Пять главных прорывов года в науке и технологиях

Прослушать новость

Наталья Югринова

Уходящий год для человечества стал точкой технологического невозврата. Инновации окончательно обосновались даже в самых консервативных индустриях и начали играть решающую роль в конкурентной борьбе. «Бизнес-журнал» собрал важнейшие достижения науки и бизнеса за 2017 год, которые определят, каким станет наше будущее.

 

1. Аграрная революция
Роботы-пастухи и дроны-крестьяне

Встречайте новых фермеров — в металле и с пропеллерами. В 2017 году сельское хозяйство по всему миру начало бурно внедрять инновационные инструменты так называемого точного земледелия. На вооружении аграриев интеллектуальные гаджеты, которые были бы уместны даже в арсенале Джеймса Бонда. Для вспахивания земель они используют беспилотных роботов на радиоуправлении, для разметки пашни — GPS-навигацию, для выпаса скота —
«умные» видеокамеры, способные идентифицировать сложные объекты. Например, автономный робот Swagbot, разработанный конструкторами из Университета Сиднея, заменяет в одном лице пастушью собаку и ветеринара. Он собирает коров в стадо и отгоняет их в заданном направлении, а заодно следит с помощью специальных датчиков за состоянием здоровья животных. В сельском хозяйстве широко используют «тяжелые» технологии трехмерного моделирования почвы, алгоритмы анализа больших данных, машинное обучение… Все они решают сугубо прикладные задачи: позволяют повысить урожайность полей и качество продукции, уменьшить расход воды, удобрений и пестицидов. И, самое главное, сократить долю ручного труда.
Активнее прочих среди инноваций для сельского хозяйства развивается ниша дронов. PricewaterhouseCoopers оценивает этот сегмент в $32,5 млрд и обещает ему стремительный рост. Беспилотные летательные аппараты могут брать на себя заботу о посеве культур, борьбе с вредителями, опылении и поливе, анализе состояния почвы и урожая. Например, дрон британского стартапа BioCarbon Engineering способен высаживать 100 тыс. деревьев в день — это на 75% быстрее и на 85% дешевле, чем позволяют стандартные технологии. Его беспилотники уже занимаются восстановлением лесных массивов в Австралии и Ирландии. В 2017 году швейцарская компания с российскими корнями Gamaya вывела на рынок дронов для мониторинга соевых культур и сахарного тростника. Беспилотники не только отслеживают, не пересохли ли растения и не страдают ли они от жучков, но и дают рекомендации фермеру о том, как ему скорректировать свои методы обработки земель. Стартап уже привлек более 6 млн евро инвестиций.


2. Квантовые компьютеры.
На грани внедрения

Мечта о создании сверхбыстрых и сверхмощных вычислительных машин, работающих на принципах квантовых вычислений, будоражит умы ученых уже почти 50 лет. Но только в 2017 году стало ясно, что квантовые компьютеры перестают быть теорией и обретают реальные черты. А обе-щанный футуристами «квантовый скачок» — дело завтрашнего, а не (как это было еще недавно) призрачно далекого дня. Более 50 исследовательских групп по всему миру из крупных технологических компаний, небольших стартапов, научных заведений наперегонки строят всё более мощные машины. Подходы и технологии в создании квантовых компьютеров разнятся: одни используют сверхпроводники (как в Google, под руководством профессора Джона Мартиниса), другие — экзотические «холодные атомы» (как в Гарварде, под руководством Михаила Лукина, сооснователя Российского квантового центра). Отдельные компании, такие как американская D-Wave, уже поставляют на рынок адиабатические системы — они подходят для решения узких задач, но не умеют справляться со многими квантовыми алгоритмами. Другие — IBM, Гарвард, Google — сообщают о начале тестирований 50- и 51-кубитных полноценных квантовых машин, которые влегкую обойдут в скорости вычислений даже современные суперкомпьютеры вроде знаменитого Watson.
Какие перемены квантовые успехи обещают обычным людям и бизнесу? По мнению Джона Мартиниса, от практического внедрения квантовых вычислений выиграют самые разные отрасли экономики. В фармацевтике такие компьютеры смогут моделировать сложные молекулы различных веществ, предсказывать их реакции и просчитывать поведение. Больше не потребуются миллиарды долларов инвестиций в доклинические исследования лекарственных препаратов. В химии они помогут наладить производство новых прочных полимеров — например, для авиа- и автомобилестроения. В энергетике — позволят создать более производительные фотоэлементы для солнечных панелей. В логистике, производстве, торговле, транспорте — избавиться от ненужных простоев и оптимизировать каждый процесс. В информатике —
в разы ускорить машинное обучение и, в конечном счете, способствовать созданию искусственного интеллекта. По мнению профессора Мартиниса, все эти новшества — дело ближайших пяти–десяти лет. Так что последствия квантового скачка мы сможем наблюдать воочию.

 

3. Клеточный атлас.
Создание «карты человека»

 
Осенью 2016 года ученые из США, Великобритании, Японии, Швеции, Израиля и Голландии запустили колоссальный по своему масштабу проект «Атлас клеток человека» (Human Cell Atlas). Его задача — расшифровать, установить точное местонахождение и описать свойства каждой из 37,2 трлн клеток человеческого организма. Создание подробной карты клеток поможет понять, как развиваются различные заболевания, и обнаружить новые эффективные способы их лечения. Проект поддержали Марк Цукерберг и Присцилла Чан: основатель Facebook и его жена выделили грант в $600 млн специализированному научному центру Biohub в Калифорнии, который объединит исследователей в данной области из Беркли, Стэнфорда и Университета Сан-Франциско.
В 2017 году проект принес первые результаты. Во-первых, ученым Королевского технического университета в Швеции удалось завершить десятилетнюю работу по созданию подробной карты белков человека. Они локализовали более 12 тыс. белков, причем некоторые виды были описаны и систематизированы впервые. Во-вторых, в ноябре был опубликован первый трехмерный набросок клеточной карты тонкого кишечника. Атлас органа включает свыше 53 тыс. клеток и выглядит завораживающе: скопление разноцветных точек напоминает фотографии космических туманностей.
Именно так — клетка за клеткой, орган за органом, ученые намерены «картографировать» человеческий организм и дальше. Этот метод стал возможным лишь в последние годы, после разработки в 2009 году технологии секвенирования ДНК одиночных клеток. Каждая клетка в теле содержит примерно одинаковый набор генов, однако последовательность «включенных» и «выключенных» клеток различается. Именно эта последовательность и определяет природу клетки: она «программирует» ее на выполнение специфических функций — производить ли гормоны или посылать сигналы в мозг. Сегодня биотехнологи и генные инженеры научились изолировать отдельные клетки, «считывая» последовательность ДНК и РНК для описания структуры. Благодаря использованию новейших методик технологии CRISPR (предназначенной для редактирования генома), каждому белку в клетке присваивается флуоресцентная метка для определения его локации. Метка «подсвечивает» активный белок при атаке вирусов, бактерий или других внешних агентов. Как ожидается, работа над созданием атласа растянется на ближайшие пять–восемь лет. Данные помогут лучше понять механизмы развития рака, ревматоидного артрита, болезни, вызванной вирусом Эбола, ВИЧ-инфекций, болезней Паркинсона, Альцгеймера и многих других. Вся информация, которую накапливают в рамках проекта, будет храниться в открытом доступе, чтобы ей как можно раньше могли воспользоваться ученые мира.

 

4. Солнечная энергия.
Новая эра в развитии

 «Всего за десять лет, с 2005 по 2015 год, себестоимость генерирования солнечной энергии упала в шесть раз», — говорит Чжао Цзефан, президент Ассоциации производителей фотоэлементов Китая. По его мнению, уже совсем скоро новейшие технологии позволят солнечным электростанциям обойти по эффективности и экономичности классические ТЭЦ. Главный камень преткновения на пути развития солнечной энергии — высокая стоимость и низкий КПД панелей: они, как правило, улавливают не более 32% светового потока. Их «рабочая» часть сильно ограничена: они захватывают не весь спектр излучений, а видимый свет в пределах от фиолетового до красного. Последние разработки американских ученых из Массачусетского технологического института, Университета Пердью и Университета Мичигана доказывают, что уровень производительности фотоэлементов можно поднять как минимум вдвое. Исследователи построили прототип «горячей солнечной батареи» — в ней помимо собственно фотоэлемента есть особый «поглотитель-излучатель». Сначала верхний слой из карбоновых нанотрубок полностью поглощает энергию направленного солнечного потока и конвертирует большую ее часть в тепловую. При температуре в 1000°C излучатель на основе фотонного кристалла отдает энергию дальше — превратив ее снова в луч света, но теперь в более узком, пригодном для панели спектре. Сейчас ученые работают над упрощением технологии: пока «горячие батареи» работают только в вакууме.
В 2017 году стало ясно: дешевая и доступная солнечная энергия может решить не только проблему генерации тепла и электричества, но и уменьшить дефицит питьевой воды. Эта идея уже обретает коммерческие очертания. Американский стартап Zero Mass Water в ноябре запустил продажи устройства на основе солнечных панелей, способного поглощать воду прямо из воздуха. Губчатые наноматериалы захватывают молекулы воды даже из атмосферы с уровнем влажности не выше 20% (это доказали тесты в Мексике, Иордании и ОАЭ). А энергия, полученная от солнца, позволяет отделять воду от абсорбента, делая ее пригодной для питья. В компании утверждают, что устройство их двух панелей способно «добывать» до пяти литров воды ежедневно. При рыночной стоимости в $4,5 тысячи включая монтажные работы, среднестатистическое домохозяйство способно окупить его в течение пяти лет. Zero Mass Water собирается сделать ставку на социальные проекты — в частности, установку своих систем в африканских школах и лагерях беженцев на Ближнем Востоке.

 


5. Беспилотные автомобили.
Большегрузный старт

 
Технологии автономного вождения, похоже, приживаются в корпоративном секторе быстрее, чем в потребительском. Целый ряд компаний в 2017 году объявил о начале работы над созданием беспилотных грузовых фур, которые снимут нагрузку с дальнобойщиков, сделают вождение более безо-пасным и сократят транспортные расходы. Израильский стартап Otto, созданный в прошлом году выходцами из Google и в мае купленный Uber за $680 млн, уже тестирует семь своих автоматических грузовиков на дорогах. Помимо него, аналогичные проекты разрабатывают Volvo, Daimler, Peterbilt. В ноябре свою электрофуру представила компания Tesla. По словам главы компании Илона Маска, каждый грузовик оснащен автопилотом, который позволяет ему двигаться в тесных колоннах. В таких большегрузных цепочках аэродинамическое сопротивление за ведущей машиной резко снижается, за счет чего падает расход топлива. При движении в тесной колонне затраты сокращаются на 10% — а у электрофур и вовсе в два раза по сравнению с дизельными конкурентами.
Автомобили-беспилотники будут использоваться не только при доставке грузов на большие расстояния, но и для покрытия «последней мили». Традиционно доставка товара со склада до конечного потребителя является самым узким местом в логистической цепочке сектора e-commerce. Этим летом британский стартап Ocado Technology обкатал в Лондоне свой автономный фургон CargoPod. Небольшой грузовик имеет восемь закрытых на кодовый замок отсеков. Подъезжая к дому покупателя, он отправляет оповещение о своем прибытии на смартфон, паркуется, подсвечивает нужное отделение и дожидается, пока заказчик заберет свой товар. Примечательно, что загрузка фургона тоже не нуждается в участии человека. Работы по обработке заказов, поиску их на складе, упаковке и отгрузке (то есть все, что происходит после клика на кнопку «Оплатить заказ») выполняют роботы.
Как обещают эксперты, в ближайшие пять–десять лет автономные грузовики, поезда и городской общественный транспорт станут частью повседневности. Впрочем, предстоит еще решить проблему трудоустройства миллионов дальнобойщиков, которых автопилоты оставят без средств к существованию.