b_n_e (b_n_e) wrote,
b_n_e
b_n_e

Categories:

Top 10 по Scientific American

Scientific American, США
Вместе с Всемирным экономическим форумом журнал «Сайентифик америкен» собрал ведущих экспертов в области технологий, которые исследовали и определили «Десятку лучших новейших технологий» этого года. В данной статье представлены технологии, способные изменить мир и разрушить статус-кво.
Scientific American (США): топ-10 новых технологий 2019 года
03.12.20192321733
Однажды — и этот день не за горами — упомянутая в этой статье технология позволит вам фактически телепортироваться на большие расстояния и вживую ощутить рукопожатия и объятия других киберпутешественников. Также повседневным явлением вот-вот станут антропоморфные роботы (а также роботы, напоминающие животных), разработанные для общения с людьми; система, способная в считанные секунды установить точный источник вспышки пищевого отравления; крошечные линзы, которые проложат путь для миниатюрных камер и прочих устройств; прочные, биоразлагаемые пластики, которые можно изготовить из бесполезных растительных отходов; системы хранения данных на основе ДНК, где можно надежно разместить огромное количество информации; и многое другое.

Вместе с Всемирным экономическим форумом журнал «Сайентифик америкэн» собрал международную координационную группу ведущих экспертов в области технологий и занялся интенсивным исследованием с целью определить «Десятку лучших новейших технологий» этого года. Попросив экспертов по всему миру представить возможные кандидатуры, координационная группа проанализировала несколько десятков предложений в соответствии с рядом критериев. Могут ли предлагаемые технологии принести существенные выгоды обществу и экономике? Могут ли они изменить привычный нам порядок действий? Вызывают ли эти технологии, находящиеся на ранних стадиях разработки, большой интерес со стороны исследовательских лабораторий, компаний или инвесторов? Могут ли они в ближайшие несколько лет добиться значительных успехов на рынке? Когда это было необходимо, группа искала дополнительную информацию и в ходе четырех заочных заседаний отшлифовывала список кандидатов.

Мы надеемся, что вы останетесь довольны результатом, и будем рады вашим комментариям.


1. Окружающая среда: биопластики могут решить серьезную проблему загрязнения

Усовершенствованные растворители и ферменты превращают древесные отходы в более качественные биораспадающиеся пластики.
Хавьер Гарсия Мартинес (Javier Garcia Martinez)


2. Технические разработки: социальные роботы, с которыми легко найти общий язык

Роботы - друзья и помощники все глубже проникают в нашу жизнь.

Коринна Э. Латан (Corinna E. Lathan) и Джеффри Линг (Geoffrey Ling)

В промышленности и медицине использование роботов при строительстве, разборке и проверке вещей стало обычным явлением; они также помогают хирургам в ходе операций и по рецепту отпускают лекарства в аптеках. Ни они, ни «социальные» роботы, — предназначенные для взаимодействия с людьми и установления эмоциональной связи, — не ведут себя как горничная Рози из сериала «Джетсоны» или какой-то другой полюбившийся нам антропоморфный робот из фильмов и книг. И все же в ближайшие несколько лет социальные роботы должны стать более сложными и получить широкое распространение. Похоже, эта область подошла к поворотному моменту: сегодня роботы обладают более обширными интерактивными возможностями и выполняют больше полезных задач, чем когда-либо прежде.

Продажи роботов для отдельных потребителей по всему миру в 2018 году достигли 5,6 миллиарда долларов и ожидается, что к концу 2025 года этот рынок вырастет до 19 миллиардов, когда ежегодно будет продаваться более 65 миллионов роботов. Эта тенденция может показаться удивительной, если учесть, что целый ряд хорошо финансируемых компаний по производству роботов для потребителей, такие как «Джибо» (Jibo) и «Анки» (Anki), потерпели неудачу. Однако роботы продолжают выстраиваться в очередь, чтобы сменить тех, что уже вышли из употребления, к примеру «БАДДИ» (BUDDY от Blue Frog Robotics), большеглазое передвижное устройство, которое не только выполняет роль личного помощника и обеспечивает домашнюю автоматизацию и безопасность, но и может играть с вами.

3. Технические решения: крошечные линзы позволят создавать миниатюрные оптические устройства

Теперь управлять светом можно будет с помощью тонких и плоских металинз, которые заменят громоздкую оптику.

Альберто Москателли (Alberto Moscatelli)

В то время как телефоны, компьютеры и другая электроника уменьшаются в размерах у нас на глазах, их оптические компоненты упорно отказываются следовать этому примеру. Стоит отметить, что изготавливать крошечные линзы с помощью традиционных технологий резки и сгибания стекла довольно трудно, и элементы стеклянной линзы зачастую необходимо складывать в несколько слоев, чтобы правильно фокусировать свет. Недавно инженеры открыли, какие физические законы стоят за гораздо меньшими и более легкими альтернативами, известными как металинзы. Эти линзы могли бы значительно уменьшить в размерах микроскопы и другие лабораторные инструменты, равно как и потребительские товары, такие как камеры, гарнитуры виртуальной реальности и оптические датчики для технологии «Интернета вещей». К тому же они могли бы повысить функциональность оптических волокон.


Металинзы должны не только уменьшить размер линз, но и значительно снизить стоимость оптических компонентов, поскольку крошечные линзы можно производить на том же оборудовании, которое уже используется в полупроводниковой промышленности. Эта особенность открывает привлекательную перспективу изготовления, скажем, оптического и электронного компонентов крошечного светового датчика на одном и том же промышленном объекте.

Тем не менее в ближайшие годы крошечные линзы, вероятно, станут частью более миниатюрных и простых в изготовлении датчиков, диагностических инструментов вроде устройства для эндоскопической визуализации, а также оптических волокон. Эти потенциальные направления практического применения выглядят довольно привлекательно, чтобы вызвать интерес у государственных учреждений и таких компаний, как «Самсунг» и «Гугл», которые готовы оказывать поддержку исследованиям. По крайней мере один стартап, «Металенз» (Metalenz), планирует вывести металинзы на рынок в течение следующих нескольких лет.

4. Медицина и биотехнологии: особый класс белков предлагает перспективные объекты для воздействия с точки зрения разработки лекарств от рака и болезни Альцгеймера

Новые возможности для лечения рака и других болезней.

Элизабет O'Дей (Elizabeth O'Day)

Несколько десятилетий назад ученые обнаружили особый класс белков, которые вызывают ряд болезней: начиная с рака и заканчивая нейродегенеративными заболеваниями. Эти «внутренне неупорядоченные белки» (ВНБ) отличались от белков с жесткими структурами, более привычными в клетках. ВНБ постоянно меняли форму, являя собой совокупность компонентов, конфигурация которых пребывала в постоянном движении. Оказывается, такая рыхлая структура позволяет ВНБ в критические моменты, например, во время реакции клетки на стресс, собирать воедино самые разнообразные молекулы. Менее гибкие белки, как правило, имеют более ограниченное число партнеров по связыванию. Когда ВНБ не функционируют должным образом, может развиться болезнь.

В 2017 году исследователи из Франции и Испании продемонстрировали, что обнаружить и поймать изменчивый «расплывчатый» интерфейс ВНБ возможно. Они показали, что одобренный Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (Food and Drug Administration или FDA) препарат под названием трифлуоперазин (который используется для лечения психотических расстройств и тревожности) связывает и подавляет NUPR1, нарушенный белок, участвующий в формировании рака поджелудочной железы. Масштабные скрининговые тесты для оценки тысяч потенциальных лекарств с точки зрения их терапевтического потенциала выявили из них ряд тех, что подавляют c-Myc, и некоторые из них уже на пути к клинической разработке. Были идентифицированы дополнительные молекулы, которые работают в ВНБ, такие как бета-амилоиды, имеющие отношение к таким заболеваниям, как болезнь Альцгеймера.

Этот список будет пополняться, особенно по мере того как будет проясняться роль ВНБ в важнейших частях клеток, известных как безмембранные органеллы. Их часто называют капельками или конденсатами, в определенные моменты эти органеллы соединяют друг с другом жизненно важные клеточные молекулы, такие как белки и РНК, не допуская к ним другие. Эта близость позволяет некоторым реакциям протекать быстрее; а другие, напротив, предотвращает. Ученые разработали новые мощные инструменты для молекулярных манипуляций, которые называются «Корелетс» (Corelets) и «Касдроп» (CasDrop): они позволяют исследователям контролировать формирование этих капель. Используя эти и другие инструменты, исследователи поняли, что ВНБ могут способствовать контролю, соединению, функционированию и разъединению этих капель.


5. Окружающая среда: умные удобрения могут снизить уровень загрязнения окружающей среды

Новые разработки обеспечивают почву питанием, только когда это необходимо.

Джефф Карбек (Jeff Carbeck)

Чтобы прокормить растущее население планеты, фермеры должны повышать урожайность. Этому может в том числе способствовать использование большего количества удобрений. Однако стандартные методы работают неэффективно и зачастую наносят вред окружающей среде. К счастью, более экологически чистые средства — удобрения с контролируемым высвобождением питательных веществ — доступны и с каждым разом становятся все умнее.

Если сравнивать, то современные удобрения с контролируемым высвобождением питательных веществ относительно недороги и могут стать передовой технологией, которая поможет фермерам увеличить урожайность экологически безопасным путем.

6. Информатика: совместное телеприсутствие сможет (до некоторой степени) сделать расстояние неважным

Участники виртуальных встреч будут ощущать физическое присутствие друг друга.

Коринна Э. Латан (Corinna E. Lathan) и Эндрю Мейнард (Andrew Maynard)

Представьте себе группу людей в разных уголках планеты, которые спокойно взаимодействуют друг с другом так, будто они физически находятся рядом, и даже могут ощутить прикосновения собеседников. Компоненты, обеспечивающие возможность такого «совместного телеприсутствия», могут изменить способы нашего взаимодействия в процессе работы и игры, делая физическое местоположение не играющим особой роли.

Подобно тому, как приложения для видеовызовов, вроде «Скайп» и «Фейстайм», сделали доступным для широкого круга потребителей то, что некогда принадлежало сфере бизнеса, а массовые многопользовательские онлайн-игры радикально изменили то, как люди взаимодействуют в интернете, совместное телеприсутствие может изменить то, как люди фактически взаимодействуют в профессиональной сфере и за ее пределами. Медицинские работники смогут удаленно работать с пациентами, как если бы они находились в одном помещении. А друзья и члены семьи смогут вместе наслаждаться общением в уютной комнате или прогулкой по новому городу, даже если на самом деле их разделяют расстояния.


7. Здравоохранение: передовая система отслеживания продуктов питания и их упаковки спасет жизни и сократит отходы

Сочетание двух технологий может значительно повысить безопасность пищевых продуктов.

Рона Чандравати (Rona Chandrawati) и Бернард С. Мейерсон (Bernard S. Meyerson)

По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно от пищевых отравлений страдают около 600 миллионов человек, а в 420 тысячах случаев пищевые отравления становятся причиной смерти. Когда происходит вспышка, специалисты могут потратить несколько дней и даже недель на определение ее источника. За это время жертвами пищевых отравлений может стать еще больше людей, а огромное количество незараженной пищи может быть выброшено вместе с испорченными продуктами. Поиск источника может занять много времени, поскольку еда совершает сложный путь от фермерского хозяйства к столу потребителя, и информация об этих маршрутах хранится в локальных системах, которые зачастую не взаимодействуют друг с другом.

Стоимость продолжает оставаться главным препятствием для повсеместного использования датчиков. Тем не менее существующая в пищевой промышленности необходимость обеспечивать безопасность пищевых продуктов и ограничивать отходы продвигает эту технологию и блокчейн вперед.

8. Энергетика: безопасные ядерные реакторы уже не за горами

Надежное топливо и инновационные реакторы могут способствовать возрождению ядерной энергетики.

Марк Фишетти (Mark Fischetti)

Контроль над содержанием углерода в атмосфере потребует целого ряда энергетических технологий — в том числе, вероятно, ядерных реакторов, которые не выделяют продукты сгорания, но после нескольких крупных аварий считаются опасными. Этот риск можно существенно сократить.

Коммерческие реакторы десятилетиями используют одно и то же топливо: небольшие таблетки диоксида урана, уложенные внутри длинных цилиндрических стержней из сплава циркония. Цирконий позволяет нейтронам, образующимся в результате ядерного распада в таблетках, легко проходить среди множество стержней, погруженных в воду внутри активной зоны реактора, тем самым обеспечивая ход самоподдерживающейся тепловой ядерной реакции.

Беда в том, что в случае перегрева цирконий может вступить в реакцию с водой и произвести взрывоопасный водород. Этот сценарий послужил причиной двух самых страшных аварий ядерных реакторов в мире: потенциального взрыва и частичного расплавления на АЭС «Три-Майл-Айленд» в США в 1979 году, а также взрыва и выброса радиации на «Фукусима-дайити» в 2011 году в Японии. (Чернобыльская авария 1986 года была связана с неправильным проектом и эксплуатацией реактора.)

Производители, такие как «Вестигхаус электрик компани» (Westinghouse Electric Company) и «Фраматом» (Framatome), форсируют разработку ядерного топлива, устойчивого к тяжелым авариям, которое в меньшей степени подвержено перегреву, — в этом случае оно будет вырабатывать ничтожное количество водорода или не вырабатывать его вообще. В некоторых вариантах оболочка из циркония имеет специальное покрытие, чтобы минимизировать реакции. В других цирконий и даже диоксид урана заменены другими материалами. Новую комплектацию можно добавить в существующие реакторы с небольшими изменениями, так что эти компоненты могут быть введены в эксплуатацию в течение 2020-х годов. Уже начатые скрупулезные испытания должны доказать свою успешность и удовлетворить требованиям контролирующих органов. В результате новые виды топлива могут помочь станциям работать более эффективно, делая атомную энергетику более конкурентоспособной, что является важной мотивацией для производителей и электроэнергетики, поскольку природный газ, солнечная энергия и энергия ветра стоят дешевле.

9. Медицина и биотехнологии: перспектива хранения данных ДНК ближе, чем вы полагаете

Ученые адаптируют естественную систему хранения информации об организме для обработки огромного количества данных.

Санг Юп Ли (Sang Yup Lee)

По данным компании-разработчика ПО «Домо» (Domo), каждую минуту в 2018 году «Гугл» обрабатывал 3,88 миллиона поисковых запросов, а люди просматривали 4,33 миллиона видео на «Ютубе», отправляли 159 362 760 электронных писем, оставляли 473 000 твитов и публиковали 49 000 фотографий в «Инстаграме». К 2020 году во всем мире будет создаваться примерно 1,7 мегабайта данных в секунду в расчете на одного человека, что равняется примерно 418 зетабайтам в год (или 418 миллиардам жестких дисков объемом один терабайт), если оценивать численность жителей планеты в 7,8 миллиарда человек. Магнитные или оптические системы хранения данных, которые в данный момент содержат этот объем нулей и единиц, как правило, могут служить в лучшем случае до ста лет. Кроме того, для работы центров обработки данных требуется огромное количество энергии. Короче говоря, хранение данных вот-вот станет серьезной проблемой, которая со временем только усугубится.

Правда, сегодня появляется альтернатива жестким дискам: речь идет о хранении данных на основе ДНК. ДНК, состоящая из длинных цепочек нуклеотидов A, T, C и G, является материалом для хранения информации о живом организме. Данные могут храниться в последовательности этих букв, превращая ДНК в новую форму информационных технологий. Сегодня ее уже без труда упорядочивают (прочитывают), синтезируют (записывают) и точно копируют. Кроме того, ДНК отличается невероятной стабильностью, о чем свидетельствует полное секвенирование генома у ископаемой лошади, которая жила более 500 тысяч лет назад. И ее хранение не требует много энергии.

Зато объем памяти ДНК поражает воображение. ДНК способна исправно хранить огромное количество данных, обладая информационной плотностью, которая во много раз превышает плотность электронных устройств. Так, по подсчетам Джорджа Черча (George Church) и его коллег из Гарвардского университета, опубликованным в 2016 году в журнале «Нейчер материэлз» (Nature Materials), простая бактерия Escherichia coli имеет плотность хранения около 1019 бит на кубический сантиметр. При такой плотности все текущие мировые потребности в хранении годичной информации были бы полностью удовлетворены ДНК в виде куба со стороной около одного метра.

Перспектива хранения данных на основе ДНК не относится исключительно к разряду теорий. Так, в 2017 году группа Черча в Гарварде применила технологию редактирования ДНК CRISPR для записи изображений человеческой руки в геном кишечной палочки, которые были считаны с точностью более 90 процентов. А исследователи из Вашингтонского университета и компании «Майкрософт резёрч» (Microsoft Research) разрабатывают полностью автоматизированную систему для записи, хранения и чтения данных, закодированных в ДНК. Ряд компаний, в том числе «Майкрософт» и «Твист биосаенс» (Twist Bioscience), работают над продвижением технологии хранения данных на основе ДНК.

Между тем исследователи, пытающиеся разобраться с огромными объемами данных, уже используют ДНК для управления информацией иными способами. Последние достижения в методах секвенирования нового поколения позволяют одновременно считывать миллиарды последовательностей ДНК. Благодаря этой особенности исследователи могут использовать штрих-кодирование, — использовать последовательности ДНК в качестве «меток» молекулярной идентификации, — для отслеживания результатов экспериментальных исследований. В настоящее время штрих-кодирование ДНК используется, чтобы значительно ускорить темпы исследований в таких областях, как химические технологии, материаловедение и нанотехнологии. Так, лаборатория Джеймса Д. Далмана (James E. Dahlman) в Технологическом институте Джорджии с его помощью быстро выявляет более безопасные генные методы лечения; другие выясняют, как бороться с лекарственной устойчивостью и предотвращать метастазирование рака.

К препятствиям, мешающим широкому распространению системы хранения данных на основе ДНК, относятся затраты времени и средств на чтение и запись ДНК, которые для конкуренции с электронным хранилищем должны снизиться. Даже если ДНК не станет повсеместным хранилищем, она почти наверняка будет использоваться для генерации информации в совершенно новых масштабах и хранения определенных типов данных в течение длительного времени.

10. Энергетика: сетевые накопители энергии обеспечат возобновляемую энергосистему

Экологически безопасные решения в области энергетики не встречают препятствий на своем пути.

Андреа Томпсон (Andrea Thompson)

Способ, которым мы получаем электричество, претерпевает сремительную трансформацию, обусловленную одновременно растущей необходимостью избавления энергосистем от выбросов двуокиси углерода и резким падением затрат на технологии использовани энергии ветра и солнца. По данным Службы энергетической информации США (EIA), за последнее десятилетие электроэнергия, вырабатываемая возобновляемыми источниками энергии в США, удвоилась, в основном за счет ветровых и солнечных установок. В январе 2019 года EIA прогнозировала, что в течение следующих двух лет ветровые, солнечные и другие негидроэлектрические возобновляемые источники энергии будут самым быстрорастущим сегментом электроэнергетики. Однако неустойчивый характер этих источников означает, что электросетям необходим способ хранения энергии про запас на тот случай, когда солнце не светит, а погода безветреная. Эта потребность определяет растущий интерес к технологии накопления энергии, — в частности, к ионно-литиевым батареям, которые из простого участника энергосети наконец превращаются в нечто большее.

На протяжении многих десятилетий главным и самым масштабным методом накопления энергии в США была гидроэнергетика с насосным накоплением — простой процесс, подразумевающий использование водохранилищ на разных высотах. Для накопления энергии вода закачивается в резервуар, расположенный выше; когда требуется энергия, вода сбрасывается в нижний резервуар и проходит через турбину. По данным Министерства энергетики, на гидроаккумулирующие насосы в настоящее время приходится 95 процентов общего объема накопления энергии в США. Между тем по мере повышения эффективности и надежности, а также падения производственных расходов ионно-литиевые батареи начинают использоваться все чаще. По данным EIA, в США на их долю приходится более 80% общей энергоемкости аккумуляторных батарей для коммунального использования, за десять лет этот показатель вырос с нескольких мегаватт до 866 мегаватт (на февраль 2019 года). В анализе, проведенном «Блумберг нью энерджи файнанс» (Bloomberg New Energy Finance) в марте 2019 года, сообщается, что стоимость электроэнергии от таких батарей с 2012 года снизилась на 76%, что повышает их конкурентоспособность в сравнении с электростанциями, которые обычно работают на природном газе и подключаются в периоды высокого спроса.
Неясно, продолжится ли процесс сокращения затрат на хранение энергии. Тем не менее накапливающиеся обязательства правительств, — в том числе на уровне штатов и на местном уровне в США, — по достижению безуглеродного производства электроэнергии будут стимулировать увеличение доступных запасов электроэнергии.


Подписывайтесь на нас в Twitter и каждый час получайте переводы материалов зарубежных СМИ.
Оригинал публикации: Top 10 Emerging Technologies of 2019
https://inosmi.ru/science/20191203/246363053.html
Subscribe

  • Ностальгия как послевкусие?

    Специалисты называют чувство ностальгии противоядием от ощущения несчастья. Социальный психолог Том Вайлдшат (Tom Wildshut) сравнивает на странице…

  • Цифровизация стука

    В России хотят создать систему распознавания курильщиков в неположенных местах Платформа Национальной технологической инициативы (НТИ) планирует…

  • Рубить сплеча (без оглядки и рефлексии?) IMHO дорога в самодурство

    "— Вы знаете, я не думаю о своей роли в истории,— произнес Владимир Путин.— Как только начнешь об этом задумываться, нужно заканчивать работу, потому…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 1 comment