Билл Гейтс: «Для меня было честью составить список из десяти прорывных технологий. Выбрать только десять для этого списка было сложно. Я хотел не только выбрать вещи, которые появятся в заголовках в 2019 году, но захватить этот момент технологической истории — и это заставило меня задуматься о том, как инновации развивались со временем. Тогда я вспомнил про плуг — среди всех вещей. Плуги отлично воплощают историю инноваций.
Люди использовали их с 4000 г. до н.э., когда месопотамские фермеры первыми начали насыщать почву кислородом при помощи заостренных палок. С тех пор мы медленно улучшаем их, а современные плуги — это чудеса техники.
Но какое назначение у плуга в действительности?».
Гибкие роботы
Роботы учатся обращаться с физическим миром.
Несмотря на все разговоры о том, что машины отнимают работы, промышленные роботы все еще неуклюжие и гибкие. Робот может многократно находить компонент на сборочной линии с удивительной точностью и никогда не заскучает, но переместите объект на полдюйма или замените его чем-то слегка непохожим, и машина будет неумело шарить по поверхности или хватать воздух.
Хотя робота пока нельзя запрограммировать на понимание того, как хватать любой объект, только взглянув на него, как это делают люди, теперь он может научиться управлять объектом самостоятельно посредством виртуальных проб и ошибок.
Один из таких проектов — Dactyl, робот, который научил себя переворачивать игрушечный кубик на руке. Dactyl, который разрабатывали в некоммерческой организации OpenAI, представляет собой цельную руку робота, окруженную массивом источников света и камер. Используя так называемое обучение с усилением, программное обеспечение на основе нейросетей, робот учился хватать и переворачивать кубик в моделируемой среде, прежде чем проделать этот трюк собственноручно. Эксперименты с ПО, поначалу случайные, усиливают связи в сети со временем, приближая робота к цели.
Обычно перенести такого рода виртуальную практику в реальный мир невозможно, потому что такие вещи, как трение или различные свойства различных материалов трудно смоделировать. Команда OpenAI обошла это, добавив случайности в виртуальное обучение и дав роботу пример из беспорядка реальности.
Новая волна ядерной энергетики
Усовершенствованные реакторы ядерного деления и синтеза стали ближе к реальности.
Новые ядерные конструкции, которые набрали ход в прошлом году, обещают сделать этот источник энергии безопаснее и дешевле. Среди них — реакторы деления IV поколения, эволюция традиционного дизайна; небольшие модульные реакторы; реакторы синтеза, которые всегда были чем-то недостижимым. Инженеры реакторов IV поколения, вроде канадской Terrestrial Energy и вашингтонской TerraPower, вступили в партнерские отношения с коммунальщиками, надеясь наладить поставки в энергосеть к 2020 году.
Небольшие модульные реакторы обычно производят десятки мегаватт энергии (для сравнения, обычный ядерный реактор производит порядка 1000 МВт). Компании вроде орегонской NuScale утверждают, что миниатюрные реакторы смогут сэкономить денег и сократить риски для окружающей среды.
Был также прогресс в области синтеза. Хотя никто не ожидает поставок до 2030 года, такие компании, как General Fusion и Commonwealth Fusion Systems, ответвление MIT, добились определенных успехов. Многие считают, что синтез — это несбыточная мечта, но поскольку реакторы не смогут плавиться и создавать долгоживущие радиоактивные отходы, общество с большей готовностью пойдет на их распространение, в отличие от обычных ядерных реакторов. Билл Гейтс инвестировал в TerraPower и Commonwealth Fusion Systems, кстати.
Прогнозирование недоношенных новорожденных
Простой анализ крови может предсказать, есть ли риск преждевременных родов у беременной женщины.
Наш генетический материал живет в основном внутри наших клеток. Но небольшое количество «бесклеточной» ДНК и РНК также плавают в нашей крови, часто выделяясь умирающими клетками. У беременных этот бесклеточный материал представляет собой алфавитный бульон из нуклеиновых кислот плода, плацента и матери.
Стивен Квейк, биоинженер из Стэнфорда, нашел способ использовать этот бульон для решения одной из самых сложных проблем медицины: примерно каждый десятый младенец рождается преждевременно.
Свободно плавающие ДНК и РНК могут может предоставить информацию, которая ранее требовала инвазивных способов захвата клеток, вроде биопсии опухоли или пункции живота беременной женщины для выполнения амниоцентеза. Теперь стало проще обнаруживать и секвенировать небольшие количества бесклеточного генетического материала в крови. В последние несколько лет ученые начали разрабатывать анализы крови для рака (по обнаружению ДНК опухолевых клеток) и для предродового скрининга состояний вроде синдрома Дауна.
Тесты на поиск таких условий полагаются на поиск генетических мутаций в ДНК. РНК, с другой стороны, является молекулой, которая регулирует экспрессию генов — сколько белка производится геном. Секвенируя свободно плавающую РНК в крови матери, Квейк смог обнаружить колебания в экспрессии семи генов, которые он связывает с преждевременными родами. Это позволило ему идентифицировать женщин, которые с определенной вероятностью разродятся преждевременно. После тревоги врачи могут назначить меры предосторожности и контроля и дать ребенку больший шанс на выживание.
По словам Квейка, технология, лежащая в основе анализа крови, быстрая, простая и стоит меньше 10 долларов за измерение. Вместе с коллегами он запустил стартап Akna Dx, чтобы поставить анализ на поток.
Кишечный зонд в таблетке
Небольшое устройство, которое можно проглотить, делает подробные снимки кишечника без анестезии, даже у младенцев и детей.
Экологическая кишечная дисфункция, вызванная окружающей средой (EED), может быть одной из самых дорогостоящих болезней, о которых вы слышали. Отмеченная воспаленным кишечником, который пропускает и плохо впитывает питательные вещества, она широко распространена в бедных странах и является одной из причин, по которой люди страдают от недоедания, задержек в развитии и никогда не достигают нормального роста. Никто не знает, что точно вызывает это расстройство, как его предотвращать или лечить.
Практический скрининг для ее обнаружения помог бы медицинским работникам узнавать, когда и как вмешиваться. Терапия уже доступна для младенцев, но диагностика и изучение болезней в кишечнике таких маленьких детей, часто требует обезболивания и введения эндоскопа в горло. Это дорого, неудобно и непрактично в тех регионах мира, где распространена эта дисфункция кишечника.
Поэтому Гильермо Тирни, патолог и инженер Массачусетской больницы общего профиля в Бостоне, разрабатывает небольшие устройства, которые можно использовать для проверки кишечника на наличие признаков EED или даже получения биопсии тканей. В отличие от эндоскопов, они простые в использовании при оказании первой помощи.
Капсулы Тирни для глотания содержат миниатюрные микроскопы. Они крепятся к гибкому нитевидному тросу, который обеспечивает питание и освещение при отправке изображений на консоль с монитором. Это дает медицинскому работнику возможность приостанавливать капсулу в интересных местах и доставать ее по завершении, чтобы затем стерилизовать ее и повторно использовать. Хотя звучит странно, команда Тирни разработала метод, не вызывающий дискомфорта. Также это позволяет делать снимки всей поверхности пищеварительного тракта с разрешением до отдельной клетки или захватывать трехмерные кросс-секции глубиной в несколько миллиметров.
У технологии есть несколько применений; она используется для скрининга пищевода Барретта, предшественника рака пищевода. Для EED команда Тирни разработала еще меньшую версию для детей, которые не могут проглотить таблетку. Ее протестировали на подростках из Пакистана, где распространен EED, а на младенцах испытания запланированы на 2019 год.
Маленький зонд поможет исследователям ответить на вопросы о развитии EED — например, на какие клетки он воздействует и какие бактерии вовлечены — и оценить вмешательства и потенциальные методы лечения.
Индивидуальные противораковые вакцины
Такое лечение побуждает естественную защиту организма уничтожать только раковые клетки, выявляя мутации, уникальные для каждой опухоли.
Ученые находятся на пороге коммерциализации первой персонализированной противораковой вакцины. Если она будет работать, как планируется, такая вакцина, побуждающая иммунную систему человека определять опухоль по ее уникальным мутациям, сможет эффективно отключать некоторые виды рака.
Используя естественную защиту организма для избирательного уничтожения только опухолевых клеток, эта вакцина, в отличие от традиционных химиотерапий, ограничивает повреждение здоровых клеток. Атакующие иммунные клетки также будут бдительными к появлению любых беспризорных раковых клеток после изначального лечения.
Возможность появления таких вакцин начала обретать форму в 2008 году, спустя пять лет после завершения Human Genome Project, проекта генома человека, когда генетики опубликовали первую последовательность раковой опухолевой клетки.
Вскоре после этого ученые начали сравнивать ДНК опухолевых клеток с ДНК здоровых клеток — и других опухолевых клеток. Эти исследования подтвердили, что все раковые клетки содержат сотни, если не тысячи специфических мутаций, большинство из которых уникальны для каждой опухоли.
Несколькими годами спустя немецкий стартап BioNTech предоставил убедительные доказательства того, что вакцина, содержащая копии таких мутаций, может катализировать иммунную систему организма на производство Т-клеток, предназначенных для поиска, атаки и уничтожения всех раковых клеток.
В декабре 2017 года BioNTech совместно с биотехнологическим гигантом Genentech начала масштабное тестирование вакцины у онкологических больных. Продолжающееся исследование нацелено на 10 раковых заболеваний и планирует охватить 560 пациентов по всему земному шару.
Обе компании разрабатывают новые технологии производства, чтобы дешево и быстро производить тысячи индивидуальных вакцин. Это будет сложно, потому что создание вакцины включает в себя биопсию опухоли пациента, секвенирование и анализ его ДНК, а также передачу этой информации на производственную площадку. После производства вакцина должна быть незамедлительно доставлена в больницу; задержка может быть смертельной.
Бургер без коровы
Как выращенные в лаборатории, так и растительные варианты приближаются по вкусу и питательной ценности реального мяса, не нанося урона окружающей среде.
ООН ожидает, что к 2050 году в мире будет 9,8 миллиарда человек. И эти люди становятся богаче. Ни одна из этих тенденций не сулит ничего хорошего для изменения климата, особенно потому, что когда люди уходят от бедности, они начинают есть больше мяса.
К этой дате, согласно прогнозам, люди будут потреблять на 70% больше мяса, чем в 2005 году. И оказывается, что выращивание животных для употребления в пищу является одним из худших наших действий по отношению к окружающей среде.
В зависимости от животного, производство килограмма мясного белка западными промышленными методами требует в 8 – 50 раз больше воды, в 12 – 34 раз больше земли и в 12 – 40 раз больше ископаемого топлива, чем для производства килограмма растительного белка.
Проблема в том, что люди вряд ли остановятся употреблять мясо в пищу в скором времени. Это значит, что выращенное в лаборатории мясо и растительные альтернативы могут стать лучшим способом ограничить разрушение.
Производство мяса в лаборатории подразумевает извлечение мышечной ткани у животных и выращивание ее в биореакторах. Конечный продукт очень похож на натуральный, правда, ученые пока работают над вкусом. Ученые из Университета Маастрихта в Нидерландах, которые работают над масштабным производством лабораторного мяса, считают, что вырастят бургер в лаборатории уже в следующем году. Один из минусов лабораторно выращенного мяса в том, что и в таком случае польза для окружающей среды минимальна — выбросы углерода сократятся в лучшем случае на 7%.
Как вариант — делать мясо на растительной основе, как это делают Beyond Meat и Impossible Foods (Билл Гейтс, кстати, инвестор в обеих компаниях). Они берут белок гороха, сои, пшеницы, картофеля и растительные масла для имитации текстуры и вкуса мяса животных.
Beyond Meat располагает 2400 квадратных метров земли в Калифорнии и уже продала больше 25 миллионов бургеров в 30 000 магазинов и ресторанов. Котлета Beyond Meat, вероятно, будет генерировать на 90% меньше выбросов парниковых газов, чем обычный бургер, приготовленный из коровы.
Улавливатель углекислого газа
Практичные и доступные способы улавливания углекислого газа из воздуха могли бы поглощать избыточные выбросы парниковых газов.
Даже если мы замедлим выбросы углекислого газа, согревающий эффект парникового газа может сохраняться в течение тысяч лет. Чтобы предотвратить опасное повышение температуры, по мнению ООН, миру в этом столетии потребуется удалить из атмосферы 1 триллион тонн углекислого газа.
Прошлым летом климатолог из Гарварда Дэвид Кейт подсчитал, что теоретически машины могут справиться с этим менее чем за 100 долларов за тонну, если будут использовать метод прямого захвата воздуха. Это на порядок дешевле, чем по более ранним оценкам, что заставило многих ученых отказаться от технологии как от слишком дорогой, хотя потребуются годы, чтобы затраты упали до такого уровня.
Но когда вы поймаете углерод, вам все равно придется выяснить, что с ним делать.
Канадский стартап Carbon Engineering, который Кейт основал в 2009 году, планирует расширить свою пилотную программу и увеличить производство синтетического топлива, используя уловленный углекислый газ в качестве ключевого ингредиента. (Билл Гейтс инвестировал в Carbon Engineering).
Расположенный в Цюрихе завод прямого захвата воздуха Climeworks будет производить метан из углекислого газа и водорода, а второй завод в Швейцарии будет продавать углекислый газ для индустрии безалкогольных напитков.
Тем не менее, если использовать его в синтетическом топливе или газировке, углекислый газ будет возвращаться обратно в атмосферу. Конечная цель — навсегда заблокировать выбросы парниковых газов. Некоторые из них можно купировать в углеродном волокне, полимерах или бетоне, но куда проще было бы просто поместить их под землю. Только в данном случае эту бизнес-модель мало кто поддержит.
Фактически, удаление CO2 из воздуха, с инженерной точки зрения, является одним из самых сложных и дорогих способов борьбы с изменением климата. Но учитывая то, как медленно мы сокращаем выбросы, хороших вариантов не остается.
ЭКГ на запястье
Нормативное одобрение и технологические достижения облегчают людям постоянный мониторинг сердца с помощью носимых устройств.
Фитнес-трекеры — несерьезные медицинские устройства. Интенсивная тренировка или ослабленный ремешок могут сбить с толку датчики, считывающие ваш пульс. Но электрокардиограмма, которую врачи используют для диагностики нарушений еще до того, как они вызовут инсульт или сердечный приступ, требует посещения клиники, и зачастую люди просто не успевают сдать тест вовремя.
Умные часы с поддержкой ЭКГ, ставшие возможными благодаря новым правилам и нововведениям в аппаратном и программном обеспечении, предлагают удобство носимого устройства с точностью, близкой к точности медицинской.
Ремешок для Apple Watch, разработанный AliveCor, способен обнаруживать мерцательную аритмию, частую причину образования тромбов и инсультов, получил одобрение FDA в 2017 году. В прошлом году Apple выпустила собственную функцию ЭКГ, встроенную в часы.
Вскоре после этого и компания Withings также объявила о планах приобрести часы с ЭКГ.
В современных носимых устройствах по-прежнему используется только один датчик, тогда как в реальной ЭКГ их 12. И никакой из носимых устройств пока не может обнаружить сердечный приступ, когда он наступает.
Но это может измениться — скоро.
Санитария без канализации
Энергоэффективные туалеты смогут работать даже без систем канализации и обрабатывать отходы на месте.
Около 2,3 миллиарда человек не имеют доступа к хорошим санитарным условиям. Отсутствие работоспособных туалетов побуждает людей сбрасывать фекальные массы в близлежащие пруды и ручьи, распространяя бактерии, вирусы и паразиты, которые могут вызывать диарею и холеру. Диарея является причиной смерти одного из девяти детей во всем мире.
Ученые работают над созданием нового вида туалета, который будет достаточно дешевым для развивающегося мира и сможет не только собирать, но и утилизировать отходы.
В 2011 году Билл Гейтс создал своеобразный X Prize в этой области — конкурс «изобрети туалет заново». С момента запуска несколько команд представили свои опытные образцы. Все отходы обрабатываются на месте, поэтому нет необходимости в большом количестве воды, чтобы относить их в канализацию.
Рассматривают также варианты с нагреванием отходов, чтобы производился богатый углеродом материал, способный удобрять почву.
«Гладко» говорящие виртуальные ассистенты
Новые методы, способные улавливать смысловые связи между словами, делают машины лучше в понимании естественного языка.
Мы привыкли к виртуальным помощникам — Alexa проигрывает музыку в гостиной, Siri ставит будильники на телефоне — но они пока не оправдали возлагаемых на них надежд в плане проявлений сообразительности. Они должны были упростить нашу жизнь, но едва ли оцарапали эту почву. Они распознают лишь узкий диапазон команд и легко сбиваются с курса.
Некоторые новейшие достижения должны расширить репертуар цифровых помощников. В июне 2018 года исследователи из OpenAI разработали методику, которая обучает ИИ по неразмеченному тексту, избегая затрат денег и времени на классификацию и маркировку всех данных вручную. Несколько месяцев спустя Google представила систему BERT, которая научилась предсказывать пропущенные слова, изучая миллионы предложений. В тесте с множественным выбором он справился так же хорошо, как и люди при заполнении пробелов.
Эти улучшения, в сочетании с улучшенным синтезом речи, позволяют нам перейти от простых инструкций для помощников ИИ к разговорам с ними. Они позволят им справляться с простыми задачами вроде составления заметок о встречах, поиска информации и онлайн-покупок.
Некоторые уже готовы. Google Duplex, удивительно «человечное» обновление Google Assistant, может принимать за вас звонки от спамеров и продавцов из телевизора. Также оно может сделать звонки от вашего лица, чтобы запланировать бронь ресторана или купить билеты.
В Китае пользователи уже привыкли к AliMe от Alibaba, который координирует доставку посылок по телефону и торгуется по поводу цены товаров в чате.
Но хоть программы ИИ и стали лучше понимать, что вы хотите, они все равно не понимают предложения. Строки составляются или генерируются статистически, демонстрируя, насколько трудно дать машинам истинное понимание языка. Когда мы преодолеем это препятствие, мы увидим еще одну революцию. От координатора-логиста — к няне, учителю или даже другу.
Какого прорыва из этого списка ожидаете лично вы? Расскажите об этом в нашем чате в Телеграме.
