Perpetual energy is not real. But we can, with some clever designs, get very, very close to it.
A lot of machines claiming to harvest perpetual energy are really tapping into a source of energy that you can’t see or might not consider. In most cases, it’s just a hidden battery, but in some, they’ve found a genuinely useful energy source.
What happens when you take one of those hidden energy sources and tap it for something actually practical? You get something like the Atmos clock.
It’s probably not quite such a pain these days since you tell the time by looking at your phone, but keeping a clock wound used to be a bother to keep up with. If you missed doing it, now your clock is off and you need to figure out what time it is.
Well, even if you weren’t using your phone, you’d probably have a quartz clock, which simply needs a battery to stay on track. But let’s go back before quartz became commonplace in the 1900s.
The Atmos clock (it’s a brand name, actually) is able to run for years and years without needing any human intervention. The source of energy it uses is the gradual changes of atmospheric temperature and pressure!
When the local pressure falls, as it typically does day-to-day, ethyl chloride in a sealed chamber vaporizes, which makes a spring compress. When the temperature then falls, that spring expands and drives the mainspring.
Because the mainspring is on a ratchet, this motion only goes one way. The spring then powers the weakest little pendulum, only one-thirtieth of the period of a typical seconds pendulum in a grandfather clock.
Depending on how friction-free the mechanism can manage to be, it could last over four days of ticking with a single degree Celsius of temperature change. One such clock has been running continuously since 1864 without being wound.
The clock design came about far earlier than our modern conveniences, as early as the 1600s, with numerous improvements to the design coming over the next few hundred years. The fine craftsmanship required kept them a novelty until 1928, when Compagnie Générale de Radio (and later Jaeger-LeCoultre) started producing them commercially as the Atmos clock.
Unfortunately, the first quartz clock was invented in 1927, so the Atmos very quickly returned to being a novelty. Oh well.
Technically speaking the invention of a self driving electric car isn’t very new at all. All the technology needed for crude object detection, speed control, and automatic steering have been around since circa World War I. Vacuum tubes could create simple control electronics, photocells could be used to identify basic obstacles, and even inductors/wireless transmitters placed on the road could stop and start the cars at lights and stop signs. If that’s not crazy then I probably am, though the two aren’t necessarily mutually exclusive.
In terms of inventions that seemed to have come far before when I think they should have, how about wireless communication via light? Okay, you could be pedantic and say that waving at someone is a wireless communication using light, but I’m talking about the photophone here, and it was invented at the same time as the telephone! By the same person, actually.
Alexander Graham Bell and Charles Sumner Tainter invented the photophone in 1880, and Bell considered it “the greatest invention [I have] ever made, greater than the telephone”.
The photophone worked very much like a telephone in that it would transmit voice and other data, but instead of working with electricity over a telegraph line, a modulated light beam would contain the data to be sent.
It works by having a very thin, flexible mirror, into which you speak. The mirror distorts with the incoming sound waves, and thus distorts light, typically from the sun, reflecting off it in a regular way. In fact, this allowed the sending unit to not need a power supply at all.
The receiver had to be a little more complicated, but still achievable in the 1880s. Selenium has the special properties of being photovoltaic (produces electricity when exposed to light) and photoconductivity (changes in conductivity when exposed to light). These same properties lead to selenium being the base of the earliest solar panels.
Bell’s and Tainter’s design for the receiver used a selenium cell at the focus point of a parabolic mirror trained on the sending unit. Thus, as the sending unit distorted the light it reflected, the sound signal changed to a light signal, then to an electrical signal using the photocell. That signal could then be played using a speaker diaphragm.
Oh, and they used sunlight as the power for the photophone because… electric lighting had also just been invented!
This achievement made the photophone actually the first-every wireless telephony system, because it predated using radio signals by nineteen years.
So the photophone: Ahead of its time? Yes. Practical? Not really, no. The New York Times mocked it with:
“The ordinary man … will find a little difficulty in comprehending how sunbeams are to be used. Does Prof. Bell intend to connect Boston and Cambridge … with a line of sunbeams hung on telegraph posts, and, if so, what diameter are the sunbeams to be ….[and] will it be necessary to insulate them against the weather … until (the public) sees a man going through the streets with a coil of No. 12 sunbeams on his shoulder, and suspending them from pole to pole, there will be a general feeling that there is something about Professor Bell’s photophone which places a tremendous strain on human credulity.”
It required a bit too much perfection in the conditions of transmission, though. The weather had to be clear, the sender and receiver had to stay put relative to each other, and there had to be strong light available. Bell’s idea of using it for military ship communication was right out.
Well, photophones weren’t entirely a novelty, it just wasn’t in Bell’s era. Today we use light-based communication with fiber optics, where we provide the light source and the “sunbeams hung on telegraph posts” are safely enclosed in a fine glass tube. Laser communication is a thing as well, where powerful lasers blast data to targets like satellites.
Questo quattordicenne usa l'origami per immaginare rifugi di emergenza robusti, convenienti e facili da installare (This 14-Year-Old Is Using Origami to Imagine Emergency Shelters That Are Sturdy, Cost-Efficient and Easy to Deploy)
Seduto nel soggiorno di casa sua a New York, il quattordicenne Miles Wu rimase sbalordito nello scoprire che un semplice foglio di carta, piegato secondo un modello origami Miura-ori, poteva sostenere un peso pari a 10.000 volte il suo stesso peso. Per un totale di oltre 250 ore, Wu aveva diligentemente progettato, piegato e testato numerose varianti della tecnica – una serie di parallelogrammi tassellati che possono piegarsi o aprirsi in un colpo solo – per trovarne una che potesse essere utilizzata per costruire rifugi mobili per situazioni di emergenza come le calamità naturali.
“Sono rimasto davvero scioccato da quanto peso potessero sostenere questi semplici pezzi di carta”, racconta Wu, che attualmente frequenta il nono anno alla Hunter College High School di New York City.
Wu era particolarmente incuriosito dalla piega Miura-ori, che prende il nome dal suo inventore, l'astrofisico giapponese Koryo Miura . Miles Wu
Una serie di parallelogrammi tassellati, la piega Miura-ori può essere manipolata in numerose varianti. Miles Wu
Wu è sempre stato affascinato dall'antica arte giapponese dell'origami, ma ha iniziato a dedicarsi ad essa come hobby circa sei anni fa. Nel 2024, ha iniziato a esplorare la piegatura della carta oltre il suo fascino creativo. “Ho iniziato a leggere di come diversi tipi di origami geometrici venissero studiati e applicati nelle discipline STEM per le loro diverse proprietà fisiche”, racconta.
Sebbene l'origami risalga a secoli fa, i campi dell'ingegneria, della medicina, della matematica e dell'architettura non hanno sviluppato un profondo interesse per esso fino agli anni ‘60. Da allora, l'origami è stato utilizzato nella progettazione di dispositivi biomedici , come stent e cateteri, e robot autoassemblanti .
Wu era particolarmente affascinato dalla piega Miura-ori, che prende il nome dal suo inventore, l'astrofisico giapponese Koryo Miura . Famosa per il suo utilizzo nell'ingegneria aeronautica, la piega è stata sfruttata per realizzare pannelli solari per veicoli spaziali e satelliti. Una delle sue prime applicazioni spaziali fu nel satellite giapponese Space Flyer , lanciato nel 1995.
Curiosità: i modelli di Bloom sono molto promettenti per la scienza e l'ingegneria
Uno studente della Brigham Young University ha recentemente scoperto una nuova famiglia di origami che ricordano i fiori mentre si aprono. Questi cosiddetti “bloom pattern” potrebbero essere utilizzati per costruire telescopi e satelliti.
Il motivo di pieghe e angoli, che può essere manipolato per creare numerose varianti, “piega questo foglio di carta davvero grande in una forma davvero piatta e compatta, cosa che ho trovato davvero fantastica”, afferma Wu.
L'adolescente stava studiando la piega Miura-ori quando l'uragano Helene si è abbattuto sulla Florida e gli incendi boschivi hanno infuriato nella California meridionale. “Ho pensato che forse questi origami, resistenti e pieghevoli, avrebbero potuto essere usati come rifugi di emergenza in caso di calamità naturali, un po’ come una tenda”, spiega.
Wu notò che le strutture esistenti erano robuste, facili da installare o economiche, ma raramente tutte e tre queste caratteristiche. “Questo crea un problema in situazioni di emergenza, come uragani o incendi boschivi, poiché i rifugi installabili idealmente devono essere prodotti rapidamente, installati facilmente e in grado di resistere agli elementi”, afferma.
Per verificare se la sua idea avesse successo, Wu testò il rapporto resistenza-peso dei suoi modelli piegati, ovvero quanto peso potessero sostenere rispetto al loro peso proprio. Iniziò disegnando diverse varianti del Miura-ori utilizzando un programma per computer. Le variabili, da lui impostate, erano altezza, larghezza e la misura degli angoli dei parallelogrammi nei suoi modelli. Utilizzando tre diversi tipi di carta, ovvero carta per fotocopie, cartoncino leggero e cartoncino pesante, si mise quindi a piegare due esemplari di ciascuna delle sue 54 varianti attraverso una serie di 108 prove. Per ridurre gli errori umani nei suoi esperimenti, Wu scelse di utilizzare una macchina cordonatrice per piegare accuratamente i modelli di origami. Una volta piegati, posizionava ciascun modello, con una superficie di 64 pollici quadrati (circa 160 cm²), tra delle barre di protezione distanziate di 13 cm (circa 12,7 cm). Successivamente, per verificarne la resistenza, applicò pesi pesanti all'origami fino a romperlo.
Wu ha trasformato il piccolo soggiorno di famiglia nel suo laboratorio privato. “All'inizio della mia sperimentazione, pensavo che il Miura-ori più resistente avrebbe sostenuto solo circa 22,5 kg e che sarei riuscito a comprimere i modelli con i libri di testo che avevo in casa”, racconta l'innovatore. Ma con sua sorpresa, i modelli hanno sostenuto fino a 90 kg e i libri, le padelle in ghisa e gli altri oggetti pesanti disponibili in casa non erano sufficienti per misurare realmente la resistenza dell'origami. “Alla fine ho dovuto chiedere ai miei genitori di comprare dei pesi da 22,5 kg”, racconta Wu.
Il Miura-ori più resistente testato da Wu ha sostenuto più di 10.000 volte il suo peso. “In altre parole, questo rapporto è l'equivalente di un taxi di New York che sostiene il peso di oltre 4.000 elefanti!” esclama.
L'innovazione di Wu si è aggiudicata il primo premio di 25.000 dollari alla Thermo Fisher Scientific Junior Innovators Challenge 2025. Organizzata dalla Society for Science dal 1999, è la principale competizione STEM degli Stati Uniti per studenti delle scuole medie. Wu è stato tra i 30 finalisti ad accedere alla fase finale a Washington, DC, che prevedeva sfide STEM a squadre.
“Siamo davvero alla ricerca dei futuri leader scientifici del nostro Paese”, afferma Maya Ajmera , presidente e CEO della Society for Science e direttrice esecutiva della sua pluripremiata rivista, Science News . “E Miles è stato il vincitore numero uno”.
I giudici sono stati particolarmente ispirati dai progetti che affondavano le radici nell'esperienza personale e nell'impatto sulla comunità. “È stato un uomo che ha trasformato la passione di una vita per gli origami in un progetto di ingegneria strutturale davvero rigoroso, in cui ha testato decine di modelli di piega per misurarne la resistenza e il potenziale”, aggiunge Ajmera.
Hanno anche preso in considerazione la prestazione di Wu nelle sfide di squadra, dove ha applicato i principi dell'origami per costruire i componenti di un braccio mobile a forma di granchio, dimostrando innovazione, adattabilità e collaborazione sotto una pressione immensa.
“Miles si è davvero distinto non solo per la forza della sua ricerca, ma anche per la sua creatività e leadership durante le nostre sfide STEM”, afferma Ajmera. “Penso che sia davvero meraviglioso prendere l'arte secolare dell'origami e applicarla alla nostra ingegneria quotidiana”.
Glaucio H. Paulino , ingegnere presso la Princeton University, studia come l'applicazione delle tecniche origami possa trasformare materiali piani in strutture dinamiche con comportamento meccanico programmabile. “Il progetto di Miles è un'eccellente esplorazione parametrica che dimostra l'uso della geometria come proprietà strutturale”, afferma. “I suoi risultati mostrano che regolando le dimensioni delle celle e l'angolo di piega di Miura-ori, è possibile aumentare significativamente il rapporto resistenza/peso: questa è una delle proprietà importanti che gli ingegneri utilizzano per rendere pratici i sistemi implementabili”.
Per realizzare un rifugio funzionale, tuttavia, sottolinea Paulino, c'è ancora molto lavoro da fare. Sebbene sia fattibile estendere la ricerca di Wu su Miura-ori dagli esperimenti domestici a rifugi su larga scala, pronti per le catastrofi, ciò richiede una serie di requisiti ingegneristici.
In primo luogo, Wu deve considerare soluzioni origami più spesse man mano che il suo progetto si sviluppa su larga scala. Un altro fattore da tenere presente, aggiunge Paulino, è che le proprietà degli origami, come la resistenza, non si adattano linearmente e, man mano che il progetto si sviluppa su larga scala, diventano rilevanti altre considerazioni, come i giunti e la loro progettazione, le imperfezioni e l'instabilità. “I rifugi reali devono rispondere a carichi multidirezionali e a requisiti di durabilità che potrebbero richiedere un'integrazione a livello di archi e sistemi che vada oltre i test di compressione su piccola scala”, afferma.
Wu è pronto a sottolineare che il suo percorso scientifico è solo all'inizio. “Voglio assolutamente continuare a esplorare e studiare l'origami e il suo legame con le discipline STEM”, afferma.
Il suo primo obiettivo è sviluppare un prototipo concreto di un rifugio di emergenza realizzato con un singolo Miura-ori curvato ad arco, o con più fogli di Miura-ori combinati per creare una struttura rettangolare o a forma di tenda. Prima di lanciarsi nell'azione, spera di testare ulteriormente la resistenza del modello non solo alla compressione laterale, ma anche alle forze multidirezionali. “Vorrei anche esplorare altri modi in cui diversi modelli di origami potrebbero essere utilizzati in scenari diversi”, afferma Wu.
i have something i have to confess. i hate the word “fanfic”. it just makes it feel like what i’m about to read is about to be… bad quality, if that makes sense?? i like to call my dwk works “inventions” instead, as like a little reference to raban and joschka being inventors, and with “invention” it gives off that the writer wrote something special, something that would change literature for someone else.
NASA taking the simple solution, from pencils to brooms
You might have heard the story of the Fisher Space Pen, in which it’s claimed that NASA paid for the development of an extremely expensive pen that would work in microgravity, whereas the USSR used a pencil. It’s not really accurate in that Fisher self-funded their pen (and sold it to both NASA and the Soviet space program for $3 each), and everyone used pencils too.
(Seriously, that story bugs me so much; you really don’t want flammable graphite shavings floating around)
One fun real case of the “simple solution” is the broom test. Hydrogen is extremely scary stuff, especially when it’s dense enough to catch fire. A hydrogen fire is nearly invisible in bright light due to its low radiance. Given the right conditions, you might not know it’s there!
You can see this demonstrated extremely dramatically in a Space Shuttle launch. The Solid Rocket Booster motors are blindingly bright when burning, but you can barely see the flames coming from the Orbiter’s engines.
All the hydrogen piping used in the Shuttle program and beyond meant a leak detection system was needed. Early on, they’d monitor areas with ultraviolet cameras. But that doesn’t stop someone on the ground from walking straight into a fire.
For that purpose, NASA, in collaboration with the University of Central Florida, developed a special tape which would change color when it detects hydrogen (chemochroic). If you see that tape wrapped around a joint and it’s changed color, definitely don’t go near it! This tape has proved useful in private industry as well.
The Apollo Program didn’t have UV-sensing cameras or fancy tape. They had a (presumably trepid) pad technician holding a broom out. If the broom suddenly burst into flame, good work, you’ve detected a hydrogen leak!
Okay, so it’s not really like the Space Pen story. I think you can tell why the Shuttle-era method was a little better.
That tape has proven critical to the space program ever since its invention. It was used on every Shuttle mission and continues on with Artemis. The first couple of attempts at launching Artemis I were scrubbed due to hydrogen leaks, but at least they were safely detected and stopped. When you have a several miles of cryogenic piping, leaks are something you’ve just got to deal with.
