В начале 2010-х годов только появились частные космические полеты, «Гугл» стал выдавать первые персонифицированные результаты поиска, а метод редактирования генома CRISPR-Cas9 все еще находился в зачаточном состоянии. К концу десятилетия искусственный интеллект набрал обороты во множестве настольных игр, «Спейсэкс» (SpaceX) стало именем нарицательным, а генетически модифицированные эмбрионы человека превратились в неоднозначную реальность.
Очевидно, что за текущее десятилетие может произойти немало всего, но инновациям необходимо с чего-то начинаться. Основываясь на происходящем прямо сейчас, вот некоторые тенденции, которые могут определить 2020-е годы.
Космические миссии на Луну, Марс и не только
Предстоящее десятилетие обещает впечатляющий набор космических миссий. Программа НАСА «Артемида» предусматривает высадку на Луну первой женщины и очередного мужчины к 2024 году, но, скорее всего, ее перенесут на 2028 год, прокладывая путь будущим миссиям на Марс последующими ежегодными полетами. Высадки астронавтов на Марс в этом десятилетии не произойдет, но этим летом на Красную планету отправится новый марсоход.
В 2024 году Япония также планирует отправить зонд-разведчик Martian Moon eXplorer (MMX) на два спутника Марса, Фобос и Деймос. MMX приземлится на Фобос, сила гравитационного притяжения которого в 1800 раз слабее земного, что облегчит посадку, но сделает довольно сложной задачей удержание зонда на поверхности после приземления. Находящееся на космическом аппарате устройство для отбора проб отберет немного грунта для отправки на Землю. MMX также доставит марсоход, а затем переместится с Фобоса на Деймос, прежде чем вернуться на Землю в 2029 году.
Роботизированная рука межпланетной станции OSIRIS-REx с сенсорным пробоотборником прикоснется к поверхности астероида Бенну и в течение пяти секунд выбросит на нее порцию газообразного азота, в результате чего пыль попадет в специальную камеру для отправки на Землю (НАСА).
MMX будет не единственным космическим аппаратом, который доставит на Землю образцы грунта. Японская миссия Hayabusa 2 отберет пробы на астероиде Рюгу, где, как считается, содержатся органические вещества и вода с момента формирования Солнечной системы примерно 4,6 миллиарда лет назад. Межпланетная станция OSIRIS-REx НАСА уже находится на орбите и проводит исследования астероида Бенну с декабря 2018 года. В этом году она начнет практиковать посадку на астероид для сбора образцов грунта с его поверхности. Исследователи НАСА предполагают, что грунт Бенну может содержать «молекулярных предшественников происхождения жизни и океанов Земли» (Бенну может столкнуться с Землей в конце XXII века, что делает его важным объектом для исследований).
Взаправду летающие машины
Будущее вместе с летающими автомобилями может показаться затасканной темой, однако в этом десятилетии оно может стать реальностью.
Самый большой рынок так называемых «летающих автомобилей» предназначен не для личного пользования, а скорее для парка воздушных такси. «Убер» (Uber), например, продвигает предоставление подобных услуг с 2016 года. В этом году компания намерена апробировать на Далласе, Лос-Анджелесе и Дубае систему работы такси в условиях пробок. По данным портала «Диджитал трендз» (Digital Trends), «Убер» планирует коммерческое расширение уже к 2023 году. Однако до тех пор, пока правила и инфраструктура не обеспечат безопасное передвижение по воздуху, большинство людей не смогут поменять вид личного транспорта, — и многие сомневаются, что он когда-нибудь станет мейнстримом.
Но реальность летающих автомобилей трудно игнорировать в условиях присутствия в отрасли таких крупных компаний как «Боинг», «Порше», «Хёнде», «Астон Мартин», «Роллс-Ройс» и китайской фирмы «Джили» (Geely), частично или единолично владеющей многочисленными автомобильными компаниями (даже американские военные сотрудничают с производителями личных воздушных судов).
Более совершенные аккумуляторы
Будущее за электричеством, а это означает, что достижения в технологиях создания аккумуляторов будут иметь решающее значение для инноваций в 2020-х годах. Следующее поколение электромобилей, солнечных батарей и смартфонов потребует увеличения времени работы аккумуляторов, а также более экологичных и эффективных способов их массового производства.
Любой аккумулятор имеет два электрода — катод и анод, соединенные жидким электролитом, позволяющим ионам перемещаться между ними. При современном состоянии технологий, в литий-ионных аккумуляторах, приводящих в действие приборы от ноутбуков до электромобилей «Тесла», аноды преимущественно графитовые, но инженеры продолжают экспериментировать с различными материалами катодов. В большинстве современных смартфонов и ноутбуков в качестве катода используется оксид лития-кобальта, хорошо аккумулирующий энергию, но дорогостоящий, недолговечный и зачастую легко нагревающийся. Предстоящее десятилетие может определить поиск лучшей химической формулы.
Небольшая группа инженеров также успешно внедряет графен в литий-ионные аккумуляторы — эту новинку «Самсунг» обещает выпустить к 2021 году. Графен — чудо-материал, состоящий из единственного слоя расположенных в виде сот атомов углерода. Использование графена может привести к созданию гораздо меньших по размеру аккумуляторов, которые к тому же будут заряжаться намного быстрее.
Американским электросетям также необходима большая мощность. Новый национальный научно-исследовательский институт Тихоокеанской Северо-западной национальной лаборатории получил от Министерства энергетики США несколько миллионов долларов на обновление энергосетей, и большая часть этого финансирования будет направлена на развитие новых технологий создания аккумуляторов.
Заместитель директора лаборатории Джуд Вирден (Jud Virden) рассказал обозревателю журнала «Форбс» Джеймсу Конка, что для достижения современного уровня литий-ионным батареям потребовалось 40 лет. Но, как пишет Конка: «У нас нет сорока лет для перехода на следующий уровень. Нужно успеть сделать все за десять».
Официальная медицина становится психоделической
В 2010-х годах восемнадцать штатов США разрешили использование марихуаны в медицинских целях, постепенно общее количество таких штатов достигло тридцати трех. В 2020-х годах количество исследований потенциального использования психоделиков в медицинских целях может резко возрасти.
В другом недавнем примере один из исследователей обнаружил, что МДМА или экстази может сделать обычно застенчивого осьминога более общительным. Хотя мозг головоногих больше напоминает мозг улитки, чем человека, ученые собрали информацию о том, как ведут себя нейроны и нейротрансмиттеры при использовании препарата, что может помочь в будущих исследованиях на людях. Другие исследователи, проводящие эксперименты на мышах, надеются, что способность МДМА воздействовать на уровень окситоцина может помочь страдающим ПТСР людям.
Вызывающая галлюцинации форма кетамина используется не только как «клубный» наркотик, но и распространена в медицине в качестве анестетика. Сейчас ученые заняты изучением эффективности кетамина для трудно поддающейся лечению депрессии. В прошлом году Управление по надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов одобрило использование кетамина в форме назального спрея для лечения тяжелых случаев депрессии (но, согласно исследованию портала «Стат» (Stat), следует остерегаться интернет-«клиник», преувеличивающих его полезность в не указанных в инструкции случаях).
Перед лицом угрозы «апокалиптического» вымирания видов
Насекомые, амфибии, птицы и живые существа любого рода подвергаются серьезной опасности из-за множества угроз, в первую очередь из-за разрушения и загрязнения среды своего обитания, а также изменения климата. Организация Объединенных Наций назвала конец 2020-х годов крайним сроком для принятия серьезных мер по спасению этих популяций.
Необходимы масштабные мероприятия по защите мест обитания, сокращению выбросов углерода, ликвидации отходов пластмасс и ограничению использования пестицидов. Кроме того, ученые творчески подходят к изучению и защите видов. Помощь оказывают и такие технические гиганты как «Гугл». С помощью пассивных устройств слежения вроде камер-ловушек исследователи могут собирать пространственные и временные данные, служащие основой для усилий по сохранению популяций. В ловушках по всему миру накапливаются миллионы изображений, но сортировка такого огромного объема данных является давней проблемой исследователей.
Такие проекты как «Уайлдлайф инсайтс» (Wildlife Insights), частично финансируемые корпорацией «Гугл» и Смитсоновским институтом, используют облачные технологии и искусственный интеллект для идентификации животных на изображениях на уровне видов, чтобы ученым было проще составить карту популяции. Кое-где такие стартапы как «Консервэйшн Икс» (Conservation X) собирают средства для создания устройств типа портативных сканеров ДНК для выявления таких незаконно продаваемых предметов как рога носорога или чешуя панголинов в помощь властям, сообщает Лиза Палмер (Lisa Palmer) с портала «Нейчэ» (Nature). Группа также финансировала создание программы «Чимпфейс» (ChimpFace), использующей программное обеспечение для распознавания морд шимпанзе для борьбы с их нелегальной продажей в интернете, обучая алгоритм на тысячах изображений этих обезьян.
Локально одна из команд исследователей в Новой Зеландии использует набор технологий для восстановления популяции исчезающей птицы какапо. Они применяют дроны для быстрого перемещения по всему острову образцов спермы для оплодотворения самок, для предотвращения инбридинга берутся самые передовые микросателлитные ДНК-маркеры, имеются даже распечатанные на 3D-принтере яйца для выведения птенцов. Несколько команд исследователей используют космические спутники для отслеживания популяций китов, вомбатов и пингвинов.
Пища, чтобы накормить планету
По некоторым оценкам, в течение ближайших 35 лет планете понадобится производство большего объема продовольствия, чем когда-либо в истории человечества, — запрос, несомненно, серьезно затрагивающий сельское хозяйство.
Хотя генетически модифицированные зерновые культуры в той или иной форме присутствовали на протяжении тысячелетий, генно-модифицированные растения готовы произвести настоящий фурор в следующем десятилетии. Генетически модифицированные основные продукты питания, например, золотой рис — разновидность белого риса, созданная для борьбы с дефицитом витамина А, — могут распространиться к началу 2030-х годов. Также выводятся и жаростойкие культуры, которые в теории кажутся намного лучше своих аналогов, поскольку температура Земли растет.
Такие биотехнологические коррективы имеют противников. По данным издания «Нейшнл джиогрэфик» (National Geographic), создание генетически модифицированных растений сопряжено с риском передачи ими генов другим организмам в своих экосистемах. Скептики также указывают на их относительную непрактичность: ко времени преодоления ГМО нормативно-правовых барьеров и достижения ими самых нуждающихся групп населения помощь может слишком запоздать.
Вместо этого эксперты рекомендуют направить ресурсы на разработку более экологически безопасных и рассчитанных на длительную перспективу методов ведения сельского хозяйства, способствующих землепользованию и даже перераспределению продовольствия. С точки зрения калорийности, планета уже производит достаточно пищи, чтобы прокормить всех своих обитателей — чего, по мнению портала «Вёрдж» (Verge) нельзя достичь, сосредоточившись лишь на производстве продовольствия. Исследователи также отдают приоритет технологиям, способствующим минимизации пищевых отходов или уменьшению зависимости человека от имеющих ощутимые углеродные следы продуктов питания, например, мяса и молочных продуктов.
По-настоящему умные машины
Мы живем в разгар цифровой революции. Запрограммированные «думать» самостоятельно компьютеры способны теперь обыгрывать людей в играх, прогнозировать погоду и даже ставить диагнозы лучше некоторых врачей. Трудно сказать, на что замахнется и с чем справится искусственный интеллект, но несколько компаний уже расставили потенциальные приоритеты на ближайшие десять лет. Одним из ярких примеров является компания «Гугл», вызвавшая в начале этого года сенсацию технологией диагностики рака молочной железы и объявившая о планах развертывания большего количества подобных программ в отношении и других заболеваний.
Другая вызвавшая повышенный интерес общественности тема связана с распознаванием лиц, которая вышла на первый план в прошлом месяце после того, как газета «Нью-Йорк таймс» разоблачила стартап, нацеленный на распознавание лиц для правоохранительных органов. Многие из таких достижений стали возможными благодаря так называемым нейронным сетям — форме машинного обучения, смоделированной с участием человеческого мозга и превосходно работающей на вычленение скрытых паттернов из больших наборов данных, например, медицинской документации или фотографий людей.
2020-е принесут с собой не просто технический прогресс: теперь эксперты призывают мир бороться с правовыми, социальными и этическими последствиями существования искусственного интеллекта. Выуживающие личные данные машины вызывают вопрос защиты конфиденциальной информации. Становящиеся все более «разумными» алгоритмы поднимают сложную тему индивидуальности и того, смогут ли компьютеры когда-нибудь обрести собственные права. Даже преследующие самые благие намерения программы имеют тенденцию вызывать проблемы: искусственный интеллект не в состоянии (пока) распознать предоставление людьми неверных или искаженных данных, что может усилить вызванные человеческим фактором ошибки в медицине, а в некоторых случаях — выдать неверные результаты.
Решение проблемы с пластиком
За последние 70 лет люди произвели более 8 миллиардов тонн пластика, большая его часть все еще находится вокруг, вредя окружающей среде и ставя под угрозу здоровье человека. Для выхода за рамки простого повторного использования и переработки, исследователи и политики обращаются к альтернативным технологиям и мерам.
Компании разрабатывают заменители пластика на основе таких материалов, как льноволокно, грибы и раковины креветок. Другие, согласно данным ООН, пытаются модифицировать существующие формулы пластмасс, чтобы сделать их более разлагаемыми. По мнению журнала «Экономист» (The Economist), острая необходимость в модернизации связана с самой технологией переработки: в мире перерабатывается только около девяти процентов пластмасс. Большая проблема — загрязнение почвы, когда на свалку отправляется около 25 процентов отходов, которые пытается переработать человечество.
Даже самым простым изобретениям могут понадобиться годы для появления на рынке. В то же время в странах всего мира вводится запрет одноразового пластика, причем, по мнению журнала «Форчун» (Fortune), он уже действует в странах Европейского союза, Китае и Новой Зеландии. Подобная законотворческая деятельность набирает обороты в США, пусть и в отдельных штатах.
Прогресс в мировом здравоохранении
Инфекционные заболевания, в том числе многие излечимые, остаются основной причиной смертности в странах с низким уровнем жизни, в значительной степени из-за ограниченного, бессистемного доступа к ресурсам здравоохранения. Для оптимизации диагностики и лечения исследователи все чаще обращаются к простым в использовании устройствам, некоторые из которых имеют упрощенные версии программ для клиник или специалистов.
В Калифорнийском университете в Беркли ученые разработали приложения для сотовых телефонов, способные обнаруживать патогенные микроорганизмы в биологических образцах. Всемирная организация здравоохранения увеличила финансирование программ, направленных на расширение производства вакцин в затронутых болезнями странах. Искусственный интеллект также начинает привлекать сильное внимание в борьбе против инфекционных заболеваний, поскольку ученые в области теории вычислительных систем применяют эту технологию для прогнозирования и, хотелось бы надеяться, сдерживания вспышек заболеваемости животных.
В 2020-х годах мир может окончательно уничтожить дракункулез — паразитарную болезнь, с которой исследователи боролись на протяжении десятилетий. Ежегодное количество вновь инфицированных сократилось в 2018 году до 28 случаев по сравнению с 3,5 миллионами в 1980-х годах. Недавние попытки полностью искоренить заболевание потерпели крах, отчасти из-за неутешительной тенденции паразита скрываться в собаках, сообщает сайт «Нейчэ ньюс» (Nature News). Но если Всемирная организация здравоохранения выполнит задачу по официальной очистке земного шара от гвинейского червя к 2030 году, он станет вторым патогенным организмом, уничтоженным в истории человечества вслед за оспой.
Светлое будущее солнечной энергии
Во многом благодаря антропогенному изменению климата 2010-е годы стали самыми жаркими за всю историю наблюдений. Без серьезного сокращения выбросов углерода следующие десять лет могут принести миру еще одну волну рекордных температур, подвергая опасности природные экосистемы и мировое сообщество.
Мировое потребление угля начало стабилизироваться, поскольку мировые державы переключаются на альтернативные, экологически чистые источники энергии. По данным «Нью-Йорк таймс», эксперты прогнозируют, что к 2030 году использование энергии ветра, солнца и воды превысит использование угля как основного источника электроэнергии в мире. В частности, потенциалом обладает солнечная энергия, поскольку стоимость ее сбора продолжает в равной степени снижаться как для крыш коммерческих организаций, так и жилых домов. Согласно журналу «Форбс», если прогнозы расширения использования солнечной энергии оправдаются, то к началу 2030-х годов она будет обеспечивать примерно одну пятую производства электроэнергии в Соединенных Штатах.
Но расширенный рынок экологически чистой энергии не гарантирует сокращения выбросов углерода, особенно достаточно существенного для спасения планеты от катастрофического скачка температуры. Возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнечная энергия, по-прежнему составляют небольшую часть сектора электроэнергетики, а мировая потребность в электроэнергии постоянно растет. Как пишет Джеймс Темпл (James Temple) из журнала «Технологическое обозрение Массачусетского технологического института» (MIT Technology Review), одного повторения достижений 2010-х годов будет недостаточно. Сейчас необходимо ускорение темпов энергетического прорыва, пока еще есть время что-то изменить.