Домой Хай-тек От лекарств до реакторов. Главные технологии года

От лекарств до реакторов. Главные технологии года

Від ліків до реакторів. Головні технології року

Фото: Getty Главные технологические достижения по 2019 год

Международная координационная группа ведущих экспертов в различных областях назвала главные достижения 2019 года.

Издание Scientific American совместно с Всемирным экономическим форумом собрало ведущих экспертов в области технологий, которые исследовали и определили Десять лучших новейших технологий 2019 года.

Кандидатов отбирали по ряду критериев: могут ли они принести пользу обществу и экономике, изменить привычные устои, вызывают большой интерес со стороны исследовательских лабораторий, компаний или инвесторов и так далее.

Социальные работы, кіберподорожі, биоразлагаемый пластик, системы хранения ифнормацию на основе ДНК и другие удивительные технологии, которые скоро станут обыденным явлением. рассказывает подробности.

 

Лекарства от рака и болезни Альцгеймера

Несколько десятилетий назад ученые обнаружили особый класс белков, которые вызывают ряд болезней — от рака до нейродегенеративных заболеваний.

Эти «внутренне неупорядоченные белки» постоянно меняют форму, что позволяет им в критические моменты, например, во время реакции клетки на стресс, собирать воедино самые разнообразные молекулы. Когда такие белки не функционируют должным образом, может развиться болезнь.

Они не поддаются медикаментозному лечению, поскольку их трудно поймать за непрерывное движение.

Суровые биофизические комбинации, вычислительные мощности и более четкое понимание того, как функционируют ВНБ, помогают ученым выявлять соединения, которые ингибируют эти белки, и некоторые из них уже стали надежными кандидатами в будущие лекарства.

Среди них — европейский препарат под названием трифлуоперазин, который связывает и подавляет NUPR1, нарушенный белок, который участвует в формировании рака поджелудочной железы.

Этот список будет пополняться, особенно по мере того, как будет проясняться роль ВНБ в важнейших частях клеток, известных как безмембранні органеллы. Весьма вероятно, что в ближайшие три-пять лет эти некогда не піддавані лечению белки окажутся в центре фармацевтических разработок.

Умные удобрения

Чтобы прокормить растущее население планеты, фермеры должны повышать урожайность. Этом может, в том числе, способствовать использование большего количества удобрений. Однако стандартные методы работают неэффективно и часто наносят вред окружающей среде.

Есть два способа удобрения: аммиак, мочевина и другие вещества, которые при контакте с водой выделяют питательный азот или гранулы калия и других минералов для производства фосфора, который также возникает при реакции с водой.

Но большая часть из образованных веществ попадает в атмосферу в виде парниковых газов, а фосфор оказывается в водосборных бассейнах, нередко провоцируя избыточный рост водорослей и других организмов.

Однако в состав удобрения с медленным высвобождением питательных веществ входят крошечные капсулы, заполненные веществами, содержащими азот, фосфор и другие необходимые питательные вещества.

Внешняя оболочка замедляет не только скорость, с которой вода проникает к содержимому для высвобождения питательных веществ, но и скорость, с которой эти вещества высвобождаются из капсулы.

Телеприсутність

Технологии дополненной реальности (AR) и виртуальной реальности (VR) постепенно становятся доступными для широкого распространения. Телекоммуникационные компании разворачивают сети 5G и делают это достаточно быстро, чтобы бесперебойно обрабатывать массу данных, получаемых с современных матриц датчиков.

Изобретатели совершенствуют технологии, которые позволяют людям физически взаимодействовать с удаленными средами, включая сенсорные датчики, позволяющие почувствовать, к чему прикасаются их роботизированные аватары.

Полное сенсорное погружение, предусмотренное для совместной телеприсутствия, потребует значительно меньших временных задержек, чем те, что допускают видеозвонки, — и порой они могут стать лишней нагрузкой даже для сетей 5G, — однако алгоритмы прогнозируемого ИИ могут устранить возникающее у пользователя ощущение временных промежутков.

Хотя технология совместной телеприсутствия все еще находится на стадии становления, все готово для того, чтобы в ближайшие три-пять лет она начала оказывать трансформирующее влияние на наше общество. Например, Microsoft и другие компании уже вкладывают средства в технологии, которые, как ожидается, к 2025 году станут основой многомиллиардной индустрии.

Биопластик

За один год человечество промышленным способом производит более 300 миллионов метрических тонн пластика, и этот показатель стремительно растет.

При этом переработке подвергается менее 15 процентов использованного пластика. Подробно о вреде пластика — в материале

Биоразлагаемые пластики могут приблизить период «безотходной» экономики, при которой пластик производится из биомассы и в нее же трансформируется после использования.

Недавно найдено инновационное решение производить пластмассы из целлюлозы или лигнина (одеревеневшие стенки растительных клеток), которые можно получить из непищевых растений, таких как арундо тростниковый, что растет на малоплодородных землях, или из древесных отходов и побочных продуктов сельского хозяйства.

Чтобы изготовить из этих веществ пластмассы, производители должны сначала разбить их на структурные элементы, или мономеры. Совсем недавно исследователи нашли способы сделать это для обоих веществ.

Компании берут эти открытия на вооружение. Такие, как Chrysalix Technologies, отделение Имперского колледжа Лондона, финская биотехнологическая компания MetGen Oy и американский стартап Mobius.

Однако у целлюлозы и лигнина есть недостатки — это дороговизна и необходимость воды при производстве.

Социальные работы

В промышленности и медицине использование роботов при строительстве, разборке и проверке вещей стало обычным явлением; они также помогают хирургам во время операций и по рецепту отпускают лекарства в аптеках.

Но в ближайшие несколько лет социальные работы должны стать более сложными и получить широкое распространение. Они используют искусственный интеллект, чтобы выбирать порядок действий согласно информации, полученной через камеры и другие датчики.

Специалисты перевели психологические и нейронаукові наблюдения в алгоритмы, которые позволяют роботам распознавать голоса, лица и эмоции; интерпретировать язык и жесты; адекватно реагировать на сложные вербальные и невербальные сигналы; устанавливать зрительный контакт; вести непринужденную беседу; адаптироваться к потребностям людей, усваивая уроки из обратной связи, поощрений и критики.

Социальные работы особенно необходимы для того, чтобы помогать людям пожилого возраста, число которых в мире неуклонно растет. Например, терапевтический робот PARO из Японии выглядит как пушистый морской котик и нацелен на снижение стресса у людей с болезнью Альцгеймера.

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.

Металінзи

Делать крошечные линзы с помощью традиционных технологий резки и гибки стекла довольно трудно, и элементы стеклянной линзы часто 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 металінзи.

Эти линзы могли бы значительно уменьшить в размерах микроскопы и другие лабораторные инструменты, так же 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.

Металінза состоит из плоской поверхности, более тонкой по микрон, которая покрыта массивом наноразмерных объектов, таких как выступающие столбики или просверленные отверстия.

Существенным прорывом уходящего года стало найденное исследователями решение для проблемы под названием хроматическая аберрация. Когда белый свет проходит через типичную линзу, лучи с разными длинами волн отклоняются под разными углами и таким образом фокусируются на разных расстояниях от линзы.

Теперь одна металінза может фокусировать все волны белого света в одной точке. Металінзи могут исправить и другие аберрации, такие как кома и астигматизм, которые являются причиной искажения и размытости изображения.

Продукты питания

По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно от пищевых отравлений страдают около 600 миллионов человек, а в 420 тысячах случаев пищевые отравления становятся причиной смерти.

Инновационное применение технологии блокчейна начинает решать задачу отслеживания продуктов питания. А улучшенная упаковка пищевых продуктов тем временем предоставляет новые способы определять то или хранились продукты при надлежащих температурах и могли ли они испортиться.

Облачная платформа на основе блокчейна IBM Food Trust уже используется крупнейшими продавцами продуктов питания. С помощью этой технологии розничные продавцы и рестораны могут практически немедленно вывести испорченный продукт из оборота и уничтожить только запасы, полученные из того же источника.

Также разрабатываются небольшие датчики, которые могут контролировать качество и безопасность пищевых продуктов в контейнерах, ящиках или в индивидуальной упаковке.

Безопасные ядерные реакторы

Коммерческие реакторы десятилетиями используют одно и то же топливо: небольшие таблетки диоксида урана, заключенные внутри длинных цилиндрических стержней из сплава циркония.

Но в случае перегрева цирконий может вступить в реакцию с водой и сделать взрывоопасный водород. Такое произошло в США в 1979 году и в Японии в 2011 году.

Производители, такие как Westinghouse Electric Company и Framatome, форсируют разработку ядерного топлива, устойчивого до тяжелых аварий. В некоторых вариантах оболочка из циркония имеет специальное покрытие, чтобы минимизировать реакции. В других цирконий и даже диоксид урана заменены другими материалами.

Также производители экспериментируют с моделями «четвертого поколения», в которых вместо воды используется жидкий натрий или расплавленная соль для передачи тепла.

Хранение данных в ДНК

К 2020 году в мире будет создаваться, примерно, 1,7 мегабайта данных за 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 людей.

Сегодня появляется альтернатива жестких дисков. ДНК состоит из длинных цепочек нуклеотидов A, T, C и G, является материалом для хранения информации о живой организм.

Данные могут сохраняться в последовательности этих букв, превращая ДНК в новую форму информационных технологий. Сегодня ее уже легко упорядочивают (прочитывают), синтезируют (записывают) и точно копируют.

Кроме того, ДНК отличается невероятной стабильностью, о чем свидетельствует полное секвенирование генома ископаемого в коня, что жил 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.

В 2017 году группа Черча в Гарварде применила технологию редактирования ДНК CRISPR для записи изображений человеческой руки в геном кишечной палочки, которые были прочитаны с точностью более 90 процентов.

А исследователи из Вашингтонского университета и компании Microsoft Research разрабатывают полностью автоматизированную систему для записи, хранения и чтения данных, закодированных в ДНК. Ряд компаний, в том числе Microsoft и Twist Bioscience, работают над продвижением технологии хранения данных на основе ДНК.

Возобновляемая энергосистема

Способ, которым мы получаем электричество, претерпевает стремительную трансформацию, обусловленную одновременно ростом необходимости лишения энергосистем от выбросов двуокиси углерода и резким падением затрат на технологии использования энергии ветра и солнца.

По мнению экспертов, в течение следующих пяти-десяти лет ионно-литиевые аккумуляторы, скорее всего, станут господствующей технологии, а продолжающиеся усовершенствования приведут к тому, что аккумуляторы смогут хранить от четырех до восьми часов энергии — достаточной, например, для того, чтобы переключиться с солнечной энергии на вечерний пик спроса.

Но приближение того момента, когда возобновляемые источники энергии и накопители энергии смогут справиться с базовым нагрузкой генерации электроэнергии, требует запасов энергии на более длительные сроки, что означает выход за пределы ионно-литиевых батарей.

Спектр потенциальных кандидатов на эту роль варьируется от высокотехнологичных вариантов, таких как проточные батареи, которые перекачивают жидкие электролиты, и водородные топливные элементы, до более простых идей, таких как гидроаккумулирующая гэс и то, что называется гравитационным накопителем.

Накопленные обязательства правительств по достижению безуглеродного производства электроэнергии будут стимулировать увеличение доступных запасов электроэнергии.