrogen og fluor (CH2-CF2) på carbonskelettet.

Energi: Hvad er elektrospinning (piezoelektrisk materiale)?

Piezoelektriske nanofibre kan laves ved såkaldt elektrospinning, hvorved der dannes fibre ud fra en opløsning eller et smelte.

Det er lykkedes at lave mange forskellige nanofibre ved elektrospinning – både syntetiske og naturlige polymerer, polymerlegeringer, polymer-kompositter samt metaller og keramiske stoffer. Denne alsidighed af materialerne og den nemme procesopsætning ved elektrospinning skulle let kunne føre til udvikling af forbedrede egenskaber hos sådanne nanogeneratorer.

Elektrospinningsprocessen giver ved masseproduktion et stort udbytte inden for en lang række anvendelses-områder, såsom til filtrering, sårbandage, bio-stilladser (bio-scaffolds) og medicinske implantater.

Når en høj spænding påføres under elektrospinning, dannes et stærkt elektrostatisk felt mellem en nålespids (som er forbundet til en højspændings-katode) og opsamler-elektroden. Den elektrostatiske kraft trækker polymersmelten ud af nålen, og kraften afbalanceres af overfladespændingens kraft på væsken. Dette resulterer i en konisk formet dråbe, en såkaldt Taylor-kegle. Når den elektrostatiske kraft overgår overfladespændingens kraft, udstødes en tynd væske/smelte-jetstrøm fra dråben mod opsamler-elektroden. I en kort afstand umiddelbart under dråben er polymer-jetstrømmen stabil og kan anvendes i nær-felt elektrospinningsprocessen.

Gentagen deformering af den piezoelektriske nanostruktur er afgørende for at frembringe energi, og denne producerede energi vil kunne ophobes i et energilagersystem såsom et almindeligt genopladeligt batteri eller mere avanceret i en superkondensator, så denne energi kan frigives på et senere tidspunkt.

Men man mangler stadig at kunne integrere en nanogenerator og et batteri på en enkelt chip(kilde).

Energi: Kan man høste energi fra radiobølgerne i luften (ambient backscatter, omgivelses-tilbagekastning, Wi-Fi Backscatter, Internet of Things)?

En ny teknologi kan høste energi fra radiobølgerne i luften. Teknologien kaldes ambient backscatter (omgivelses-tilbagekastning). Den høster energi ved at absorbere de mange typer af radiobølger i luften. Altså transmissioner af Wi-Fi, mobil-netværk og lignende – der er omkring os i byerne. Forskerne har bygget enheder (af størrelse som kreditkort), der ved trådløse signaler fra mobil-telefoner, mobilsendere og TV-transmissioner kan kommunikere indbyrdes, og som også kan høste elektrisk strøm (kilde).

Sådanne enheder ville kunne bruges i autonome intelligente sensorer og ville kunne indarbejdes i batteridrevne smartphones mv. og give strøm nok til at sende SMS-beskeder, efter at batteriet er helt afladet.

Forskergruppens kalder metoden for Wi-Fi Backscatter (Wi-Fi tilbagekaster) eller Ambient backscatter (omgivelsers tilbagekast). Det er et nyt kommunikationssystem, som kan danne bro mellem radiofrekvens-drevne enheder og internettet. Inden for afstande på op til 2 meter kan det bruges til at kommunikere med almindelige Wi-Fi-enheder og andre enheder, hvis de er i nærheden af hinanden. Når denne teknologi er udviklet, burde det ikke mere være nødvendigt at bruge batterier.

Den eksisterende teknologi mangler den komponent, der kan forbinde radiofrekvens-baserede enheder til internettet. Hvis man kan udvikle en teknologi med denne evne, vil man kunne få et Radio-frequency powered Internet of Things (radiofrekvensdrevet internet af ting) og en helt ny klasse af batteri-fri apparater og enheder.

Shyam Gollakota er leder af Networks and Wireless Lab ved Paul G. Allen Center (University of Washington i Seattle), som har lavet prototyperne, der taler med hinanden ved hjælp af antenner til at opfange signaler fra omgivelserne og sende dem reflektorisk tilbage.

Hvis person A vil kommunikere med person B, kan person A sende en besked ved enten at absorbere eller reflektere signaler fra en nærliggende TV-sender. Person A sender nul bit (= 0) ved at absorbere alle de indkommende signaler fra TV-senderen og sender en bit (= 1) ved at reflektere disse tv-signaler fra TV-senderen. Hverken person A eller person B skaber deres egne signaler, og de bruger derfor ingen batterier. Denne metode gør trådløs kommunikation mulig “ud af den blå luft.” Da enheden jo altså ikke bruger batterier, behøver den ingen vedligeholdelse, og kan derfor sættes ind på svært- eller endog utilgængelige steder, såsom inde i en betonvæg og så herfra anvendes til rumsensor-funktioner.

Dette kunne anvendes til bærbare computerapparater, intelligente hjem og selv-opladende sensor-netværk. En sofa kunne bruge omgivelses-tilbagekastning for at lade brugeren vide, hvor hans nøgler blev glemt. Denne teknologi kan billigt integreres i en række strukturer, uden at man behøver at bekymre sig om, at strømforsyningen vil løbe ud. Sensorer ville kunne bygges ind i en bro, og uden batterier overvåge integriteten af beton og stål i broen – så kun hvis der opdages en uregelmæssighed i broen, skulle sensoren sende et signal.

Sensorer, der er indbygget i kreditkort, ville kunne gøre det let at udføre trådløse betalinger uden brug af batteri. Forskerne har demonstreret, hvordan man med et betalingskort kan overføre information til et andet betalingskort ved at udnytte de eksisterende trådløse signaler i omgivelserne. De afprøvede en prototype af sådanne betalingskort, som var i stand til at sende data med en hastighed på 1 kilobit per sekund i en afstand på op til ca. 2 meter mellem de to involverede betalingskort til “pengeoverførslen” (2,5 meter udendørs, og 1,5 meter indendørs). Dette var nok til at sende kontaktoplysninger og SMS-beskeder og var fuldt fungerende, selvom den nærmeste kilde til omgivende radiofrekvenssignaler (en TV-sender) var 6,5 miles væk. Men høstning af denne energi er begrænset, og det kan blive nødvendigt at prioritere den tilgængelige energi “i luften”.

Energi: Hvad er begræsningerne for brugen af ambient backscatter energi (omgivelses-tilbagekastning, Wi-Fi Backscatter, Internet of Things, energi fra radiobølger)?

Elektromagnetisk høst vil ikke fungere i fjerntliggende områder, hvor der ikke er antenner i nærheden. Man kan også risikere at forstyrre mobil-kommunikation ved at forbruge al den energi, der udsendes fra antennerne i et område.

Energi: Hvad er Waka-Waka (WakaWaka light)

Det ville være et ambitiøst projekt at skabe lys for alle i verden, som bor i mørke, men dette er ambitionen for Off-Grid Solutions med hovedkvarter i Haarlem, Holland: Afskaffe energifattigdom ved at gøre distribution af solenergi-baserede belysningsanlæg billige.

De kalder deres produkter WakaWaka (‘Shine Bright’, klart lys, på swahili). Det er højteknologiske, billige lamper og opladere, der anvender sol-teknologi udviklet af teknologipartneren Intivation. De har været anvendt i Filippinerne og Haiti efter naturkatastrofer og i Syrien efter at krigen brød ud der.

Der findes mange konsulenter inden for bæredygtighedsområdet, men verden mangler bæredygtighedsbevidste iværksættere som Maurits Groen, en 59-årig hollænder, der faktisk var konsulent i bæredygtighed i 30 år, før han blev iværksætter. Resultatet er den prisbelønnede WakaWaka Light, der med billig LED-lys har potentiale til at revolutionere livet for tusindvis af familier i udviklingslandene. Den lyser i op til 50 gange længere tid end en standard-lyskilde, og er meget effektiv – med et lys-til-varme energiforhold på 9:1 (det er 1:9 for traditionelle glødepærer), og bruger altså den gratis solenergi. Maurits Groen er konsulent i kommunikation og kender betydningen af en god historie: Det begyndte med South Africa World Cup i 2010, som skulle være carbon-neutral, men endte med et carbonunderskud på 2,8 mill. ton kulstof-emission. Den sydafrikanske regering oprettede så en international konkurrence om at designe emissionsreducerende ideer, som ikke ville koste skatteyderne noget. Sammen med Lemnis, en hollandsk lysproducent, designede Maurits Groen og en forretningspartner Camille van Gestel en ultra-effektiv LED-lampe. Maurits Groen gik til en CO2- emissions-sælger og forhandlede en aftale om at sælge kulstofrettighederne til 2,8 mill. ton carbon-emissioner, som hans lampe ville erstatte. Med denne aftale kunne han i banken optage et lån, som kunne bruges til at sænke prisen for forbrugeren. Denne løsning fungerede og han vandt prisen.

Maurits Groen havde aldrig været i Sydafrika, og da han kom derned fandt han ud af, at 25% af sydafrikanerne lever uden adgang til elnettet. Han har siden erfaret, at 1,2 milliarder mennesker på verdensplan ikke har regelmæssig adgang til energi. Uddannelse i Afrika og Asien er vanskelig uden tilstrækkelig belysning om aftenen. Uden adgang til strøm anvender folk ineffektive, ikke-vedvarende, giftige batterier eller dyre og farlige petroleumslamper, der ofte forårsager brande. FN vurderer, at det samlede antal dødsfald på grund af sådanne brande er 300.000 om året, hvoraf de fleste ofre er børn.

Maurits Groen fandt en verdensklasse-solenergiproducent, det hollandske Intivation, som har perfektioneret en mikrochip, der, når den placeres inde i et solcelle-panel, “lokker hver solstråle” ud til elektricitetsproduktion.

Uafhængige forskere har vist, at sollampe-versionen i WakaWaka er dobbelt så effektiv som enhver anden sollampe på markedet. Endnu vigtigere er, at han fandt på en model, hvor rige mennesker accepterer at betale mere, så fattige kan betale mindre. Lampen sælges online. Prisen for WakaWaka-lamper i Europa er 29,50 euro og 39 dollar (220 kr) i USA, men i udviklingslande ca. 10 dollar (55 kr). Maurits Groen’s selskab, Off-Grid Solutions, producerede de første lamper i maj 2013. Han har siden fået kunder i hver eneste afrikansk land og har fået henvendelser fra 96 lande i hele verden – med et marketingsbudget på nul.

Energi: Hvad er Waka-Waka (WakaWaka Power)

I februar 2014 lancerede firmaet Off-Grid Solutions en opdateret model – WakaWaka Power – der frembringer tilstrækkeligt med strøm til at oplade en mobiltelefon eller radio samt den oprindelige WakaWaka Light lampe. WakaWaka Power vejer 200 gram, og han kalder den for “det mest kompakte kraftværk i verden”.

WakaWakaPower er en letvægts-sol-oplader (70 US dollar, 385 kr), der kan oplade smartphones på under 2 timer (efter at have ladet dets egne solceller i 8 timer).

Udvikling af en sådan teknologi er dog ikke billig. På grund af hans fokus på “de mest vanskelige markeder” – nemlig de fattige i lande som Somalia og Sudan, hvor bare det at få varen ud til forbrugeren er meget vanskeligt – opdagede han, at konventionelle investorer ikke var særlig ivrige efter at give ham et lån. Så i stedet vendte han sig mod crowdsourcing-hjemmesiden Kickstarter og rejste her 950.000 dollar (> 5 mill.kr) i to separate finansieringsrunder – ved at argumentere på grundlag af problemet med børns uddannelse, de forurenende virkninger af de andre lyskilder, dødsfaldene fra petroleumslamper og så videre. Til hver online investor lovede Maurits Groen ikke blot, at de ville få en WakaWaka til sig selv, men også at der ville blive givet en gratis til de, der ikke selv kunne betale. Han kan ikke lide ordet ‘gratis’, fordi det smager for meget af paternalisme, så modtagerne forpligter sig til at gøre noget samfundstjeneste af en slags som en form for betaling. Han har doneret 12.000 WakaWaka lamper til Haiti-flygtninge og lanceret en donationskampagne i det konflikt-ramte Syrien, hvor mangel på elektricitet er udbredt. I 2014 havde han givet produkter væk for en salgsværdi af over 1,5 mill. kr (kilde).

Energi: Hvad er Waka-Waka (Virtual Grid)

I 2014 lancerede firmaet Off-Grid Solution systemet Virtual Grid, der fungerer ved at en fattig familie køber et 1$ skrabekort og indtaster dens kode, hvorved de aktiverer opladeren, så de kan bruge WakaWaka-opladeren (WakaWaka Power) til at give dem en uges strømforbrug (kilde).

Grafen: Hvem opdagede grafen (graphene)?

Grafen / Graphene blev opdaget i 2004, hvilket udløste en Nobelpris i fysik allerede 6 år efter, i 2010. To russiske forskere, der arbejdede på University of Manchester, fik Nobelprisen for deres eksperimenter med graphene, nemlig Andre Geim og Konstantin Novoselov. Man havde før beskæftiget sig teoretisk med grafen, men troet at det ville være ustabilt.

Grafen: Hvad er grafen (graphene)?

Grafen er et carbon-gitterlag, der kun er et atomlag tykt. Grafen er en 2-dimensional version af Buckminsterfulleren (som er bedre kendt som ‘Buckyballs’) og kan også siges at være en 2-dimensional version af kulstof-nanorør. (Det består udelukkende af carbon­atomer med såkaldte sp2-bindinger i et hexagonalt gitter samt frit bevægelige pi-elektroner).

Grafen er et nanomateriale og grundlæggende er det altså blot et lag carbon, der kun er ét atomlag tykt. En stabel på 3 millioner ark grafen vil måske kun måle 1 millimeter i tykkelsen, skønner man.

Grafen: Hvordan fremstilles grafen(graphene, Scotch-tape-method)?

Der findes flere metoder til fremstilling af grafen. Til opdagelsen anvendtes en tape-metode (på engelsk: Scotch-tape-method), hvor man presser et stykke grafit ned på et stykke tape. Når man trykker tapen på et nyt stykke tape, ligger et tyndt lag grafit tilbage. Det presses på en siliciumplade, og når tapen er trukket af, er der felter med grafen på siliciumpladen (se video her: (kilde). Det er en simpel fremstillingsmetode, men stykkerne er uregelmæssige og iblandet grafit.

Da grafen blev studeret i 2004 ved Manchester University fremstillede man som nævnt materialet ved den simple metode med at skrælle lag fra grafit med Scotch tape, og dette er den metode, der stadig bruges til at lave den højeste kvalitet af grafen.

En meget mere brugbar metode til industriel anvendelse ville være den kemiske damp­udfældning af kulstof­atomer på kobber ud fra en opvarmet gas.

Grafen: Hvordan fremstilles grafen(graphene, carbondamp på metaloverflader)?

En anvendelig metode til industriel fremstilling af grafen er kemisk damp­udfældning af kulstof­atomer på kobber ud fra en opvarmet gas. Det vil sige, at an lader en nikkel- eller kobberskive blive udsat for en carbondamp. Carbonatomerne sætter sig på metaloverfladen og danner et lag grafen. Dog dannes undertiden flere lag og evt. med forureninger og huller eller andre uregelmæssigheder.

Grafen: Hvorfor er grafen (graphene) et interessant materiale?

Årsagen til den megen virak om grafen er, at dette materiale rummer løfter om HELT NYE ANVENDELSES­MULIGHEDER, som andre stoffer ikke kan tilbyde, til alt fra afsaltningsanlæg til hyperhurtige computere. Situationen er ligesom dengang, da plast blev opfundet. Opdagelsen af grafen sammenlignes netop med opdagelsen af plast. Begge materialer giver helt nye muligheder, end man havde før disse opdagelser. Grafen blev isoleret ved den ekstremt simple tape-metode, som vises på figuren, men bedst forklares på videoen. Se videoen ved referencen til kilde 10940.

Grafen: Hvorfor er grafen (graphene) et interessant materiale. Styrke: (Hvor stærkt er grafen)?

Grafen er ekstremt stærkt i forhold til størrelse og vægt. Det er 200 GANGE STÆRKERE END STÅL. Grafen kan derfor måske give meget LETTERE, TYNDERE OG STÆRKERE konstruktioner, til f.eks. superlette fly.

Det er STRÆKBART – og STIFT – og BØJELIGT. Samtidig med disse egenskaber er det EKSTREMT HÅRDT.

Grafen: Hvorfor er grafen (graphene) et interessant materiale. Elektrisk leder: (Er grafen elektrisk ledende)?

Grafen kan lede elektrisk strøm som ELEKTRISK LEDER eller som ELEKTRISK HALVLEDER.Det har meget høj elektronmobilitet og fungerer altså som en halvleder, så man håber, at det kan bruges i stedet for silicium i halvlederindustrien.

Grafen er en langt BEDRE ELEKTRISK LEDER end de materialer, der nu anvendes inden for elektronik. Grafen bliver tilføjet til batterier og superkapacitorer, men i virkeligheden leder materialet elektricitet for godt, hvilket gør det vanskeligt at skabe en strøm af digitale “on” og “off” signaler. Silicium er ekstremt god til at gøre netop det.

Grafen-elektroder er blandt de mest lovende metoder til at forbedre energi- og effekttætheden (kilde).

Grafen: Hvorfor er grafen (graphene) et interessant materiale. Varmeleder: (Kan grafen lede varme. Hvad er grafens smeltepunkt)?

Den BEDSTE VARMELEDER, som man kender, er grafen. Den mindste transistor er blevet fremstillet af grafen. Dets smeltepunkt ligger over 3.000 grader Celsius, dvs. at det først smelter, når temperaturen stiger til over 3000 GRADER.

Grafen: Hvorfor er grafen (graphene) et interessant materiale. Sensorer: (Har grafen sensoriske egenskaber)?

Grafen er en FREMRAGENDE SENSOR. Eftersom grafen kan håndtere meget hurtigtskiftende elektroniske signaler, kan grafen opfange informationsrige, højfrekvente bølger, såsom teraHertz-stråling.

Grafen: Hvorfor er grafen (graphene) et interessant materiale. Lysdetektion: (Kan grafen påvise lys)?

Grafen kan DETEKTERE LYS inden for en bred vifte af frekvenser (hvilket kan tænkes at blive anvendeligt til nattesyns-kameraer i selvstændigt kørende biler i fremtiden).

Grafen: Hvorfor er grafen (graphene) et interessant materiale. Gennemsigtighed: (Er grafen gennemsigtigt)?

Grafen er GENNEMSIGTIG, således at det kan anvendes i trykfølsomme skærme. Samsung har udviklet prototyper af grafen-skærme.

Grafen: Hvorfor er grafen (graphene) et interessant materiale. Blandbarhed: (Kan grafen blandes med andre stoffer. Kan grafen blandes med plast)?

Grafen kan BLANDES med andre materialer (til nanokompositter). Det kan f.eks. anvendes i plast.

Grafen: Hvilke industrielle produkter indeholder grafen (graphene)?

Meget få produkter med grafen er blevet markedsført. Man kan i dag købe en tennisketcher, der er lavet af grafen-kompositter. Men de egentlige første bæredygtige, kommercielle grafen-produkter forventes ikke før 2015 – måske i form af elektroniske enheder fra IBM, Nokia eller Samsung (kilde).

Det er stadig ekstremt dyrt at producere grafen i andet end forskningsmængder, og man ved af erfaring, at det kan tage årtier at integrere nye materialer i masseproduktion. Det så man ved opfindelsen af kulfiber, som går et halvt århundrede tilbage. Rolls-Royce forcerede dets brug i flymotorers kompressorblade i 1960´erne, men bladene tålte ikke sammenstød med fugle og denne anvendelse af kulfiber måtte skrinlægges.

Grafen er til salg på internettet som “nanoplatelets” til studieformål og til forskning i teknologiske anvendelser af stoffet.

EU har bevilget 1.000.000.000 euro over 10 år til forskning i anvendelser af grafen – i håb om at dette kan sætte Europa frem i topfeltet for udforskning af dette revolutionerende nye materiale (kilde 10900), og støttebeløbet har da i hvert fald fået 75 forskningsinstitutter og virksomheder fra 17 lande til at arbejde sammen i dette EU-program. Virksomhederne er nødt til at arbejde sammen om grafen-forskningen for at begrænse risikoen for fiasko. I dag er Asien og USA foran i forskningskapløbet om at kommercialisere grafen.

Proteser: Bruger man edderkopsilke på bryst-implantater(til coating af brystproteser; kan man undgå kapsulær fibrose – kapseldannelse af indsnævrende og pressende bindevæv samt inflammation ved implanterede proteser)?

Det tyske firma AMSilk har udviklet en måde at fremstille edderkoppespind på industriel skala. Produktet forbedrer kroppens evne til at tåle ­silikone-bryst­implantater.

Deres BioShield-S1.© Protective Implant Coating består af et tyndt lag af edderkoppesilke-proteiner, dyrket i bakterier. Immunsystemets celler angriber ikke denne proteincoating, sådan som det kan angribe implantatets egne materialer.

I en præklinisk undersøgelse, offentliggjort i Advanced Functional Materials, reducerede edderkoppespind-belægningen hyppigheden af større postoperative komplikationer.

De positive virkninger skyldes reduktion af den typiske fremmedlegeme-fremkaldte indvandring og differentiering af immunceller. Belægningen resulterer også i ændret kollagen-vækst og fiberdannelse i arvævet, hvilket nedsætter risikoen for, at der med tiden dannes kapsulær fibrose (kapseldannelse af indsnævrende og pressende bindevæv samt inflammation).

Overtrækmaterialet forventes derfor at reducere risikoen for korrigerende operationer efter en kosmetisk plastoperation eller efter en bryst-rekonstruktion, som typisk ellers skal gentages hvert 10. år.

Den samme metode med implantat-­belægninger vil formentlig også kunne fungere godt ved andre kirurgiske procedurer og sårbehandlinger (kilde).

Proteser: Hvad er håndproteser (robothænder, armproteser)?

Jesse Sullivan mistede begge arme i 2001 i en arbejdsulykke. Han arbejdede med elektriske kabler (han var "lineman"). Ved ulykken fik han 7200 Volt igennem sig (kilde). Han fik hjælp fra “APL-projektet” (opkaldt efter Applied Physics Laboratory ved Johns Hopkins University). Sensorer på størrelse med et riskorn injiceredes direkte ind i hans muskler, og en over?adeelektrode tappede signaler fra senderen ved trådløs overføring uden at blive påvirket af interferens i det mellemliggende væv. Jesse Sullivan fik en “Proto-1”-arm, som blev forbundet til nervebaner til brystmuskulaturen. Han lærte at bevæge armen, føle tryk, kulde og varme via sensorerne i håndprotesen. Han følte ikke, at disse ting skete i brystregionen, men at det skete i fantom-hånden.

Metoden kaldes IMES (Injectable Myo Electric Sensors). APL-projektet ledes af Stuart Harshbarger, som ikke mener, at kirurgiske indgreb er nødvendige for at opnå kontakt til nervebaner – idet overfladeelektroder på huden bør være tilstrækkelige, mener han.

Der er udviklet en “Proto-2” ved Applied Physics Laboratory, og Northwestern University (USA) har udviklet sensorer til denne “Proto-2”, som gør brugeren i stand til at føle ruhed (dvs. papir kontra sandpapir).

I en vis udstrækning ligner udviklingen af håndproteser også udviklingen af robothænder. Firmaet Shadow Robot Company (London) har lavet The Shadow Dexterous Hand, som anses for at være den mest avancerede robothånd i verden, som med 40 pneumatiske muskler kan håndtere selv bløde, skrøbelige objekter.

Der er fremstillet mange typer af robothænder. iLimb Hand fra firmaet Touch Bionics kan styres af muskel-elektriske signaler fra muskulaturen i armen og lave låsegreb med hånden, som når man skal bære en ting.

Bebionic hand fra firmaet Bebionic kan med indbyggede mikrosensorer registrere, hvis hånden er ved at miste grebet om en ting, og så få hånden til at holde fastere om tingen.

ELU-2 Hand kan lave menneskelige bevægelser med samme hastighed som hos mennesker.

Otto Bock protesen, der også kaldes MichelAngelo hand, er muskelelektrisk styret.

Firmaet Schunk har lavet en Schunk Hand.

Sheffield Arm fra Sheffield Hallam University bruger superelastiske karbon-nanorør.

Luke arm er udviklet af Dean Kamen m.fl. i et projekt, der blev startet i 2005 af DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency, USA) for at kunne tilbyde en armprotese til soldater, der har mistet en arm.

I en “Smart Hand”, der er et resultat af et EU-støttet forskningssamarbejde, drives fingerleddene af aktuatorer, der trækker i "sener", som får fingerne til at krumme, og en returfjeder kan rette fingeren ud igen. Tommelfingeren bevæger sig ind og ud og kan møde fingerspidserne på de andre fingre.

Mange andre eksempler på håndproteser og robothænder ville kunne nævnes (kilde).

Proteser: Hvad er kunstig muskulatur?

Kunstig muskulatur forsøges udviklet, og hertil benyttes mange forskellige materialer til at lave kunstig muskulatur. Her er nogle eksempler:

Det såkaldte Superelastic Carbon Nanotube Aerogel kan ved at få tilført en spænding udvides 2,2 gange på få millisekunder (og dette uanset om temperaturen er så kold som ved flydende nitrogen eller så varm som ved jerns smeltepunkt).

De såkaldte Multi-Walled Carbon Nanotubes har “gigantisk slaglængde” på 180%. Ved at bruge nanorør kan den kunstige muskel være stærkere end stål i den ene retning og samtidig mere bøjelig end gummi i de to andre retninger.

Firmaet Firgelli Technologies producerer lineære aktuatorer, og et andet firma Shadow Robot Company laver pneumatiske lineære muskler, der trækker sig sammen ved at fylde sig med luft.

I steder for luft kan bruges væske: Institute of Applied Computer Science i Karlsruhe (Tyskland) har lavet fluidtekniske aktuatorer, som fyldes med væske.

Servo-aktuatorer fra Futuba kan ved servo-teknik give stort moment trods lille fysisk størrelse.

Michael Goldfarb ved Vanderbilt University har lavet en raketmotor på størrelse med en blyant. Deres "raketmotor" bruger énkomponent-drivstof (det samme system bruges til at manøvrere rumfærger) – så når hydrogenperoxidet forbrændes, bliver der dannet damp, som åbner og lukker ventiler, der er knyttet til leddene i den kunstige hånd (kilde).

Til kunstig muskulatur anvendes piezoelektronik (f.eks. ved anvendelse af det keramiske materiale PZT; eller ElektroAktiv Polymer (EAP) aktuatorer; eller formhuskende legeringer (Shape Memory Alloys), f.eks. nikkel-titanium (Nitinol).

Hjerneimplantat: Kan man få evne til at høre på en retningsbestemt måde og på afstand?

Man kan tænke sig, at man ved hjælp af et hjerneimplantat vil få evne til: At høre en samtale på tværs af et lokale eller i støjende omgivelser ved at filtrere det bort, som man ikke ønsker at høre, eller bruge udstyr til at opfange lydbølger langt væk.

Hjerneimplantat: Kan man få evne til nattesyn som en kat?

Man kan tænke sig, at man ved hjælp af et hjerneimplantat vil få evne til: Nattesyn. Øjeimplantater kan allerede gengive evnen til at se bevægelse og former, og forbedrede implantater kan måske give os katte-syn.

Hjerneimplantat: Kan man få evne til zoombart syn (kikkert-syn)?

Man kan tænke sig, at man ved hjælp af et hjerneimplantat vil få evne til: Zoombart syn. Der findes allerede kontaktlinser med zoom. Et øjeimplantat med samme funktion kan måske give mennesker evnen til at zoome ind på fjerne objekter.

Hjerneimplantat: Kan man forbedre evne til at forstå matematik og forøge stedsansen?

Man kan tænke sig, at man ved hjælp af et hjerneimplantat vil få evne til: Bedre matematikkundskaber og stedsansved at stimulere visse områder af hjernen. I laboratoriet kan man faktisk nu forstærke folks matematiske evner og stedsans.

Hjerneimplantat: Kan man få evne til at downloade viden til hjernen?

Man kan tænke sig, at man ved hjælp af et hjerneimplantat vil få evne til: Downloade viden. Hvis man lærer at forstå, hvordan træning i færdigheder forplanter sig i hjernen over tid, kan implantater tænkes brugt til at opnå de samme forandringer i hjernen.

Hjerneimplantat: Kan man genopbygge eller justere ødelagte minder?

Man kan tænke sig, at man ved hjælp af et hjerneimplantat vil få evne til: Genopbygge eller justere ødelagte minder. Det amerikanske militær eksperimenterer med at bruge hjerneimplantater til at hjælpe soldater, som lider af traumatiske hjerneskader.

Hjerneimplantat: Kan man kontrollere humøret, sindstilstanden, depression?

Man kan tænke sig, at man ved hjælp af et hjerneimplantat vil få evne til: Kurere depression og kontrollere humør. Den samme forskningsafdeling arbejder med neuroproteser, som kan kurere depression og posttraumatisk stress hos soldater. I fremtiden vil implantater måske kunne regulere hjernehumør.

Hjerneimplantat: Kan man få elektronisk ADHD-medicin?

Man kan tænke sig, at man ved hjælp af et hjerneimplantat vil få evne til: Elektronisk ADHD-medicin. Den medicin, der forbedrer fokuseringsevnen hos ADHD-patienter, har bivirkninger, og elektronisk hjernestimulering kan give samme nytteeffekt uden bivirkninger som dirren, rastløse nætter og efterfølgende depressioner.

Hjerneimplantat: Kan man få evne til at styre maskiner ved tankens kraft?

Man kan tænke sig, at man ved hjælp af et hjerneimplantat vil få evne til: Styre maskiner med tankens kraft. Det er alle­rede lykkedes at få neuroproteser til at styre en robotarm med tankens kraft, så at kunne fjernstyre robotter, computere og husholdningsapparater er måske inden for mulighedernes rækkevidde.

Hjerneimplantat: Kan man få evne til at søge på internettet og oversætte sprog via neuroproteser?

Man kan tænke sig, at man ved hjælp af et hjerneimplantat vil få evne til: Søge på internettet og oversætte sprog. Implantater, som kan overføre og modtage information, kan i fremtiden måske bruges til at tænke på et tema eller betragte et objekt og så få informa­tion herom fra internettet, eller man kan forestille sig, at lydinformation sendes via en digital tolk og oversættes i realtid (kilde 10910).

Noget af dette lyder måske nok for fantasy-agtigt. Men i 2010 var det muligt for en person, der var lam fra halsen og ned, ved brug af BrainGate, som består af 100 elektroder, at bruge elektronisk udstyr til at åbne emails, tænde og slukke lys, betjene et TV, få en robotarm til at foretage simple bevægelser samt åbne og lukke en håndprotese (kilde 10911)

Energilagring: Hvad er forskellen på energitæthed og power-tæthed(superkondensatorer, superkapacitorer)?

Superkondensatorer har stor power-tæthed, men lille energi-tæthed. Energi-tæthed er, hvor meget energi, der kan hentes (løbetiden). Power-tæthed er, hvor hurtigt energien kan hentes (hvis energien kan hentes hurtigt, vil spændingen falde hurtigt).

(kilde).

Energilagring: Hvad er superkondensatorer(superkapacitorer, nanokondensatorer, nanokapacitorer, ultrakondensatorer, ultrakapacitorer, EDLC, electric double-layer capacitor)?

For nogen tid siden kunne man læse en artikel med denne overskrift: "Ny opfindelse: Oplad din mobil paa 20 sekunder – Måske er det snart slut med at lade mobilen op hver aften. Med ny opfindelse kan telefonen få fuld energi på 20 sekunder" (kilde).

En 18-årig havde i konkurrence mellem studerende vundet 300.000 kr i Intel International Science and Engineering Fair for at lave en superkondensator, som på 20 sekunders opladning kunne få en LED-lampe til at lyse.

Men der er langt fra en LED-lampe til en mobiltelefon. Superkondensatorer har været kendt længe – også at nogle kan oplades i løbet af sekunder.

Superkondensatorer har dog det problem, at de ikke kan indeholde så meget energi som lithium-ion batterier, og selv AA-batterier indeholder mere energi. Derfor skal ­superkondensatorer oplades ofte. Mobiltelefonen med 20 sekunders opladningstid ville nok skulle oplades hver time. Men måske vil mobiltelefoner få superkondensatorer, for udviklingen af dem er gået stadig hurtigere i de sidste 10 år (kilde).

De er specielt interessante for anvendelse i hybridbiler og som supplerende energilager for elektriske biler. USA forsker mest ihærdigt i superkondensatorer, men de største ordrer placeres i Kina og Østasien til bl.a. at høste bremseenergien af tog, og i Europa til stop/start-systemer i konventionelle biler (mikrohybrid-teknologi).

Superkondensatorer kaldes også superkapacitorer, nanokondensatorer,, nanokapacitorer, ultrakondensatorer, ultrakapacitorer og EDLC (electric double-layer capacitor).

Den første superkondensator blev udviklet i 1957 af General Electric ved anvendelse af en porøs carbon-elektrode. Men det blev Standard Oil Company, Cleveland, der i 1966 kom først med et patent på en dobbellagsgrænseflade-superkondensator.

I 2005 valgte Diehl Luftfahrt Elektronik GmbH superkondensatorer af typen Boostcap® fra Maxwell Technologies til døre og nødslidsker i passagerfly, bl.a. i Airbus 380 jumbojet.

I 2006 begyndte Joel Schindall ved MIT at arbejde på et “superbatteri”, der anvender nanorørteknologi til at forbedre superkondensatorerne.

I Kina eksperimenteres med trolleybusser uden luftledninger, som kører på energi gemt i superkondensatorer, der lynoplades ved hvert busstoppested.

Energilagring: Kan man lave superkondensatorer i metermål(superkapacitorer, nanokondensatorer, nanokapacitorer, ultrakondensatorer, ultrakapacitorer, EDLC, electric double-layer capacitor)?

I 2014 opdagede man, at superkondensatorer kan laves i metermål (de ligner så et kabel).

Energilagring: Hvad er fordelene ved superkondensatorer(superkapacitorer, nanokondensatorer, nanokapacitorer, ultrakondensatorer, ultrakapacitorer, EDLC, electric double-layer capacitor)?

Fordele ved superkondensatorer:

Meget høj ladningshastighed og ­afladningshastighed, evt. sekunder.

Lav slitage – selv efter 100.000 lade-/aflade-cyklusser fungerer den. Nogle kan oplade millioner af gange (et genopladeligt batteri højst 1000 gange).

De anvendte materialer er relativt ugiftige, medens batterier er giftige.

Lavt cyklus-energitab (95% eller mere kan hentes ud igen efter en opladnings/afladnings-cyklus).

Energilagring: Hvad er ulemperne ved superkondensatorer(superkapacitorer, nanokondensatorer, nanokapacitorer, ultrakondensatorer, ultrakapacitorer, EDLC, electric double-layer capacitor)?

Ulemper ved superkondensatorer:

De skal hurtigt oplades igen, da energimængden pr. kilogram, der kan gemmes, er meget lavere end hos et konventionelt, kemisk batteri. Hidtidige superkondensatorer kan holde energimængder på 3-5 Watt-timer pr. kg. [Almindelige batterier afgiver energien i længere tid: 30-40 Watt-timer pr. kg. Lithiumbatterier: 100-200 Watt-timer pr. kg. LithiumThionylChloride-batterier: 700 Watt-timer pr. kg (bruges i rumfærger og ved dybhavsdykning)(kilde 10908)].

Spændingen varierer med mængden af gemt energi. For på effektiv måde at gemme og hente energien igen kræves der særlige metoder (kilde 10906).

Energilagring: Hvor meget energi indeholder superkondensatorer og batterier (lithiumbatterier, lithiuthionylchloridbatterier, superkapacitorer, nanokondensatorer, nanokapacitorer, ultrakondensatorer, ultrakapacitorer, EDLC, electric double-layer capacitor)?

Hidtidige superkondensatorer kan holde energimængder på 3-5 Watt-timer pr. kg. [Almindelige batterier afgiver energien i længere tid: 30-40 Watt-timer pr. kg. Lithiumbatterier: 100-200 Watt-timer pr. kg. LithiumThionylChloride-batterier: 700 Watt-timer pr. kg (bruges i rumfærger og ved dybhavsdykning)(kilde 10908)].

Energilagring: Kan superkondensatorer eksplodere(superkapacitorer, nanokondensatorer, nanokapacitorer, ultrakondensatorer, ultrakapacitorer, EDLC, electric double-layer capacitor)?

Jo mindre man producerer superkondensatorerne, jo større er risikoen for, at de eksploderer.

Outsourcing: Hvad er crowdsourcing?

Crowdsourcing-ordet er en sammentrækning af crowd og outsourcing. Det blev første gang anvendt i artiklen ”The Rise of Crowdsourcing” af Jeff Howe i Wired Magazine, juni 2006. Det er problemløsning og produktion, hvor man outsourcer opgaver til et netværk af mennesker, "the crowd", (mængden).

Energi: Hvad er passiv energi(rygsækken der giver energi)?

GoogleGlass holder kun i 4 timer og Gear-uret, Samsungs smarte ur med camera, e-mails, opkald og tale-kommandoer, virker kun i 6 timer. Men batteriproblemerne kunne løses ved passiv energihøst. (Kendte eksempler er automatiske ure, der drives af armbevægelser, og soldrevne regnemaskiner).

Biologiprof. Lawrence (Larry) Rome fra universitetet i Philadelphia udviklede i 2005 en rygsæk, der omdanner bevægelsesenergi fra rygsækkens hoppen op og ned til elektricitet. En metalramme, der ligner rammen på tungvægt-rygsække, indfanger bevægelsen via et tandhjul, der kører på en tandstang. En elektrisk generator (med magnetspole, dvs. med spoler af metaltråd, der drejer rundt i et magnetfelt frembragt af magneter) danner elektricitet. I et forsøg frembragte rygsækken 7 Watt. Til sammenligning bruger mobiltelefoner, GPS-modtagere og LED-forlygter hver mindre end 1 Watt. Den frembragte elektricitet kan også bruges til at oplade batterier.

Ideen kom efter 2004-tsunamien, hvor folk ikke kunne kommunikere, fordi satellit-telefonens batterier gik døde. Når man går, sætter man den ene fod ned, hvorefter kroppen bevæger sig ca. 5 cm op over benet. En tung rygsæk kræver ekstra energi for at hæve rygsækken over benet. Den nye rygsæk høster denne energi ved at adskille bevægelsen af rygsækkens tunge last fra bevægelsen af den lette ramme, som ikke hopper så meget, hvis de to dele kan bevæge sig frit i forhold til hinanden.

En 36 kg tung, fjederophængt rygsæk (suspended-load backpack) af denne type, der bæres af en nødhjælpsarbejder eller i felten af en videnskabsmand, ville typisk omfatte 9 kg batterier. Installationen tilføjer kun 2-3 kg til rygsækkens vægt.

Bæreren forbrænder nogle flere kalorier, når han går med denne rygsæk end når han går med en traditionel rygsæk af samme vægt. Men vægten af den ekstra mad er langt mindre end vægten af de batterier, der ville være nødvendige.

Det ser i øvrigt ud til, at benmusklerne sparer energi under overgangen fra et trin til det næste. Når begge fødder er på jorden, er begge ben bøjede, og benmusklerne arbejder derfor hårdt. – Desuden synes hvert ben at understøtte en større andel af vægten af rygsækken end normalt, når personen er på “toppen” af hvert trin, hvor kun det ene ben er på jorden. Dette ben er relativt lige. I denne fase af hvert trin, hvor kroppen hæver sig over det strakte ben, vil tilføjelse af en ekstra vægt ikke gøre meget forskel. Det er disse subtile forskelle, der kunne gøre denne rygsæk mere behagelig at have på og bedre for ryggen, sagde Arthur Kuo fra Univ. of Michigan i Ann Arbor, der skrev en baggrundsartikel, der ledsagede en forskningsartikel i Science om rygsækken. Faktisk kan rygsækkens affjedringsystem gøre den mere behagelig at have på og denne gevinst i komfort kan alene være det hele værd, selv uden at medregne energihøsten, siger han (kilde 10904) .

Der er mange andre eksempler på passiv energihøst (i modsætning til aktiv energihøst, hvor man f.eks. drejer på en akse ved at gå i en cirkel) (kilde 10905) :

Energi: Hvad er passiv energi(nanogenerator der giver energi, vibrationsenergi, knæbeskytter-energi, åndedrætbevægelsesenergi)?

En nanogenerator kan lave elektricitet ved at høste mekanisk energi fra bevægelse, ultralydbølger, blodets strømning mv.

Eksempler er en vibrationsenergi-opsamler, der er under en kubikcentimeter stor; et udstyr, hvor personens bevægelser oplader genopladelige batterier; åndedræt-bevægelser der omformes til elektricitet; en "knæbeskytter", der høster mekanisk energi til at lave elektricitet; tøj med nanofibre, der omdanner bevægelsesenergi til elektricitet; sko, der frembringer 1,2 Watt elektricitet, når man går (kilde); implantat der kan give elektricitet til pacemakere og mobiltelefoner; nanogenerator, der giver energi til display med flydende krystaller, LED (light-emitting diodes) og laser-dioder; sko, der laver energi ved at bruge elektrisk ledende væske (reverse electro­wetting) (kilde 10904 nr.10) .

Hvad er aerogel?

Aerogel er det stof i verden, som har mindst masse. Det indeholder 99,9% luft og har en massetæthed helt ned til 1g/dm3 (liter). Aerogel smelter først ved 1200 grader C og det leder ikke varme (ekstrem lav termisk ledningsevne på ca. 0,017 W/mK), og det kan bære 2000 – 4000 gange dets egen vægt. Aerogel er stift skum med en konsistens som polystyren, men sprødt (tåler ikke stød). Det fremstilles ved at uddrive væsken fra en gel ved hjælp af superkritisk udtørring.

Det såkaldte Superelastic Carbon Nanotube Aerogel kan ved at få tilført en spænding udvides 2,2 gange på få millisekunder (og dette uanset om temperaturen er så kold som ved flydende nitrogen eller så varm som ved jerns smeltepunkt).

Hjerte: Kunstigt hjerte: Findes der et kunstigt hjerte som kan reagere på elektriske sensorer?

Et kunstigt hjerte med sensorer er lavet af en fransk professor og specialist i hjerte­transplantationer, Alain F. Carpentier. Han har lavet et fuldt implanterbart, kunstigt hjerte i sit biomedicinske firma Carmat SA. I prototypen anvendtes indlejrede elektroniske sensorer lavet af kemisk-behandlet dyrevæv, eller “pseudo-hud” af biosyntetiske, mikroporøse materialer.

To kamre i hjertet er hver delt af en membran, der holder hydraulikvæske på den éne side, og når en motoriseret pumpe bevæger hydraulikvæsken, får det membranen til at bevæge sig, så blodet strømmer gennem den anden side af hver membran. Den side af membranen, som vender mod blodet, er fremstillet af væv, der stammer fra hjertesækken hos hjertet fra en ko (dette er et forsøg på at gøre membransiden mod blodet mere bio-acceptabel). Ventiler er lavet af koens hjertevæv. Sensorer kan opdage et øget pres i enheden. Disse oplysninger sendes til en intern kontrol-enhed, der justerer strømningshastigheden som reak­tion på det øgede behov, når f.eks. en patient bevæger sig. (Tidligere designtyper kunne kun opretholde et konstant flow).

CARMAT-enheden er beregnet til at blive brugt i tilfælde af terminalt hjerte­svigt.

Med en vægt på 900 gram vejer den næsten tre gange mere end et typisk hjerte, og er derfor især rettet mod overvægtige mænd.

Den første implantation af dette kunstige hjerte var i en 75-årig patient d. 18 dec.2013 i Paris. Patienten døde 75 dage efter. Men det kunstige hjerte skønnes at kunne holde 5 år = 230 millioner hjerteslag

(kilde).

Proteser. Hvad er neuroproteser(der kan styre en tyrs adfærd, kommunikere ved hjælp af hjerneimplantater, blinde kan fornemme lys)?

Neuroproteser

Patienter kan genvinde tabt mobilitet takket være en neuroprotese, der styres af patientens egne tanker. Sådanne former for bærbar elektronik gør mennesker til en “sammenkoblet art”, mener nogen filosofisk. Men etablering af hjerne/computer-grænseflader er faktisk 90 år gammelt. Hans Berger fra Friedrich Schiller Universitetet i Jena opfandt i 1924 elektroencefalografi (EEG) og lavede de første optagelser af elektriske signaler fra hjernen. I 1963 indopererede spanieren José Manuel Rodriguez Delgado en elektrode i hjernen på en tyr, hvilket gjorde det muligt at kontrollere tyrens bevægelser ved hjælp af en fjernbetjening, idet han med et tryk på en knap kunne få tyren til at opgive et angreb (Se ­videoen: her).

I 1978 foretog Graeme Clark fra University of Melbourne det første implant i det indre øre: En mikrofon bag øret sendte lyde til elektroder, der var placeret i øregangen og stimulerede hørenerven.

Samme år, 1978, foretog William Dobelle fra Dobelle Institute i Lissabon følgende forsøg: Et kamera blev fastgjort til et par briller og forbundet til 68 elektroder, der var implanteret i den visuelle cortex i en blind patients hjerne, hvilket gav patienten evnen til at fornemme lys. (Denne type af ­retinal implantat har været tilgængelig siden 2002).

Proteser. Hvad er neuroproteser(der kan reducere Parkinson-rysten)?

I 1993 indopererede Alim Louis Benabid fra Université Joseph Fourier i Grenoble hjerne-implantater, der brugte elektrisk stimulation til at reducere Parkinson-rysten.

Proteser. Hvad er neuroproteser(der kan kommunikere ved hjælp af hjerneimplantater)?

I 1996 lod Niels Birbaumer fra universitetet i Tübingen lammede personer bruge simpel EEG til at styre en markør på en computerskærm.

Proteser. Hvad er neuroproteser(locked-in syndrome, kommunikere ved hjælp af hjerneimplantater, rekonstruere billeder af katte ud fra hjernesignaler)?

I 1998 lærte Phillip Kennedy fra Emory University en patient, der led af “låst-inde syndrom” (locked-in syndrome) at flytte en markør på en computerskærm og på denne måde kommunikere ved at vælge bogstaver ved hjælp af elektroder, der var placeret i patientens hjernebark.

I 1999 rekonstituerede Yang Dan fra University of California, Berkeley, billeder af katte ud fra hjernesignaler, der kunne måles ved hjælp af hjerneimplantater.

Proteser. Hvad er neuroproteser(der kan identificere objekter ved hjælp af en kunstig hånd, blive i stand til at gå igen, styre robot med hjernen)?

I februar 2013 foretog man eksperimenter på Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL), hvor oplysningerne flyttede i begge retninger mellem en person og en maskine. En 36-årig dansker, Dennis Aabo Sørensen, der havde mistet sin venstre hånd i en ulykke med fyrværkeri, var ved hjælp af implantatet i stand til med bind for øjnene at identificere objekter ved hjælp af en kunstig hånd, idet han genkendte objekterne på deres stivhedsform. Med en sådan sensorisk feedback ville det være muligt at manipulere skrøbelige genstande via den kunstige hånd.

Proteser, der kan transmittere berøring på denne måde, er måske på markedet inden for et årti, mener EPFL’s robothånd-forsker Silvestro Micera.

På Dennis Aabo Sørensen armstump er en robothånd udstyret med sensorer, der fremsender oplysninger til elektroder, der er implanteret i hans perifere nervesystem på niveau med hans arme. Dennis Aabo Sørensen havde elektroderne implanteret i en måned.

Tidligere kunne mennesker med robot­proteser kun kontrollere dem ved hjælp af visuel information.

I 2014 udførte Miquel Nicolelis fra Duke University et “Walk Again” projekt, hvor lammede mennesker blev i stand til at gå igen ved hjælp af et ydre skelet, der blev styret direkte af personens egne tanker. Over exoskelettets overflade er der udbredt sensorer, der er indbyrdes forbundne som en slags “kunstig hud”, og som kan sende oplysningerne til en trykfølsom skærm, der er placeret på skulderen eller nakken af personen, således at personen kan føle kontakt med jorden og opfatte vibrationer osv. Følelsen af berøring er afgørende for at opnå balance, og dette gør det muligt for personen at styre exoskelettet.

Hjernebølgerne hos de lammede mennesker opfanges ved elektro­encefalografi (EEG) og analyseres ved hjælp af computer-algoritmer, der lærer at genkende personens hensigter, såsom at stå op, bevæge sig, sparke til en bold osv. De lammede personer visualiserer bevægelserne mentalt – og styrer derved bevægelserne af en virtuel avatar. Mennesket skal dog holde fokus og skal have en stor evne til at koncentrere sig.

Næste skridt vil være kirurgi – at implantere en elektode i den motoriske hjernebark, dvs. det hjerneområde, der styrer musklerne. Dette vil erstatte de udvendige EEG-elektroder.

Samsung og Intel tester smartphones, der kan styres med EEG-hjelme (kilde).

Raske personer er i stand til at lære at styre en robot inden for et par uger. De tænker så ikke mere over det, fordi det næsten bliver en forlængelse af deres egen krop. Faktisk undergår hjernen betydelig omorganisering under et sådant forsøg. Studier af dyr har vist, at primater kun behøver et par uger til at lære at styre en robotarm ­eller en gående robot ved hjælp af deres tanker.

Proteser. Hvad er neuroproteser(rotte fortolker fornemmelser via hjernen af en anden rotte)?

Rotter lærte at fortolke fornemmelser, som oplevedes af en anden rotte – f.eks. at den så lys eller følte et tryk på dens knurhår – fordi hjernerne hos de to rotter var forbundet med implantater i deres hjernebark, således at oplysningerne kunne overføres fra den ene rottes hjerne til den anden rottes hjerne.

Proteser: Hjernen: Nye sanser: Infrarødt lys (få en rotte til at kunne fornemme infrarødt lys som en rotte ikke ellers kan)?

I et andet eksperiment kunne rotter fornemme infrarødt lys (der normalt er usynligt for rotter) takket være et implantat i deres somato-sensoriske cortex, der var knyttet til en infrarød detektor.

Sanserne: På hvilke måder kan teknologi give nye sanser?

Udvidelse af de menneskelige evner ved hjælp af bærbar elektronik kan gøres på mange måder. En gruppe studerende på Royal College of Art i London har skabt masker, der kan give overmenneskeligt syn og hørelse. Den første prototype dækker bærerens ører, mund og næse og bruger en retningsbestemt mikrofon til at give mulighed for at høre en enkelt lyd blandt mange lyde i støjende omgivelser. For eksempel kunne personen i en menneskemængde målrette sin opmærksomhed mod en enkelt person og tydeligt høre hans ord uden den omgivende støj.

En anden prototype bæres over ens øjne. Et kamera optager video og sender den til en computer, som kan tilføre den nogle effekter i real-tid og derefter sende det tilbage til bæreren. Man kan for eksempel bruge det til at se bevægelsesmønstre, svarende til virkningerne af fotografering med lang eksponering.

Holdet bag projektet, som kaldes Eidos, ser mange mulige anvendelser af denne teknologi. For eksempel kunne man anvende den visuelle maske til at analysere bevægelse og teknik i sport og idræt. I et andet eksempel kunne koncertgæster tænkes at bruge høremasken til at fokusere på en bestemt kunstner ved en koncert. Selvom Eidos-prototyperne er relativt simple, er ideerne bag projektet interessante. Man må spørge sig selv, om Google-brillen, for eksempel, vil kunne parres med visuelle eller auditive udbygningsteknikker for at “forbedre” bærerens sanser (kilde).

Google-brillen registrerer virkeligheden på nogenlunde samme måde som en telefon eller tablet allerede gør – den forstærker ikke personens sanser, i hvert fald ikke i første udgave.

Google-brillen: Hvad er Google-brillen?

Google-brillen

Google-brillen (eng: Google Glass) er blevet mødt med stor interesse. Den nye brille har en indlagt computer, der kan styres ved talte kommandoer eller ved en touchpad på stellet. Den har også et camera til optagelse af billeder og video. Google begyndte at sælge Google-brillen i USA d. 15. april 2014 for 1500 dollar, ca. 8200 kr. (Officiel lancering 15. maj 2014). Google-brillen er udviklet af Google X, som er den Google-enhed, som arbejder med teknologiske nye ting, såsom udvikling af den førerløse bil. (kilde).

Google-brillen: Kan man få linser til Google-brillen?

Firmaet Rochester Optical laver brillelinser til Google-brillen. Google har også allieret sig med det italienske brilledesign-firma Luxottica, som ejer de populære brands Oakley og Ray-Ban. Oakley har været med på ideen, idet de selv har udviklet en skibrille for skientusiaster, der viser hastighed, afstande og GPS-lokalisering.

Google-brillen: Hvad kan Google-brillen bruges til?

Google har frigivet en video-preview af Google-brillen, der lader brugeren på håndfri måde sende og modtage beskeder, tage billeder og søge på internettet, medens man gør andre ting.

Med smarte briller vil man være i stand til at optage video konstant – filme alt omkring sig – hvilket måske vil kunne underminere tilliden i relationer, mener nogen. Det kunne f.eks. virke distraherende at tænke på, medens man er midt i en samtale.

Det bliver lettere at optage samtaler og filme skjult, og Google-brillen er derfor måske ulovlig i lande som Rusland og ­Ukraine, hvor udstyr, der kan filme skjult, er forbudt.

Google-brillen: Udgør Google-brillen en risiko i trafikken?

Google-brillen kan udgøre en risiko i trafikken – den forventes forbudt i England. I okt. 2013 blev en bilkører i Californien anklaget for at bære Google-brillen, men sagen blev droppet af mangel på bevis på, om Google-brillen var online og aktiv.

Google-brillen: Er det problematisk at være konstant online ved hjælp af Google-brillen?

Man har bekymret sig om virkningen af at være konstant online. Mennesker, der konstant springer fra et medie til et andet, er de mindst vel­informerede, fordi vi ikke kan behandle meget information på samme tid.

Google-brillen: Kan man scanne ansigter med Google-brillen?

Google+ har for at gøre det hurtigere at "tagge" ansigter (dvs. angive personernes navne på billeder) udviklet en Find my Face funktion. Funktionen findes ikke til Google-brillen, men ville så kunne angive personoplysninger om den person, man ser på. Der har været bekymringer om dette – set fra en privat-sfære vinkel.

Kan man scanne ansigter for deres interesser og venner?

Stephen Balaban (fra Lambda Labs) har udviklet et ansigt-scanningsudstyr, som oplyser brugeren om den scannede person med hensyn til interesser og fælles venner.

Google-brillen: Kan Google-brillen kidnappes (hijacking)?

Sikkerhedskonsulent Marc Rogers fra firmaet Lookout opdagede, at bærere af Google-brillen kan blive "hijacked", hvis han ser på et billede med en ondsindet QR-kode.

Google-brillen: Kan Google-brillen misbruges?

Forskere ved University of Massachusetts har udviklet udstyr, der kan stjæle smartphone- og tablet-password ved at bære Google-brillen. De lod Google-brillen huske finger-skygger, når nogen indtastede deres password.

Google-brillen: Kan Google-brillen sikres mod at blive stjålet?

Som det gælder for alt nyt og kostbart, er der en risiko for at få sin Google-brille stjålet. Google-brillens billeder og data mv. kan slettes (resettes) via fjernkontrol.

Google-brillen: Kan Google-brillen bruges inden for sundhedsvæsenet?

Lucien Engelen har siden 2013 forsket i anvendelsen af Google-brillen inden for sundhedsvæsenet, dvs. på operationsstuer, i ambulancer, i redningshelikoptere, hos praktiserende læger og i hjemmeplejen samt hos handicappede. Disse steder bruges Google-brillen til at tage billeder, streame video til andre steder, undervise studerende, diktere sygejournaler og udføre telekonsultation via Google+ Hangout. Han fandt, at billederne og videoerne er brugbare (skærmen skal dog vippes for de fleste anvendelser). Under operationer kan der være brug for stabilisering af billedet, når kirurgen ser væk for at se på en skærm eller ser på personalet. For at holde apparatet sterilt, kan det være nødvendigt, at det kan styres fra et andet apparat.

En tjekliste eller protokol, som vises på Google-brillen, kan være nyttig under den procedure, der skal udføres. En sådan procedure kunne f.eks. være en kirurgisk operation.

Specielle app's vil kunne udvikles til f.eks. at måle en åreforkalkning-­stenose, – og foreslå en passende ballon til karrets udvidelse. Tekniske målinger, såsom ballontrykket, kan vises på brillen. Google-brillen har potentiale for at forbedre patientsikkerheden og gøre procedurer mere effektive, f.eks. ved interventional radiology – som egentlig er billed-hjulpet kirurgi (dvs. røntgen, scanning eller ultralyd under en operation).

Phil Haslam og Sebastian Mafeld demonstrerede, at Google-brillen kunne hjælpe ved udtagning af en leverprøve (leverbiopsi) og ved fistulaplasty (behandling for en fistel, dvs. abnormal forbindelse mellem to organer),

I juni 2013 tog kirurgen Rafael Grossmann som den første Google-brillen med ind på en operationsstue, hvor han havde dem på under en hudgennemtrængende endoskopisk undersøgelse af maven (PEG-procedure, percutaneous endoscopic gastrostomy).

I aug. 2013 blev Google-brillen anvendt på Wexner Medical Center ved Ohio State University, hvor kirurgen Christopher Kaeding anvendte Google-brillen til at hjælpe en kollega i det fjernliggende Columbus, Ohio. En gruppe studerende ved Ohio State University College of Medicine kunne se operationen på deres laptop-computere. Kirurgen sagde bagefter, at da operationen først var i gang, glemte han ofte, at han anvendte Google-brillen, fordi det virkede så intuitivt og uproblematisk.

Den 21. juni 2013 udsendtes optagelser fra en operation foretaget af en spansk læge, Pedro Guillen i Madrid, med Google-brillen. Ved operationen (chondrocyt-implantation i knæet af en 49-årig patient) deltog telemedicin-ekspert Homero Rivas fra Stanford University via Internettet.

Den 28. okt. 2013 var Marlies P. Schijven den første kirurg, der livestreamede en laparoskop-operationsprocedure direkte til YouTube. Under proceduren var hun i direkte kontakt med kirurgen Rafael Grossmann, og det var den første operation, hvor to kirurger begge bar Google-brillen.

Google-brillen gør det muligt for kirurgen at se på et røntgenbillede eller på en MRI-scanning etc. uden at tage øjnene fra patienten. Lægen kan kommunikere med andre læger eller med patientens familie og venner undervejs under operationen.

Det billede, som lægen ser via Google-brillen, kan altså udsendes på Internettet. Hvis man tidligere ville vise en anden læge eller en fotograf noget under en operation, måtte kirurgen bevæge sig til siden, og uroen gav risiko for infektion.

En video, der ser tingene med kirurgens øjne, er den bedste undervisning, når det suppleres af kirurgens kommentarer. I praksis er der kun plads til 1-2 studerende ved en operation, og de kan ikke se alt under operationen. Der findes dog allerede produkter, som kan noget lignende, såsom GoPro Hero 3 og Ustream (hvor lægen bærer et kamera på panden). Men de giver ikke lægen de ekstra informationer, som Google-brillen kan gøre.

Der vil blive lavet tilbehør til Google­-brillen. Der er f.eks. lavet en Breastfeeding app til Google-brillen, som gør det muligt for moderen at holde øjnene på barnet samtidig med, at hun ser instruktioner om amningen og med mulighed for at kontakte en konsulent via Google+ Hangout, som kan se med via moderens Google-brillens camera.

Designergruppen Dentyzion, som er grundlagt af fire tandlægestuderende ved University of Michigan, har i samarbejde med firmaet SurgiTel fremstillet en lup med 2,5 ganges forstørrelse til Google-brillen. Læger og tandlæger kan bruge luppen samtidig med, at de har hænderne frie.

Google-brillen kan tilknyttes særlig software. I april 2014 anvendte læger i Boston Google-brillen til at redde en patients liv ved at bruge specielt software til at scanne gennem hans livshistorie, da det blev klart, at patienten havde givet forkerte oplysninger.

I april 2014 udførtes den første virtuelt-hjulpne operation i Mellemøsten (virtually augmented surgery). I Beirut arbejdede kirurger med Google-brillen på under en operation på en 2½ årig pige med spaltet læbe (hareskår). De kunne undervejs kommunikere med plastkirurgen Raj Vyas ved New York University. Denne operation på et så ungt barn er vanskelig, og under operationen kunne plastkirurgen i New York via sin iPad virtuelt vise lægerne i Beirut, hvor stingene skulle lægges – de kunne se de kirurgiske markeringer gennem brillerne, som om markeringerne var gjort på patientens ansigt.

Google-brillen: Kan Google-brillen bruges til nødhjælp (triage)?

Under katastrofer og krig kan det være nødvendigt at lave en prioritering af patienterne. Denne sortering kaldes ”triage”, afledt af det franske ord "trier", som betyder at adskille eller udvælge. Under 1. verdenskrig inddeltes patienter i tre grupper: de der ville dø, de der ville overleve, og de der kunne overleve, hvis de fik hurtig hjælp. Nu bruges mere avancerede prioriteringer (algoritme-modeller som f.eks. START-modellen for triage).

Den 4. juni 2014 designede en gruppe forskere fra CRIMEDIM, Università del Piemonte Orientale, Italien, et visuelt-guidet triage-system, og afprøvede det under en øvelse med 100 "ofre". Google-brillen og START-triage anvendtes til prioritering, og der fremsendtes data om geolokalisering, oplysning om graden af skade, samt billeder, foruden QR-koder som midlertidig ID-kode (og som også kunne bruges senere på felthospitalet). Dette var første gang, at Google-brillen anvendtes i katastrofemedicin.

Google-brillen: Kan Google-brillen bruges til journalistik?

I 2014 begyndte TV-korrespondent Carolyn Presutti fra Voice of America sammen med en tekniker et webprojekt, VOA & Google Glass, som undersøger denne teknologis muligheder inden for journalistik med live-udsendelser set via Google-brillen.

Det forventes, at Google-brillen hurtigt får konkurrenter. Flere firmaer, f.eks. EyeTap og Tele-Path, arbejder på at udvikle tilsvarende briller, og Microsoft og Samsung kunne tænkes at udvikle konkurrerende produkter.

Sanser: Hvad er Ear Switch (også kaldt Googlebrillen til øret)?

Ny øresans

Kazuhiro Taniguchi fra Hiroshima City University har lavet en prototype af et apparat “Ear Switch”, der anvender infrarøde bølger til at detektere, hvornår bæreren åbner og lukker munden. Disse bevægelser sender tilsvarende kommandosignaler tilbage til Ear Switch.

Ear Switch kan også styres ved at hæve øjenbrynene, skære tænder eller nikke med hovedet. En elektronisk sensor sender infrarøde stråler gennem øret og måler derved de signalforvrængninger, der frembringes ved ansigtets bevægelser. Apparatet er for ørerne, hvad Google-brillen er for øjnene.

Man ville kunne lave en app til denne Ear Switch, der ville lade personen gøre ting, såsom at hente trafikinformation eller få kørselsvejledning ved blot at dreje hovedet eller lave en bide­bevægelse. Det ville også kunne integreres med et kompas, et barometer, en højttaler, en mikrofon, et batteri, GPS-funktioner, en Bluetooth-forbindelse, gyro-sensorer osv. (kilde 10914)

Sanser: Kan man få evne til at føle på afstand?

SpiderSense

En gruppe forskere ved University of Illinois i Chicago forsøger at give mennesker overmenneskelige opfattelsesevner. Ved hjælp af en samling af 13 ultralydbaserede ekkolokaliserings-afstandssensorer, der er placeret på arme, ben, bryst, ryg og pande, fremkaldes et tryk på kroppen, så snart sensorerne registrerer en genstand eller en person mindre end 5 meter væk. Så denne “SpiderSense”-dragt registrerer altså objekter i miljøet og advarer ved at trykke på huden af dragtens bærer, om, at noget er kommet for tæt på.

Bortset fra den klare fordel, det ville kunne give til mennesker, der ser eller hører dårligt, kan sensorerne tænkes at kunne hjælpe i situationer, hvor mennesker har brug for denne ekstra rumlige bevidsthed (såsom brandmænd, der skal navigere i røgfyldte rum, eller cyklister, der cykler på trafikerede veje).

SpiderSense består af tretten sensor-moduler, der er placeret på forskellige dele af kroppen og forbundet til en styringsboks med 10-pin fladkabler. Hvert modul indeholder ultralydssensoren samt en roterende servomotor, der er tilsluttet en trykarm. Meget ligesom radar sender sensorerne impulser og lytter efter refleksioner. Styringsboksen sikrer, at der ikke opstår interferens mellem de forskellige sensorer. Når et modul registrerer et objekt, får servomotoren den relevante trykarm til at rotere og trykker på bærerens krop – og med trykforøgelse efterhånden som objektet kommer tættere på.

Dragten blev udviklet af et team bestående af Victor Mateevitsi, Brad Haggadone, Jason Leigh, Robert Kenyon, og Brian Kunzer, som alle er forfattere på en forskningsartikel om udviklingen af denne SpiderSense.

Victor Mateevitsi præsenterede “SpiderSense”-dragten på 4. Augmented Human International Conference i Stuttgart 2013, Tyskland. Forskerne testede SpiderSense-dragten ved at give nogle frivillige personer bind for øjnene og bede dem udføre nogle simple opgaver såsom at gå gennem en gang med mange mennesker. Testpersonerne havde ingen problemer med at undgå forhindringer og at undgå at støde ind i andre mennesker, men de havde svært ved at navigere mellem et biblioteks reoler (kilde).

Kan computeren integreres med kroppen?

Computer på kroppen

Den bærbare computer er blevet rigtig bærbar. Der findes nu armbånd fra Nike, clip-on-enheder fra Fitbit og brillen fra Google. Vi er kommet så langt, fordi det er lykkedes at krympe computere fra noget, der oprindelig var på størrelse med et værelse, til noget på et skrivebord, til noget man kan holde i hånden, til noget vi nu kan bære på kroppen.

Men computere er stadig bokse, mere eller mindre: Stive enheder, der stikker ud, fordi de ikke er i overensstemmelse med den menneskelige krops runde, elastiske og bløde former. Brugere anvender i dag nøgleringe eller kreditkort-lignende enheder for at godkende en brugers adgang. Men i stedet kunne man på huden have påført en bøjelig mikroprocessor, der indeholder den krypterede adgangskode. Elektronik, som det er nu, er firkantet og stiv, hvorimod mennesker er kurvede og bløde, så det bliver elektronik nok også i fremtiden (kilde).

Hvad er BioStamp?

Et opstartfirma i Cambridge, Massachusetts, ved navn MC10 med 70 ansatte er ved at udvikle en produktionsteknologi, der vil gøre det muligt at indlejre digitale kredsløb i tøj eller bøjelig plast. Det ville betyde, at vi ikke længere vil “bære” computerteknologi som smykker, men kan have det siddende diskret på vores tøj, på vores hud eller endog måske inde i vores kroppe.

“Ved at integrere computerteknologi i bøjelige, strækbare materialer, kan man begynde at tænke helt nye formfaktorer til elektronik,” siger Benjamin Schlatka, der er medstifter af MC10.

Firmaets første computerprototype hedder BioStamp. Det er en samling af sensorer, der kan påføres huden som en midlertidig tatovering. Dens sensorer indsamler data, såsom krops­temperatur, puls, hjernens aktivitet, og kroppens udsættelse for ultraviolet stråling. Den bruger nærfeltskommunikation (Near Field Communication) – en trådløs teknologi, der tillader enheder at dele data med hinanden.

BioStamp kan f.eks. uploade sine oplysninger til en nærliggende smart­phone, hvor disse data kan analyseres.

Udover at være diskret, kan en enhed som BioStamp bæres konstant (den fungerer i omkring to uger), hvilket ændrer muligheden for medicinsk diagnose. Nutidige undersøgelsesteknikker af kroppen giver kun et øjebliksbillede på prøvetidspunktet. Implanterbare sensorer kan derimod give fuldtidsovervågning. I fremtiden kører ambulancen måske hen til dig, fordi de implanterede sensorer i din krop har opfanget de første tegn på et begyndende hjerteanfald.

BioStamp forventes at koste mindre end $ 10 per enhed, og firmaet MC10 sigter mod at have et kommercielt produkt i løbet af de næste fem år.

MC10 er også ved at udvikle en anden enhed, der vil være til rådighed hurtigere. Denne såkaldte Checklight måler hastigheder og gennemslagskraft for at hjælpe med at diagnosticere hjernerystelser i visse sportsgrene. Selvom den ikke er bøjelig, er den dog ganske lille (på størrelse med et kameras hukommelseskort) og kan skjules i en hætte eller bæres i en hjelm.

Checklight blev udviklet sammen med firmaet Reebok, som vil begynde at markedsføre den inden et år. Hvis man tager hårde stykker af plast og gør dem i stand til at fungere computermæssigt organisk med den menneskelige krop, er der ingen grænser for, hvad de kan bruges til.

MC10 har planer om at give licens på sin teknologi til tredjepartnere, som har en størrelse og ekspertise til at bringe produkterne på markedet, hvilket Reebok-samarbejdet er et ­eksempel på.

En anden version af teknologien i BioStamp anvendes i et ­kateter, der er udviklet sammen med firmaet Medtronic, der er producent af medicinsk udstyr, og som er investor i MC10. Kateteret kan indsættes gennem en vene i benet og føres op til patientens hjerte, og oppustes som en ballon for derved at eksponere dens sensor-overflade, og derefter bruges til at indsamle elektriske data om hjerterytmen, som kan være nyttigt for at kunne diagnosticere sjældne forekomster af takykardi. Forsøg på mennesker forventes at starte inden for et år.

De katetre, som man anvender i dag, har ikke denne form for elektronik, som firmaet tager for givet i deres fremtidige produkter. Med de bedre data kan lægerne træffe bedre beslutninger om, hvordan de vil udføre behandlingen.

Men anvendelsesmulighederne er ikke kun inden for sundhedsområdet. Hos AllThingsD.com‘s D11-tech-konference demonstrerede Regina Dugan fra Motorola Mobility, hvordan MC10’s BioStamp kunne bruges til at verificere en persons identitet overfor en computer eller mobilenhed.

Kan man have virtuel kontakt med et kuvøse-barn?

Virtuel kuvøse-kontakt: Ved hjælp af en ”smart jakke” (smart jacket) kan forældre have fysisk kontakt med deres kuvøsebørn, der er født for tidligt og hvor fysisk kontakt er kritisk vigtig for den følelsesmæssige udvikling hos både forældre og barn. Den smarte jakke kommunikerer trådløst med barnet via sensorer, men uden at det er nødvendigt at klæbe sensorer direkte på kuvøsebarnets sårbare hud. Apparatet, der er udviklet på Eindhoven university of Technology i Holland, gør det muligt for forældrene uden for inkubatoren virtuelt at holde deres barn i armene (kilde).

Kan man få løbende feedback på sin siddestilling?

Bevægelse-status: Vi har ofte brug for at være i en stilling i lange perioder, når man arbejder ved et skrivebord. Lumo Back accelerometer registrerer dårlig siddestilling og aktiverer en buzz-summer, der sidder på lænden, for at minde personen om at skifte position eller gå en tur. Det vil give feedback og sørge for, at personen sidder rigtigt. Men det handler om mere end bare at sidde ret op og ned. Lumo Back fortæller også, hvor mange gange personen står op, hvor meget han bevæger sig, og hvor længe han har siddet (kilde).

Kan radiobølger omsættes til lyssignaler?

Radiobølger oversat til optisk signal: Ekstremt svage radiobølger kan oversættes til et optisk signal ved hjælp af en ”nanomekanisk transducer”, som er udviklet af forskere på DTU, Danmarks Tekniske Universitet, der har fået en artikel i Nature.

Dette opnås ved at lade elektriske ladninger, som fremkaldes af radiobølger, passere gennem et sæt elektroder, således at dette forårsager, at en aluminium-belagt membran, som kun er 100 nanometer tyk, kommer til at vibrere. Når et laserlys sendes mod den vibrerende membran, tilbagekastes (reflekteres) laserlyset, der rammer membranen, og på den måde kan vibrationen omdannes til et optisk signal. Systemet her kan tænkes at have talrige anvendelsesmuligheder inden for medicinsk billeddannelse, rumforskning, kommunikation, navigation mv.

Metoden, der kaldes opto-mekanik, er et kompliceret samspil mellem en mekanisk bevægelse og optisk stråling. Laserlyset har næsten ingen støj, da alle dets fotoner er identiske. På den måde udnyttes nano-membranens særlige egenskaber fuldt ud (kilde).

Chips ved 300oC

Indsættelse af en sandwich-isolering mellem lag af silicium har tilladt forskere ved Fraunhofer institutet for mikroelektroniske kredsløb i Tyskland at lave mikrochips, der fungerer i temperaturer så høje som 300°C, hvilket giver mulighed for bedre elektronik i bl.a. geotermiske energianlæg, hvor konventionel mikroelektronik ikke kan arbejde på grund af de høje temperaturer.

Jordens kerne menes at have temperaturer på op til 7000°C, og i en dybde på 4-6 kilometer er temperaturen fra 150 °C til over 200 °C. Denne varme repræsenterer en gigantisk energi­reserve, som kan bruges som en vedvarende energikilde i form af geotermisk energi. De borehoveder og borehul-sonder, der anvendes hertil, er højteknologiske maskiner, der er udstyret med sensorer og kontrolmekanismer for deres indtrængen i Jordens indre. De kan derved styres meget præcis eller kan ligefrem på autonom måde analysere miljøparametre dybt nede og derved lokalisere varme områder, der kan bruges til geotermisk produktion. Der er dog det problem, at disse mikrochips når deres termiske grænse, når de udsættes for temperaturer over 200°C. Konventionelle halvleder-chips kan undertiden tåle temperaturer op til 250°C, men kun i en begrænset tid – og vedvarende afkøling af den varmefølsomme mikroelektronik er vanskelig.

Men nu har forskere på det tyske institut udviklet en ny type af ekstremt kompakte højtemperatur-mikrochips, der opererer ved temperaturer op til 300°C. De nye mikrochips er kun 0,35 mikrometer store – dvs. betydeligt mindre end de højtemperatur-chips, man har til rådighed i dag. De nye chips er fremstillet ved en silicon-on-insulator teknologi (SOI), således at et særligt kemisk lag isolerer transistorerne fra hinanden – og derved forhindrer lækstrømme i at påvirke driften af chippen. Lækstrømme opstår især ved forhøjede temperaturer. Forskerne bruger wolfram-metallisering til deres chips, som er mindre temperaturfølsomt end aluminium, der normalt anvendes. Bortset fra i forbindelse med geotermisk energi, samt naturgas eller ved olieproduktion kan de mere varmetålende mikrochips også vise sig værdifulde inden for luftfart, for eksempel ved at gøre det muligt at placere sensorer tættere på turbinemotorer for derved bedre at kunne observere deres funktion, hvorved man vil kunne opnå mere effektiv kontrol, spare jetbrændstof og gøre luftfart mere miljøvenlig. De første feltforsøg af de nye chips har givet positive resultater.

(kilde).

Nanosvamp: Kan nanofibrilleret cellulose bruges til at opsuge olie?

Nano mod olie: Forskere på det schweiziske EMPA har skabt en svamp af cellulose-nanofibre, som kan opsuge olieudslip og skille olie fra vand. Svampen er lavet af almindelig cellulose – såsom papir, træmasse og landbrugsaffald – men ændret til et ultralet materiale af såkaldt silyleret nanocellulose. Svampen er ved behandlingen ændret til et tredimensionalt cellulose-netværk af tynde plader og nanofilamenter, der er dækket af polysiloxaner.

Dette materiale er vandskyende og olieopsugende. Det har ekstremt høj porøsitet (99% eller mere). Det kan let fremstilles ved at frysetørre vandige suspensioner af det nanofibrillerede cellulose (NFC) under tilstedeværelse af methyltrimethoxy-soler af forskellige koncentrationer.

Sammenlignet med konventionelle, uorganiske, porøse materialer, har de silylerede NFC-svampe en hidtil uset fleksibilitet med en maksimal gendannelse på op til 96% af den oprindelige tykkelse efter 50% sammenpresning. Svampen kan opsamle en lang række organiske opløsningsmidler og olier med absorptionskapaciteter på op til 100 gange dens egen vægt. Dens alsidige anvendelighed åbner op for muligheder for at lave nye biomaterialer med specieldesignede egenskaber

Nanosvamp: Hvordan fremstilles nanofibrilleret cellulose?

Fremstilling

Det nanofibrillerede cellulose (NFC) ekstraheres fra det cellulose-holdige materiale (f.eks. halm eller genbrugspapir) ved at tilsætte vand og presse den vandige pulp-masse gennem snævre huller under højt tryk. Dette frembringer en suspension med gel-lignende egenskaber, der indeholder lange, med hinanden forbundne cellulosenanofibre. Når vandet fra gelen erstattes med luft ved frysetørringen, dannes en nanocellulose-svamp, som både absorberer vand og olie. Dette materiale synker i vand og kan ikke bruges til olieopsamling. Men forskerne har haft held med at ændre de kemiske egenskaber ved at tilsætte alkoxysilan i gelen før frysetørringen. Nanocellulose-svampen mister derved dets vandelskende (hydrofile) egenskab, synker ikke mere ned i vandet og binder sig kun til olieholdige stoffer. Denne “silylerede” nanocellulose-svamp absorberede i laboratoriet stoffer som motorolie, siliconeolie, ethanol, acetone og ­chloroform på sekunder. Svampen bliver ved med at flyde på vandoverfladen, selv når den er fuldt mættet med olierne. Samtidig er stoffet i sig selv bionedbrydeligt, men naturligvis vil det ved brug i forbindelse med en olieforurening nemt kunne hentes op af vandet og deponeres som olieaffald, eller måske genbruges (kilde).

Computer: Kan krypering laves ved hjælp af kvantekryptografi (QKD-protokol)?

Her i den moderne verden er det blevet vigtigt at kunne kryptere data og have en nøgle, der giver mulighed for, at modtageren kan læse de krypterede data. Virksomheder bruger rigtig mange penge på at forsøge at beskytte følsomme oplysninger, men det nuværende system, RSA, menes kun at være en anelse foran hackerne. (Betegnelsen "RSA" er opkaldt efter de tre unge matematikere Ron Rivest, Adi Shamir og Len Adleman, der i 1977 beskrev metoden i en artikel. Det bygger på beregninger med primtal, og er afhængig af en offentlig krypteringsnøgle for almindelig tekst samt private krypteringsnøgler, men for at være sikkert, forudsætter det, at en hacker ikke har været i stand til at få adgang til en sådan privat nøgle. Et andet svagt punkt er, at det er baseret på matematiske algoritmer, der kan afsløres med tilstrækkelig hurtig computerkraft.

Derfor har nogle kryptologer overvejet muligheden af at bruge quantum-key-distribution (QKD), hvor kvantum-bits bruges til at repræsentere de private nøgler. Den vigtigste fordel ville være, at i henhold til fysikkens love burde det så være umuligt for en hacker at bruge nøglen uden at blive afsløret – så man derved kan forhindre de følsomme data i at blive sendt.

Et team af fysikere ved Bristol University i England har foreslået en mulig metode til at tillade kvantum-baseret kryptografi mellem en stor serverstation og en lille håndholdt enhed, såsom en mobiltelefon. De beskriver en sådan teknik i en artikel, som de har uploadet til preprint-serveren arXiv.

Bristol-fysikerne foreslår altså en måde at gøre kvantekryptografi (QKT) tilgængelig i håndholdte maskiner. Indtil nu har den vigtigste hindring for at bruge QKD været, at det kræver en masse tungt udstyr og en støjfri transport af data mellem afsender og modtager på grund af QKD-systemets følsomhed over for støj. I deres artikel hævder Bristol-fysikerne at være kommet på en idé, der måske kan overvinde disse begrænsninger, i det mindste på modtagersiden. Ideen er baseret på, hvad de kalder en "referenceramme-uafhængig QKD-protokol til polarisering af qubits i polarisering-opretholdende fibre", hvilket betyder, at de vil bruge matematik (baseret på målinger foretaget i tilfældige retninger) til at beskrive en måde til at flytte fotoner gennem fiberkabler uden at forstyrre fotonernes polarisering.

Det ville kræve et hold af andre fysikere, ingeniører og computerfagfolk at bringe deres idé ud i livet, og det er ikke sikkert, at den virkelige verdens systemer faktisk er i stand til at overvinde den iboende støjfølsomhed (kilde).

Hvad er spektroskopi (Raman-spektroskopi; håndholdt spektroskopi)?

Spektrometri er en teknik, der anvendes til at vurdere koncentrationen eller mængden af et givet kemikalie (et atom, et molekyle eller et ionisk stof). Instrumenterne, der udfører sådanne målinger, kaldes spektrometre.

Spektroskopi er almindeligt anvendt inden for fysisk kemi og analytisk kemi til identifikation af stoffer ud fra det spektrum, der udsendes fra stoffet, når stoffet bestråles, – eller på basis af, hvad der absorberes af stoffet. Denne målemetode anvendes af laboratorier på universiteter, men med mindre og lettere instrumenter kan man nu også begynde at anvende målemetoden andre steder.

Hvert stof har et unikt optisk fingeraftryk, der kan fanges ved hjælp af den såkaldte Raman-spektroskopi. Opkaldt efter C.V. Raman. Det er en analytisk teknik til identifikation af molekyler i gasser, væsker og faste stoffer ved spredning af laserlys. Identifikation sker ved påvisning af lysspredningen, hvor lyset ændrer sin frekvens som følge af vekselvirkning med stoffet.

Raman-effekten kan beskrives som lys-fotoner, der kolliderer med molekyler – og herved udveksler energi med molekylernes indre bevægelsestilstande (molekylets vibrationer og rotation).

Udveksling af energien E fører (på grund af kravet om energibevarelse) til, at fotonens frekvens ændres med en størrelse, som er Energien delt med Plancks konstant "h" (altså E/h).

Ved Raman-spektroskopi sendes lys med en veldefineret frekvens fra en spektrallampe eller fra en laserkanon ind mod molekylerne. Frekvensfordelingen af det spredte lys kaldes Raman-spektret. Det giver oplysninger om molekylernes energitilstand, hvilket afslører deres struktur og de kræfter, der binder atomerne sammen.

I faste stoffer er Raman-effekten knyttet til lysspredning på urenheder eller som følge af elastiske svingninger i stoffet [de såkaldte fononer].

Med korte lyspulser giver metoden indblik i kemiske og biologiske reaktionsprocesser. Raman-spektroskopi med flerfarvet lys har høj følsomhed og benyttes f.eks. til at bestemme temperaturer og kemiske forbindelser i flammer.

Det Raman-spredte lys er meget svagt, og der kræves ofte ekstraudstyr for at se det. Ved hjælp af nano-overflader er det lykkedes det svenske firma Serstech at forstærke signalet flere størrelsesordener (orders-of-magnitude) og firmaet har fået succes med deres kun 15 cm store, kommercielle Raman-spektrometer, der kun vejer 500 gram. (Serstechs spektrometer-enhed er så lille, at det kan indbygges på en silicium-chip).

Dette apparat har et 785 nm ­Raman-spektrometer, der kan bruges til kemiske analyser på stedet. Samtidig har det en database på over 9000 stoffer, og det bruger genopladelige Li-batterier med ca. 4 timers driftstid. Dette apparat kan bruges til at undgå potentielle ulykker, sabotage, misbrug og katastrofer. F.eks. ville Serstech-indikatoren på stedet kunne identificere indholdet i en pose med hvidt pulver, som opdages i lommen på en mistænkt, eller hvis man ved en rutinekontrol af en lastbil finder containere med uidentificerede kemikalier.

Indikatoren kan også påvise kvaliteten af råvarer. Materialeegenskaber kan måles gennem de fleste plasttyper og glasbeholdere – dvs. uden at man behøver at udtage en testprøve.

En anden anvendelse er at bestemme den specifikke plasttype (sortering og genanvendelse af plast gøres lettere).

Raman-spektroskopi er altså at bruge lys til at afsløre fakta, og dette bliver stadig mere brugt. Da alle stoffer fordamper molekyler, der kan påvises ud fra deres eget specifikke spektrale signatur, hvis de udsættes for et passende lys eller laserlys, er det som et fingeraftryk – unikt for det specifikke stof, og dette kaldes Raman-spektret for stoffet.

Til bestemmelse af koncentrationer anvendes ofte absorptionsspektroskopi og fluorescens-spektroskopi – og ofte kræver dette farvepåvisning. Absorptionsspektroskopi refererer til spektroskopiske teknikker, der måler absorptionen af strålingen som en funktion af frekvensen eller bølgelængden på grund af strålingens interaktion med prøven. Prøven absorberer energi (fotoner) fra strålefeltet. Intensiteten af absorptionen varierer som en funktion af frekvensen af strålingen, og denne variation udgør “absorptionsspektret”. Absorptionsspektroskopi anvendes ofte til kvantificering af mængden af et stof.

Infrarød spektroskopi og spektroskopi, der går fra ultraviolet lys til synligt lys, er særlig udbredt til sådanne analytiske målinger. En metode er at lede strålingen mod en prøve, og derefter måle intensiteten af den stråling, der passerer gennem, eftersom den overførte energi kan anvendes til at beregne den absorption, der er sket (kilde).

Remote sensing: Hvad er satellit-duer (mikrosatellitter)?

Fra nogle hjem i San Francisco designer, bygger og driver en gruppe iværksættere et netværk af satellitter, som de kalder “duer”. En demonstrations­satellit blev gjort færdig i en garage i 2012 og iværksætterne har etableret firmaet Planet Labs Inc med det formål at skabe et satellit-netværk til optagelse af satellitbilleder af Jorden og med åben adgang til disse data. (Planet Labs blev grundlagt i 2010 under navnet Cosmogia Inc. og er altså baseret i San Francisco (kilde).

Satellit-initiativerne får opmærksomhed fra større teknologivirksomheder. Der er rygter om, at Skybox er i forhandlinger med Google, der tidligere købte drone-opstartfirmaet Titan. Facebook købte den britiske droneproducent Ascenta (kilde).

Der er ingen tvivl om det potentiale, som disse systemer tilbyder – men det åbner også døren for industrispionage og kontrol over folkelige oprør.

Hvad kan droner bruges til?

Droner kan bruges til ikke-militære opgaver: Da firmaet Domino i et reklamefremstød sendte pepperoni-pizzaer frem på 10-minutter ved hjælp af droner for at demonstrere, hvordan grillvarer kan leveres i fremtiden, sagde den græske iværksætter Andreas Raptopoulos til sig selv: Hvorfor bruger man denne teknologi til at sende pizzaer, hvorfor bruger man ikke denne teknologi til at redde nogens liv, når en mor har brug for medicin eller et barn har brug for medicin, i stedet for at risikere at hænge fast med en lastbil på en mudret vej. Ved en præsentation på Silicon Valley’s Singularity University – der har til formål at tilskynde virksomhedsledere til at bruge teknologi til at løse humanitære problemer – slog det ham, at et netværk af droner (ubemandede luftfartøjer, UAV) ville kunne levere medicinske forsyninger på tværs af dele af den tredje verden, der er utilgængelig på anden måde. Denne idé blev hurtigt til et opstartfirma, kaldet Matternet – et netværk til transport af materialer. Firmaet har til formål at hjælpe den milliard mennesker, der ikke hele året rundt har adgang til veje. Det nye system kan bruges til at opbygge infrastrukturen på samme måde som mobilnet har overhalet fastnet-telefoni i lande med dårligt telefonnetværk.

Droner med otte propeller kan bruges til at transportere små genstande, der vejer op til 2 kg. I Afrika syd for Sahara er 85% af vejene utilgængelige i regntiden.

Der indgår tre dele for at få systemet til at virke, så man f.eks. ville kunne levere medicinsk udstyr: Dels dronerne selv, dels landingsstationer hvor man kan aflevere pakkerne og dels software, der sikrer at dronerne når sikkert frem. På grund af deres korte batterilevetid vil det være nødvendigt med et netværk af droner, som skal arbejde sammen i pendulfart mellem jordstationerne.

I stedet for en drone, der flyver i 60 minutter, ville der f.eks. være seks, der hver flyver 10 minutter. Hvis man kun flyver mellem så tætliggende jordstationer ved man, hvis der er et bjerg på strækningen, så man kan undgå det. Konceptet er at have disse jordstationer fysisk placeret, hvor man har brug for dem. Operativsystemet vil også sikre, at dronerne ikke kolliderer med hinanden. Enhver kan stort set oprette et sådant transportnetværk. Det er basalt set decentraliseret. Man behøver ikke regeringer til at etablere det og ikke engang store firmaer.

Men man må bevise, at systemet fungerer, før man begynder at opskalere, for der kan tænkes alle mulige problemer, såsom hvordan man sikrer sikkerheden, og at tyve bare stjæler dronerne. Matternet anslår at prisen for ubemandede droner vil være 60000 kr. pr. drone og 30000 kr. pr. jordstation. Et netværk af fem jordstationer og 10 droner, samt opsætning og uddannelse af personale, ville koste en velgørende organisation omkring 900.000 kr. En otte-propel drone kan bære to kilo og rejse 10 km i godt vejr. Batterierne skal udskiftes hver 600 cyklusser. Hvis de velgørende organisationer ved, at det fungerer, og de ved, at det redder liv, er det ikke så stort et beløb (kilde).

Hvad kan droner bruges til(flyvende æsler, Flying Donkey Challenge)?

Flyvende æsler

“Flyvende æsler” er store lastrobotter, der er i stand til at flyve med tunge laster over lange afstande. De første kommercielle, flyvende æsler skal være klar i Afrika i 2020. De skal bære mindst 20 kilo over 50 km på under en time. Da befolkningen i Afrika vokser for hurtigt til at kunne nå at opbygge vejnettet, vil transporten skulle suppleres fra luften. Det er håbet, at titusinder af relativt billige flyvende æsler vil operere på et etableret netværk i Afrika og globalt inden for en generation, og derved kunne skabe arbejdspladser og muliggøre e-handel i Afrika.

Der afholdes en årlig challenge i Afrika, hvor verdens førende robotforskere, ingeniører, lovgivere, iværksættere, logistikere og designere kan vinde penge ved at udvikle last-robotter med en maksimal startvægt på op til 60 kilo.

Inden 2020 vil der blive afholdt et race af Flying Donkeys rundt om Mount Kenya på under 24 timer, som skal bære på 20 kilo nyttelast undervejs. Vinderen kan se frem til en præmie på flere millioner dollar.

Mount Kenya.

Inden 6 år vil der blive afholdt et race af "Flying Donkeys" rundt om Mount Kenya på 1 døgn. Dronerne skal på distancer af mindst 50 km bære på 20 kilo nyttelast undervejs. Vinderen kan se frem til en præmie på flere millioner dollar.

En aktør er La Fondation Bundi (en schweizisk non-profit organisation), som er et initiativ ved École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), placeret ved Geneve-søen. En anden aktør er det schweiziske nationale center for forskning i robotter (NCCR) med ekspertise i bio-inspirerede, flyvende robotter. Forventningen er, at titusinder af flyvende æsler vil operere globalt inden for en generation. Fonden har identificeret en række tekniske, juridiske, logistiske, arkitektoniske og designmæssige udfordringer (challenges). Foreløbig har 33 hold fra Afrika, Australien, Europa, Indien og Nordamerika ansøgt om at deltage i den første udgave af Flying Donkey Challenge, der vil blive afholdt i Kenya 8.-16. nov. 2014 (kilde).

Hvor hurtigt kan 1 km vandslange udlægges?

Vandslanger er vigtige i nødsituationer. Nogle unge mennesker har udviklet et projekt, de kalder Tohl. Med et simpelt apparat kan de rulle en kilometerlang, bøjelig polyethylen-slange ud fra en lastbil eller en helikopter. I et forsøg lykkedes det at udrulle 1 km på 9 minutter. Metoden kan reducere omkostningerne til hurtig transport af vand og andre væsker med så meget som 90%, og spare tusindvis af timers daglige vandringer efter vand i udviklingslande. Firmaet blev grundlagt af Benjamin Cohen og Apoorva Sinha som reaktion på vandforsyningsproblemerne ved jordskælvet i Haiti i 2010 (kilde).

Kunstig intelligens: Hvad er deep learning (dyb indlæring, dyb læring)?

Deep Learning: Google, Facebook og andre internet-firmaer konkurrerer om at monopolisere de største hjerner i verden inden for kunstig intelligensforskning.

Google har angiveligt betalt 2,2 milliarder kr. for at erhverve sig Deep­Mind Technologies, et opstart-firma fra London, der havde samlet sig en af de største koncentrationer af forskere i verden inden for såkaldt deep learning (dyb indlæring), et relativt nyt begreb inden for forskning af kunstig intelligens, der sigter mod at kunne klare opgaver såsom at genkende ansigter på video eller ord i menneskelig tale.

Google forventer at deep learning kan hjælpe dem med at skabe nye typer af produkter, der kan forstå og lære af de billeder, tekst og videoer, vi sender på nettet. Deep learning involverer håndtering af store mængder af data ved hjælp af simulerede netværk af millioner af indbyrdes forbundne neuroner.

DeepMind blev stiftet for blot to år siden. Demis Hassibis, en 37-årig spildesigner og neurolog, var medstifter. DeepMind-firmaet arbejder inden for et område, som kaldes forstærket læring (reinforcement learning), som indebærer at kunne få computere til at lære om verden, selv ud fra meget begrænset feedback.

DeepMind-software kunne f.eks. lære at spille spil ved blot at bruge de oplysninger, som var synlige på en videoskærm, såsom pointgivningen ved forskellige handlinger.

Det såkaldte “Google Brain” eksperiment, hvor et stort neuralt netværk i 2011 lærte at genkende katte og andre objekter ved bare at kigge på fotos fra YouTube, bliver ofte taget som et bevis på muligheden af “dyb læring”. Det er forsøg på at bruge maskinlæringsstrategier til at simulere de neurale netværk i hjernen.

Men Googles system har ikke menneskets evner, og i bedste fald kunne det kun opvise ansigter i 81 procent af forsøgene. Mennesket behøver ikke at se en million katte for at forstå, hvad en kat er. Udfordringen er større, når man ikke har en masse eksempler. Stanford University blev inspireret af Google Brain eksperimentet og udviklede et endnu større neuralt netværk med hundredvis af millioner af forbindelser. Men det synes ikke at være så simpelt som bare at gøre det neurale netværk meget større.

Da mennesker ikke kan programmere tilstrækkelig mange regler ind i en computer til, at den kan forstå verden, så vil man i stedet prøve at få computeren til at lære reglerne selv.

Edb-programmer kan forbedre søgemaskinerne og hjælpe robotter til at lære at navigere i den menneskelige verden. Google har købt over 150 virksomheder. Google har bl.a. erhvervet flere førende robotteknologi-selskaber.

For nylig købte Google virksomheder inden for menneskelignende robotter, robotter med 3D-vision, robot-arme til industrielle processer, robotter til at lave film, neurale netværk, maskinlæring, ansigtsgenkendelse, gestus-genkendelse, sprogbehandling, intelligente termostater, intelligente røgdetektorer, intelligente køretøjer, robotter til brug i krig (BigDog til at bære tunge byrder på slagmarken og Cheetah, der kan sprinte afsted med 45 km/timen samt Atlas, der er et eftersøgnings- og redningsrobotsystem) mv.

Google er nu fokuseret på store datamængder (Big Data) og på at lade folk søge oplysninger i realtid, navigere i realtid via Google Maps og kommunikere i realtid via Docs, Gmail mv. Desuden vil Google givetvis gerne ind på køb/sælg-markedet, hvor Amazon/eBay er meget aktiv (kilde).

Den kinesiske internetgigant Baidu forsker også i metoder til at bygge kunstige, neurale netværk, der lærer uden vejledning fra mennesker. Baidu har etableret et Silicon Valley laboratorium i USA (kilde).

Hvad er en E-cigaret app?

Smokio er en “smart” e-cigaret, der kan forbindes til en smartphone og f.eks. oplyse damptætheden ved hvert sug, så brugeren kan holde styr på, hvor meget der inhaleres. Den elektroniske cigaret er en stor hjælp for folk, der ønsker at holde op med at ryge, fordi den efterligner bevægelserne og den følelse, at man har noget i munden, når man ryger cigaretter, men folk er ikke sikker på, hvor meget de bruger deres e-cigaret, så nogle mennesker kommer rent faktisk til at ryge mere.

Smokio e-cigaretten løser dette problem ved at synkronisere med personens smartphone og viser antallet af sug og hvor mange cigaretter det svarer til. Det viser også, hvor mange penge, man har sparet ved ikke at købe cigaretter.

Hvis man ønsker at stoppe med at ryge, kan man hente app’s til hjælp. For iPhone og Apple-enheder er den mest populære app til dette formål LIVESTRONG MyQuit Coach, hvor man indtaster antallet af cigaretter, som man ryger om dagen. Denne app hjælper med at skære langsomt ned, indtil man ikke længere ryger.

Til Android-enheder er den mest populære app QuitNow!, som hjælper med at spore, hvornår man hungrer efter en smøg, og som viser data om, hvor mange penge, man har sparet, og hvor meget bedre ens helbred er blevet, siden man skar ned på rygningen.

Ellen Beckjord, der er assisterende professor i psykiatri ved University of Pittsburgh siger, at man ikke kan nå ud til folk, når de virkelig har brug for det. Der er brug for real-time interventioner og netop smartphone-platformen kan tilbyde dette. Ellen Beckjord arbejder i øjeblikket på en rygestop-app kaldet QuitNinja, som i modsætning til andre apps på markedet bliver undersøgt i randomiserede, kliniske forsøg. QuitNinja indfanger data om, hvornår brugeren har trang til at ryge, hvad denne trang er associeret med og hvor lang tid der er gået, siden brugeren sidst røg. Disse oplysninger giver mulighed for indgreb, såsom at give et positivt budskab, sende fotos eller videoer, og på anden måde forsøge at aflede personen fra at ryge (kilde).

Tegn abonnement på

BioNyt Videnskabens Verden (www.bionyt.dk) er Danmarks ældste populærvidenskabelige tidsskrift for naturvidenskab. Det er det eneste blad af sin art i Danmark, som er helliget international forskning inden for livsvidenskaberne.

Bladet bringer aktuelle, spændende forskningsnyheder inden for biologi, medicin og andre naturvidenskabelige områder som f.eks. klimaændringer, nanoteknologi, partikelfysik, astronomi, seksualitet, biologiske våben, ecstasy, evolutionsbiologi, kloning, fedme, søvnforskning, muligheden for liv på mars, influenzaepidemier, livets opståen osv.

Artiklerne roses for at gøre vanskeligt stof forståeligt, uden at den videnskabelige holdbarhed tabes.