Оцените выбор Engineering.com пяти инженерных чудес 2023 года

Подошёл к концу 2023 год, в течение которого мы видели множество удивительных технологических достижений во всем мире: от iLet Bionic Pancreas (системы, регулирующей подачу инсулина диабетикам) до сообщений Scientific American о возможности 3D-печати звуковыми волнами. Эксперты engineering.com очень хорошо представляют, какая работа должна быть проделана, чтобы воплотить эти чудеса в реальность. Мы составили список изобретений, мировых рекордов, инноваций и многого другого, а затем сократили его до пяти выдающихся инженерных чудес 2023 года. Предлагаем вам оценить наш выбор.

5. B-21 Raider компании Northrop Grumman

В ноябре совершил свой первый полет B-21 Raider компании Northrop Grumman. Планируется, что этот межконтинентальный бомбардировщик заменит большую часть парка бомбардировщиков ВВС США, поэтому он оснащен лучшими технологиями и инженерными разработками, которые можно купить за 750 миллионов долларов — это примерная стоимость одного самолета.

Хотя самолет напоминает B-2, он меньше, вдвое легче и имеет на 40 футов меньший размах крыльев. Многое о машине до сих пор неизвестно, по крайней мере, широкой публике. Но то, что известно, впечатляет. Он оснащен двумя двигателями Pratt & Whitney PW9000 с тягой 27 000 фунтов (120 кН) каждый и способен нести боекомплект весом 20 000 фунтов (9100 кг).

Одной из причин сходства с B-2 было решение использовать в конструкции B-21 максимум проверенных технологий, чтобы инженеры могли сосредоточиться на инновациях в других аспектах машины. Например, издание Aviation Week Network сообщило, что для уменьшения радиолокационного сечения B-21 инженеры многократно применяли электромагнитную симуляцию вместо традиционного метода проб и ошибок, использовавшегося при проектировании других бомбардировщиков.

Бомбардировщик также является первым военным самолетом, полностью спроектированным с использованием цифровых технологий. В том числе был создан цифровой двойник летательного аппарата, в котором были заданы физические характеристики и форма каждой части. Это облегчило инженерам поиск ошибок и проблем в проектах на ранних этапах разработки, что значительно снизило затраты. Aviation Week Network также сообщил, что для оптимизации чувствительности самолета к деформациям потока воздуха использовались методы вычислительной гидрогазодинамики (CFD).

4. Сфера в Лас-Вегасе

В Вегасе нет ничего маленького, и его новый объект, Сфера высотой 366 и шириной 516 футов, не является исключением: она побила рекорд, став самой большой сферической конструкцией в мире. Сообщается, что её строительство и проектирование обошлись более чем в 2,3 миллиарда долларов. На внешней стороне здания находится светодиодный экран площадью 580 000 квадратных футов, на котором демонстрируются различные изображения: от мест на Земле и спутниковых снимков до сцен из Кинематографической вселенной Marvel (КВМ).

В Сфере заперта Гуся, инопланетное существо флеркен. Осторожно, она собирается выпустить свои щупальца (изображение Autodesk)

Но внешний вид — это только начало. Внутри Сферы находится экран площадью 160 000 квадратных футов с разрешением 16K и звуковыми и температурными функциями, которые могут индивидуально формировать эффект погружения на каждом из 10 000 иммерсивных кресел на площадке. В здании также имеется 7600 обычных мест для сидения и 20 000 стоячих мест. Другие иммерсивные дополнения включают имитацию ветра и запахов, а также сфокусированное аудио. За прозрачным светодиодным экраном спрятаны 1586 динамиков, 167 000 громкоговорителей и 300 модулей мобильных динамиков. Внутри также есть роботы, которые приветствуют людей и отвечают на простые вопросы.

Мы же вам говорили! (изображение Autodesk)

3. DRIVE PILOT от Mercedes-Benz для беспилотных автомобилей 3-го уровня автономности

В гонке за полностью автономными автомобилями компания Mercedes-Benz в сентябре этого года опередила своих конкурентов, поскольку ее система DRIVE PILOT была сертифицирована как первая в мире система 3-го уровня автономности (SAE level 3). Это сделает электромобиль EQS первым автомобилем с условно автоматизированным вождением. Уровень 3 отличается от уровня 2 тем, что при определенных обстоятельствах водитель-человек может полностью отключиться от управления и заняться чем-то другим.

Предстоит еще большая работа, необходимая для сертификации автономного транспортного средства уровня SAE 3. Автомобиль необходимо будет смоделировать, протестировать и оснастить многочисленными датчиками для обеспечения безопасности. Требуется гораздо больший объем испытаний, чем для уровня 2, поскольку в этом случае человек больше не управляет автомобилем. Это означает, что при полной автономности большую часть обязательств и рисков берет на себя компания, производящая автомобиль. Для DRIVE PILOT определены условия, при которых может осуществляться автономное вождение: это движение автомобиля со скоростью до 40 миль в час, на соответствующим образом оборудованных участках автомагистралей и при высокой плотности движения.

Для того чтобы снизить риски и выполнить обязательства, связанные с сертификацией автономного транспортного средства уровня 3, система DRIVE PILOT компании Mercedes-Benz была спроектирована так, чтобы включать в себя множество дублирующих функций, таких как:

• дополнительные рулевые и тормозные приводы;
• дополнительные бортовые электрические системы;
• многочисленные датчики, включая лидары, камеры, микрофоны и датчики влажности;
• системы позиционирования высокой точности.

«DRIVE PILOT — это первая и единственная в мире система условно-автоматического вождения, одобренная согласно международным стандартам, — заявил в пресс-релизе Маркус Шефер, член правления Mercedes-Benz Group AG и главный технический директор. — Она имеет сложную системную архитектуру, основанную на избыточности множества различных типов датчиков. Я твердо убежден, что избыточность является ключом к безопасному автоматизированному вождению для уровня 3 и выше. Безопасность является одной из основных ценностей Mercedes-Benz. Ответственное обращение с этой технологией является нашим главным приоритетом и ключевым фактором для одобрения клиентами и обществом».

2. Квантовый компьютер на 1000+ кубитов от Atom Computing

В конце октября компания Atom Computing выиграла гонку за преодоление порога в 1000 кубитов на одной платформе квантовых вычислений. IBM отреагировала быстро, выпустив собственную систему, которая в начале декабря также преодолела этот барьер.

«Этот скачок на порядок — от 100 до 1000 с лишним кубитов в одном поколении — показывает, что наши системы атомных массивов быстро завоевывают позиции в более развитых кубитных технологиях, — сказал Роб Хейс, генеральный директор Atom Computing, в своем пресс-релизе. — Мы с самого начала сосредоточились на масштабировании технологии до больших количеств кубитов, поскольку это имеет решающее значение для отказоустойчивых квантовых вычислений. Мы тесно сотрудничаем с партнерами для поиска приложений, которые в ближайшей перспективе смогут воспользоваться преимуществами этих более масштабных систем».

Преимущество отказоустойчивых квантовых компьютеров заключается в том, что они могут справиться с накоплением ошибок в ходе вычислений, обеспечивая более точные результаты. По данным Atom Computing, чтобы достичь этого уровня, системе потребуются сотни тысяч, а может быть, и миллионы физических кубитов. Поэтому достижение значений в тысячи кубитов представляет собой скачок на порядок на пути к этой цели.

Пол Смит-Гудсон, вице-президент и главный аналитик Moor Insights & Strategy, высоко оценил инженерные разработки, которые Atom Computing использовала для того, чтобы опередить IBM. Он сказал: «Очень впечатляет то, что Atom Computing, основанная всего пять лет назад, конкурирует с более крупными компаниями, обладающими большими ресурсами и сохраняющими свои позиции. Компания сосредоточила усилия на масштабировании своей технологии атомных массивов и добилась быстрого прогресса».

1. Промышленная тепловая батарея Antora Energy

Возможно, самая большая проблема, с которой сталкиваются инженеры при проектировании «зеленого» будущего, заключается в том, что промышленные процессы сильно зависят от ископаемого топлива. Производите ли вы стекло, сталь, цемент, известь или ряд других компонентов, скорее всего, вам нужно нагреть что-то выше 1000 C°. До недавнего времени единственным способом достичь таких температур в больших масштабах и с ограниченным бюджетом было сжигание топлива.

Представляем вам компанию Antora Energy, создателя полностью электрической тепловой батареи, которая может давать промышленности технологическое тепло до 1500 C°. На бумаге концепции, лежащие в основе работы этой батареи, просты. Однако инженерные разработки, стоящие за воплощением этих концепций в реальность, имеют широкий спектр, как и их потенциальное влияние на машиностроительную отрасль.

Батарея состоит из катушек промышленного уровня, которые нагревают блоки чистого углерода, как тостер, подогревающий хлеб. Углерод, который может оставаться твердым при температуре до 3500 C°, нагревается настолько, что излучает белый свет. Затем эта система помещается в изоляционный контейнер впечатляющей конструкции, который предотвращает утечку тепла. В результате получилась батарея, которая может производить тепло из электричества и удерживать его в течение нескольких дней подряд.

Чтобы использовать батарею, нужно всего лишь открыть заслонку, чтобы сформировать интенсивный луч тепловой энергии. Эту энергию можно использовать двумя способами: нагреть что-либо до экстремальных температур или преобразовать ее обратно в электричество с помощью тепловой фотоэлектрической панели, похожей на солнечную фотоэлектрическую панель.

Если подключить к батарее экологически чистую энергию, которая вырабатывается непостоянно в зависимости от природных условий, например ветряную или солнечную, она сможет гарантированно поставлять по требованию экологически чистую электроэнергию и промышленное тепло без каких-либо выбросов и по цене, сопоставимой с ценой ископаемого топлива. Это означает, что это инженерное чудо может оказать самое большое влияние на работу инженеров в самом ближайшем будущем, подтверждая тем самым свое первое место в нашем рейтинге.