Дом, который решает сам

Какие технологии изменят наше взаимодействие с собственным домом, а иногда и целые модели потребления?

У каждого шестого американца есть голосовой домашний помощник – они воспроизводят музыку и сообщают новости, вовремя дают информацию о погоде и пробках, управляют некоторой умной техникой (например, будильником или термостатом) и т. д., выяснили в январе 2018 г. NPR и Edison Research. Всего за год цифра выросла почти на 130% до 39 млн человек. Свои модели есть у Amazon (Echo), Google (Home) и Apple (HomePod). Скорость внедрения этой технологии умного дома превысила показатели смартфонов и планшетов на том же этапе развития, а консалтинговая компания Gartner прогнозирует, что к 2030 г. 75% американских домохозяйств ею обзаведутся. Это, по оценке Voicebot, более 94 млн домохозяйств.

Объем глобального рынка технологий умного дома уже к 2022 г. превысит $53 млрд против $24 млрд в 2016 г., ожидают аналитики исследовательской компании Zion Market Research: среди драйверов роста – все большая осведомленность потребителей об энергопотреблении, старение населения, увеличение располагаемых доходов в развивающихся странах.

Сознательная кухня

По данным ФАО (Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций), около трети производимой для человеческого потребления еды – или 1,3 млрд т – ежегодно выбрасывается. Потери оцениваются в $310 млрд в развивающихся странах и в $680 млрд в промышленно развитых, причем в последних более 30% потерь происходит на уровне потребителя, а не на производстве или полке магазина.

Решить проблему взялись производители бытовой техники. В мае 2017 г. Whirlpool купила Yummly, платформу для персонализированных кулинарных рекомендаций. Уже в январе 2018 г. компании объявили об интеграции платформы с бытовой техникой: приложение сможет оформлять заказы на доставку продуктов, предлагать рецепты в зависимости от того, что осталось в холодильнике, и отправлять их духовке или микроволновой печи, чтобы те могли следовать рекомендациям.

История с Yummly – логичное продолжение представленного Whirlpool в 2015 г. концепта «кухни будущего», где кухонные поверхности выступают в качестве тачскрина, любая их область может работать как нагревательный элемент, а контейнеры для хранения отслеживают количество, вес и свежесть продуктов и на основе этих данных предлагают рецепты. Предполагается, что технология сможет не только оповещать пользователя о том, что что-то испортилось, но и заранее предлагать ему приготовить продукт, срок хранения которого подходит к концу. Компания планирует, что технология станет доступна покупателям к 2020 г.

Не отстает IKEA с проектом «кухни будущего», который должен быть представлен к 2025 г. В центре проекта – умный стол: поверхность, снабженная сенсорами и проектором, которая предлагает рецепты, помогает с пропорциями, дает рекомендации по приготовлению и работает как индукционная плита. Другие составляющие – система подготовки мусора для переработки, стеллаж для хранения с индукционной системой охлаждения, который подстраивает температуру под каждый отдельно взятый продукт, позволяет видеть, какие продукты есть дома, и разумнее подходить к покупке новых, и раковина, сортирующая воду для повторного использования.

Солнечный круг

По расчетам консалтинговой компании Freedonia Group, к 2020 г. в новых зданиях ежегодно будет устанавливаться более 8,3 млрд кв. м стекла. Если бы все эти поверхности были покрыты обычными солнечными панелями, можно было бы удовлетворить 9% мирового спроса на электроэнергию за 2016 г. (около 2190 ТВт ч), рассчитали в IEEE Spectrum. Ученые и производители пытаются заставить оконные стекла работать как солнечные панели и помочь удовлетворить спрос на электроэнергию, который с 2015 по 2040 г., по прогнозу EIA (U.S. Energy Information Administration), вырастет на 28%.

В ноябре 2017 г. группа исследователей NREL (Национальная лаборатория возобновляемой энергии министерства энергетики США) сообщила, что ей удалось создать оконное стекло, которое темнеет при нагревании от солнечного света, снижая долю пропускаемого света в видимом спектре с 68 до 3%, и производит электричество. Так ученые решают проблему выбора между прозрачностью стекла и его энергоэффективностью – одну из основных, связанных с технологиями умных стекол. Образец, как утверждают авторы проекта, преобразует в электрическую 11,3% солнечной энергии, хотя на текущем этапе исследований после нескольких десятков циклов эта доля падает. Для большинства обычных, т. е. непрозрачных, солнечных панелей показатель составляет 15–19%. По расчетам проекта Solar Power Rocks, одна стандартная солнечная панель (примерно 1,65 х 1 м) производит 30 кВт в месяц, а чтобы покрыть потребности в электричестве среднестатистического американского дома, понадобится около 30 панелей. Получается, если предположить, что показатель в 11% для стекол будет постоянным, нужно будет покрыть ими в 1,5 раза большую площадь – свыше 70 кв. м.

NREL не единственные, кто занят производством умного окна. Испанская Onyx Solar с 2015 г. устанавливает фотоэлектрические стекла в зданиях по всему миру – включая, например, элементы кампуса университета La Trobe в Мельбурне и офис фармацевтического гиганта Novartis в Нью-Джерси. Им пока удается добиться прозрачности стекол до 30%, что можно сравнить с солнечными очками. Американская UbiQD, итальянская Glass to Power и голландская Physee используют полупроводящие нанокристаллы, конструируя оконное стекло таким образом, чтобы перенаправить свет, попадающий на прозрачную его часть, в сторону непрозрачной солнечной панели, которая располагается с краю. О массовом производстве, правда, речи пока не идет. Американская компания Solar Window после десятилетия разработок летом 2017 г. подписала контракт на выпуск умных стекол на основе органических полимеров, но ни дата выхода продукта на рынок, ни его цена не объявлялись.

Другое направление исследований – технологии, основанные на использовании перовскита (титанат кальция – черно-серый кристалл, используемый в производстве солнечных элементов), такую, в частности, разрабатывает английский стартап Oxford Photovoltaics.

А ученые из Дальневосточного федерального университета в начале 2017 г. сообщали, что разработали полимер, который позволяет собирать даже рассеянный свет, не меняя прозрачность стекла.

Сон в руку

Один из трех американцев регулярно недосыпает, показало исследование, которое в 2016 г. провел Центр по контролю и профилактике заболеваний США. От низкой продолжительности или плохого качества сна страдает и до 45% взрослых австралийцев, выяснили в Университете Аделаиды. В 2011 г. две трети из 5300 британцев, принявших участие в опросе Great British Sleep Study, пожаловались на подобные трудности. Недосыпает больше половины работающих россиян, показало исследование НАФИ; потери работодателей от снижения производительности в результате недосыпа и времени, потраченного впустую, оценивается в 2,3 трлн руб. в год.

Ученые не раз указывали, что сложности со сном могут быть связаны с проникновением технологий – частотой использования смартфонов и стрессом, спровоцированным феноменом «высокой доступности» пользователя: например, к такому выводу пришли еще в 2011 г. ученые из Гетеборгского университета, а в 2016 г. аналогичные результаты получили их коллеги из Калифорнийского университета в Сан-Франциско. Технологии бьют по качеству сна, они же должны прийти ему на помощь.

В 2017 г. на одной из крупнейших мировых выставок электроники Consumer Electronics Show в Лас-Вегасе (CES) впервые появился блок, посвященный технологиям сна. Годом позже, на CES 2018, китайская компания Sleepace представила Dreamlife – технологию умной спальни: встроенные в кровать сенсоры собирают данные о сне пользователя, которые затем анализируются в облачном сервисе, а на основе полученных результатов адаптируются подключенные к системе устройства – закрываются шторы, выключаются свет, телевизор и прочая техника, в течение ночи оптимизируются температура и увлажненность воздуха, утром включается умный будильник, запускается кофемашина.

«Мы прогнозируем, что число людей, использующих технологии для сна, удвоится в 2018 г., а уже к 2025 г. умные матрасы и подушки будут интегрированы с другими технологиями умного дома в 20% домохозяйств», – рассказывал CEO Sleepace Дэвид Хуан. Компания уже заключила партнерство с Huawei и даже российским производителем матрасов Askona. Уже к концу 2018 г. надеется связать свою версию умной кровати с освещением, отоплением и голосовыми помощниками и другой игрок этого рынка – ReST.

Иначе подошли к проблеме бессонницы в голландском стартапе Somnox – изобрели робота для сна. Он собран из мягких материалов и имеет фасолевидную форму. Идея в том, чтобы пользователь обнимал его перед сном: гаджет при этом имитирует дыхание, может включить музыку, аудиокнигу или белый шум, определяет, когда человек уснул, и выключается. Somnox собрал на Kickcstarter более 200 000 евро. Первые поставки компания надеется осуществить в июле 2018 г.

Напечатай это

Транспортные издержки могут составлять до 40% стоимости мебели для конечного потребителя, оценивает издание Furniture World Magazine. Существенно сократить их в будущем позволит технология 3D-печати, уверены авторы отчета Samsung «SmartThings Future Living Report». Исследовательская компания Allied Market Research прогнозирует, что к 2020 г. весь рынок 3D-печати достигнет отметки в $8,6 млрд. Еще более оптимистичны аналитики Orbis Research: по их оценке, к 2022 г. объем этого рынка составит уже $33,6 млрд: «Производители осознали преимущества технологии – снижение затрат на материалы, труд и транспортные издержки». Другим большим преимуществом станет возможность повторно использовать материалы для создания новых предметов, пишут аналитики Samsung.

3D-печать элементов интерьера уже используется: декор для стен с помощью этой технологии произвела IKEA, а канадская компания Print the Future в 2017 г. открывала на Манхеттене pop-up магазин, где дизайнеры могли воплотить свой дизайн в жизнь – производили стулья, табуретки, небольшие стеллажи. Последняя к тому моменту уже занималась производством вместе со шведскими и немецкими партнерами. Цена на печать одного предмета интерьера в тот момент составляла $500–1500.

Пока 3D-печать не вышла на массовое производство – в том числе из-за дороговизны и относительно медленной скорости производства. Чтобы решить проблему, лаборатория MIT Self-Assembly Lab совместно с производителем офисной мебели Steelcase предлагают альтернативную технологию печати Rapid Liquid: печать объектов происходит в резервуаре с жидкой гелеобразной суспензией, которая фиксирует в пространстве материал, из которого создается изделие, – уже использовались пластик, резина, пена и даже металл. То есть технология позволяет не печатать объекты слой за слоем, как это происходит сейчас, и может значительно ускорить процесс производства. Технологию продемонстрировали в 2017 г. на выставке Furniture Fair в Милане, где напечатали по этой технологии на тот момент самый крупный объект – небольшую столешницу. Тем не менее Скайлар Тиббитс, содиректор MIT Self-Assembly Lab, подчеркивал, что команда планирует увеличить как размеры печатаемых структур, так и число используемых материалов.

Самостоятельные стены

Бетон – второй строительный материал в мире по объему потребления после воды. Ученые и производители ищут технологии, которые смогут продлить жизненный цикл бетонных конструкций. В год в одном лишь Евросоюзе на восстановление только инфраструктурных объектов, таких как мосты и тоннели, тратится 6 млрд евро, подсчитывал финансируемый Евросоюзом проект HealCON, который работает над технологией самовосстанавливающегося бетона.

Микробиолог Хэнк Джонкерс из Делфтского технического университета предложил технологию самовосстанавливающегося бетона Basilisk. В 2015 г. за нее ученого номинировали на награду European Inventor Award, которую ежегодно вручает Европейское патентное ведомство за вклад в развитие инноваций и экономики. Бактерия, которая производит кальцит (известняк), равномерно распределяется в бетоне и заполняет трещины, когда в них попадает вода, потенциально снижая издержки для собственников зданий и местных властей. Уже тогда команда Джонкерса применяла ее на проектах в развивающихся странах, а в 2017 г. технология использовалась при строительстве резервуара в порту Роттердама. На тот момент, правда, она позволяла справляться только с небольшими трещинами – до 0,8 мм – и была на 43% дороже обычного бетона.

Кроме снижения издержек на ремонт умный бетон может значительно снизить выбросы углекислого газа: к 2030 г. городское строительство в Китае, Индии и других развивающихся странах доведет производство цемента (входит в состав бетона) до 5 млрд метрических тонн в год, при том что уже в 2006 г. на отметке менее 3 млрд метрических тонн на цементное производство приходилось 8% мировых выбросов CO2, оценивали во Всемирном фонде дикой природы (WWF).

Текст: Ольга Волкова