Міжнародна координаційна група провідних експертів у різноманітних областях назвала головні досягнення 2019 року.
Видання Scientific American разом із Всесвітнім економічним форумом зібрало провідних експертів в області технологій, які досліджували і визначили Десять кращих новітніх технологій 2019 року.
Кандидатів відбирали за низкою критеріїв: чи можуть вони принести користь суспільству і економіці, змінити звичні підвалини, чи викликають великий інтерес з боку дослідних лабораторій, компаній або інвесторів і так далі.
Соціальні роботи, кіберподорожі, біорозкладаний пластик, системи зберігання іфнормації на основі ДНК та інші дивовижні технології, які незабаром стануть повсякденним явищем. Корреспондент.net розповідає подробиці.
Ліки від раку і хвороби Альцгеймера
Кілька десятиліть тому вчені виявили особливий клас білків, які викликають ряд хвороб - від раку до нейродегенеративних захворювань.
Ці "внутрішньо невпорядковані білки" постійно змінюють форму, що дозволяє їм в критичні моменти, наприклад, під час реакції клітини на стрес, збирати воєдино найрізноманітніші молекули. Коли такі білки не функціонують належним чином, може розвинутися хвороба.
Вони не піддаються медикаментозному лікуванню, оскільки їх важко зловити через безперервний рух.
Суворі біофізичні комбінації, обчислювальні потужності і більш чітке розуміння того, як функціонують ВНБ, допомагають вченим виявляти сполуки, які інгібують ці білки, і деякі з них вже стали надійними кандидатами в майбутні ліки.
Серед них - європейський препарат під назвою трифлуоперазин, який пов'язує і пригнічує NUPR1, порушений білок, який бере участь у формуванні раку підшлункової залози.
Цей список буде поповнюватися, особливо в міру того, як буде прояснюватися роль ВНБ у найважливіших частинах клітин, відомих як безмембранні органели. Досить імовірно, що в найближчі три-п'ять років ці колись не піддавані лікуванню білки виявляться в центрі фармацевтичних розробок.
Розумні добрива
Нові розробки забезпечують грунт живленням, тільки коли це необхідно для скорочення шкоди навколишньому середовищу
Щоб прогодувати зростаюче населення планети, фермери повинні підвищувати врожайність. Цьому може, в тому числі, сприяти використання більшої кількості добрив. Однак стандартні методи працюють неефективно і часто завдають шкоди навколишньому середовищу.
Є два способи добрива: аміак, сечовина та інші речовини, які при контакті з водою виділяють живильний азот або гранули калію та інших мінералів для виробництва фосфору, який також виникає при реакції з водою.
Але більша частина з утворених речовин потрапляє в атмосферу у вигляді парникових газів, а фосфор опиняється в водозбірних басейнах, нерідко провокуючи надмірний ріст водоростей і інших організмів.
Однак до складу добрива з повільним вивільненням поживних речовин входять крихітні капсули, заповнені речовинами, що містять азот, фосфор та інші необхідні поживні речовини.
Зовнішня оболонка уповільнює не тільки швидкість, з якою вода проникає до вмісту для вивільнення поживних речовин, але і швидкість, з якою ці речовини вивільняються з капсули.
Телеприсутність
Учасники віртуальних зустрічей будуть відчувати фізичну присутність один одного
Технології доповненої реальності (AR) і віртуальної реальності (VR) поступово стають доступними для широкого поширення. Телекомунікаційні компанії розгортають мережі 5G і роблять це досить швидко, щоб безперебійно обробляти масу даних, одержуваних з сучасних матриць датчиків.
Винахідники вдосконалюють технології, які дозволяють людям фізично взаємодіяти з віддаленими середовищами, включаючи сенсорні датчики, що дозволяють відчути, до чого торкаються їх роботизовані аватари.
Повне сенсорне занурення, передбачене для спільної телеприсутності, зажадає значно менших тимчасових затримок, ніж ті, що допускають відеодзвінки, - і часом вони можуть стати зайвим навантаженням навіть для мереж 5G, - однак алгоритми прогнозованого ШІ можуть усунути виникаюче у користувача відчуття часових проміжків.
Хоча технологія спільної телеприсутності все ще знаходиться на стадії становлення, все готово для того, щоб в найближчі три-п'ять років вона почала чинити трансформуючий вплив на наше суспільство. Наприклад, Microsoft та інші компанії вже вкладають кошти в технології, які, як очікується, до 2025 року стануть основою багатомільярдної індустрії.
Біопластик
Вдосконалені розчинники і ферменти перетворюють деревні відходи в більш якісні біорозкладні пластики
За один рік людство промисловим способом виробляє більше 300 мільйонів метричних тонн пластика, і цей показник стрімко зростає.
Біорозкладані пластики можуть наблизити період "безвідходної" економіки, за якої пластик виробляється з біомаси і в неї ж трансформується після використання.
Нещодавно знайдено інноваційне рішення виробляти пластмаси з целюлози або лігніну (задерев'янілі стінки рослинних клітин), які можна отримати з нехарчових рослин, таких як арундо тростинний, що росте на малородючих землях, або з деревних відходів і побічних продуктів сільського господарства.
Щоб виготовити з цих речовин пластмаси, виробники повинні спочатку розбити їх на структурні елементи, або мономери. Зовсім недавно дослідники знайшли способи зробити це для обох речовин.
Компанії беруть ці відкриття на озброєння. Такі, як Chrysalix Technologies, відділення Імперського коледжу Лондона, фінська біотехнологічна компанія MetGen Oy і американський стартап Mobius.
Однак у целюлози і лігніну є недоліки - це дорожнеча і необхідність води при виробництві.
Соціальні роботи
Роботи - друзі і помічники все глибше проникають в життя людей
У промисловості і медицині використання роботів при будівництві, розбиранні та перевірці речей стало звичайним явищем; вони також допомагають хірургам під час операцій і за рецептом відпускають ліки в аптеках.
Але в найближчі кілька років соціальні роботи повинні стати більш складними і набути широкого поширення. Вони використовують штучний інтелект, щоб обирати порядок дій відповідно до інформації, отриманої через камери та інші датчики.
Фахівці перевели психологічні та нейронаукові спостереження в алгоритми, які дозволяють роботам розпізнавати голоси, обличчя і емоції; інтерпретувати мову і жести; адекватно реагувати на складні вербальні і невербальні сигнали; встановлювати зоровий контакт; вести невимушену бесіду; адаптуватися до потреб людей, засвоюючи уроки зі зворотного зв'язку, заохочень і критики.
Соціальні роботи особливо необхідні для того, щоб допомагати людям похилого віку, число яких у світі неухильно зростає. Наприклад, терапевтичний робот PARO з Японії виглядає як пухнастий морський котик і націлений на зниження стресу у людей з хворобою Альцгеймера.
Продажі роботів для окремих споживачів по всьому світу в 2018 році досягли 5,6 мільярда доларів і очікується, що до кінця 2025 року цей ринок зросте до 19 мільярдів.
Металінзи
Тепер керувати світлом можна буде за допомогою тонких і плоских металінз, які замінять громіздку оптику
Робити крихітні лінзи за допомогою традиційних технологій різання і згинання скла досить важко, і елементи скляної лінзи часто необхідно складати в кілька шарів, щоб правильно фокусувати світло.
Нещодавно інженери відкрили, які фізичні закони стоять за набагато меншими і більш легкими альтернативами, відомими як металінзи.
Ці лінзи могли б значно зменшити в розмірах мікроскопи та інші лабораторні інструменти, так само як і споживчі товари, такі як камери, гарнітури віртуальної реальності та оптичні датчики для технології Інтернету речей. До того ж, вони могли б підвищити функціональність оптичних волокон.
Металінза складається з плоскої поверхні, тоншої за мікрон, яка покрита масивом нанорозмірних об'єктів, таких як виступаючі стовпчики або просвердлені отвори.
Найсуттєвішим проривом року, що минає, стало знайдене дослідниками рішення для проблеми під назвою хроматична аберація. Коли біле світло проходить через типову лінзу, промені з різними довжинами хвиль відхиляються під різними кутами і таким чином фокусуються на різних відстанях від лінзи.
Тепер одна металінза може фокусувати всі хвилі білого світла в одній точці. Металінзи можуть виправити і інші аберації, такі як кома і астигматизм, які є причиною спотворення і розмитості зображення.
Продукти харчування
Поєднання двох технологій може значно підвищити безпеку харчових продуктів
За даними Всесвітньої організації охорони здоров'я, щорічно від харчових отруєнь страждають близько 600 мільйонів чоловік, а в 420 тисячах випадків харчові отруєння стають причиною смерті.
Інноваційне застосування технології блокчейна починає вирішувати задачу відстеження продуктів харчування. А поліпшена упаковка харчових продуктів тим часом надає нові способи визначати те, чи зберігалися продукти при належних температурах і чи могли вони зіпсуватися.
Хмарна платформа на основі блокчейна IBM Food Trust вже використовується найбільшими продавцями продуктів харчування. За допомогою цієї технології роздрібні продавці та ресторани можуть практично негайно вивести зіпсований продукт з обігу і знищити тільки запаси, отримані з того ж джерела.
Також розробляються невеликі датчики, які можуть контролювати якість і безпеку харчових продуктів в контейнерах, ящиках або в індивідуальній упаковці.
Безпечні ядерні реактори
Надійне паливо та інноваційні реактори можуть сприяти відродженню ядерної енергетики
Комерційні реактори десятиліттями використовують одне і те ж паливо: невеликі таблетки діоксиду урану, укладені всередині довгих циліндричних стрижнів зі сплаву цирконію.
Але в разі перегріву цирконій може вступити в реакцію з водою і зробити вибухонебезпечний водень. Таке сталося в США в 1979 році і в Японії в 2011 році.
Виробники, такі як Westinghouse Electric Company і Framatome, форсують розробку ядерного палива, стійкого до важких аварій. У деяких варіантах оболонка з цирконію має спеціальне покриття, щоб мінімізувати реакції. В інших цирконій і навіть діоксид урану замінені іншими матеріалами.
Також виробники експериментують з моделями "четвертого покоління", в яких замість води використовується рідкий натрій або розплавлена сіль для передачі тепла.
Зберігання даних в ДНК
Вчені адаптують природну систему зберігання інформації про організм для обробки величезної кількості даних
До 2020 року в усьому світі буде створюватися, приблизно, 1,7 мегабайта даних за секунду в розрахунку на одну людину, що дорівнює, приблизно, 418 зетабайтам у рік (або 418 мільярдам жорстких дисків об'ємом один терабайт), якщо оцінювати чисельність жителів планети в 7,8 мільярда людей.
Сьогодні з'являється альтернатива жорстких дисків. ДНК, що складається з довгих ланцюжків нуклеотидів A, T, C і G, є матеріалом для зберігання інформації про живий організм.
Дані можуть зберігатися в послідовності цих букв, перетворюючи ДНК в нову форму інформаційних технологій. Сьогодні її вже легко впорядковують (прочитують), синтезують (записують) і точно копіюють.
Крім того, ДНК відрізняється неймовірною стабільністю, про що свідчить повне секвенування генома у викопного коня, що жив більш як 500 тисяч років тому. І її зберігання не вимагає багато енергії.
Зате обсяг пам'яті ДНК вражає уяву. ДНК здатна справно зберігати величезну кількість даних, володіючи інформаційною щільністю, яка у багато разів перевищує щільність електронних пристроїв.
У 2017 році група Черча в Гарварді застосувала технологію редагування ДНК CRISPR для запису зображень людської руки в геном кишкової палички, які були прочитані з точністю понад 90 відсотків.
А дослідники з Вашингтонського університету і компанії Microsoft Research розробляють повністю автоматизовану систему для запису, зберігання та читання даних, закодованих в ДНК. Ряд компаній, в тому числі Microsoft і Twist Bioscience, працюють над просуванням технології зберігання даних на основі ДНК.
Відновлювана енергосистема
Екологічно безпечні рішення в області енергетики не зустрічають перешкод на своєму шляху
Спосіб, яким ми отримуємо електрику, зазнає стрімку трансформацію, зумовлену одночасно зростанням необхідності позбавлення енергосистем від викидів двоокису вуглецю і різким падінням витрат на технології використання енергії вітру і сонця.
На думку експертів, протягом наступних п'яти-десяти років іонно-літієві акумулятори, швидше за все, стануть панівною технологією, а триваючі удосконалення приведуть до того, що акумулятори зможуть зберігати від чотирьох до восьми годин енергії - достатньою, наприклад, для того, щоб переключитися з сонячної енергії на вечірній пік попиту.
Але наближення того моменту, коли поновлювані джерела енергії і накопичувачі енергії зможуть впоратися з базовим навантаженням генерації електроенергії, потребує запасів енергії на більш тривалі терміни, що означає вихід за межі іонно-літієвих батарей.
Спектр потенційних кандидатів на цю роль варіюється від високотехнологічних варіантів, таких як проточні батареї, які перекачують рідкі електроліти, і водневі паливні елементи, до більш простих ідей, таких як гідроакумулююча гідроенергія і те, що називається гравітаційним накопичувачем.
Накопичувані зобов'язання урядів з досягнення безвуглецевого виробництва електроенергії будуть стимулювати збільшення доступних запасів електроенергії.