Топ 10 развивающихся технологий 2015 года

Бернард Майерсон


В современном мире технологии являются показателями прогресса. Не без риска, технологические прорывы обещают решения самых насущных всемирных проблем нашего времени. Начиная с автомобилей, не загрязняющих атмосферу и заканчивая чипами, имитирующими мозг, 10 технологий этого года предлагает заглянуть в будущее инноваций, направленное на улучшение жизней, преобразование промышленности и охрану окружающей среды.

Чтобы собрать этот лист мета-совет Всемирного Экономического форума по развивающимся технологиям и панель из 18 экспертов, опираясь на коллективную экспертизу сообщества форума, определили самые новые технологические тренды. Делая это, мета-совет намерен повысить осведомленность о потенциале этих технологий и сделать вклад в сокращения бреши в инвестировании, регулировании и публичного понимания, которые часто мешают прогрессу.

Список 2015:

1. Автомобили на топливных ячейках

Машины с нулевыми выбросами, которые работают на водороде

Автомобили на топливных ячейках обещали давно. У них есть много преимуществ перед электрическими и углеводородными машинами. Однако, мы только приблизились к моменту, когда промышленность готова выпускать их в широкое производство. Изначально цены на автомобили будут находиться в районе $70000, но должны сильно упасть в цене с увеличением производства за следующие несколько лет.

В отличие от аккумуляторов, которые надо заряжать из внешних источников, топливные ячейки вырабатывают электричество напрямую, используя такое топливо как водород или природный газ. На практике аккумуляторы и ячейки комбинируют, и ячейки вырабатывают электричество, которое сохраняется в аккумуляторах до того момента, когда оно понадобится мотору. Поэтому такие гибридные автомобили скорее всего будут использовать рекуперацию энергии при торможении — очень важная возможность для максимизации эффективности и пробега.

В отличие от электрических автомобилей с батареями, такие автомобили похожи на обычные — они проходят на одной заправке до 650 км, и перезаправляются за три минуты. Водород очень чистый, при отработке водорода на выходе получается лишь водяной пар. Топливные ячейки сжигающие водород будут с нулевыми выбросами, очень важный фактор, с нашей потребностью снижения загрязнения воздуха.

Есть несколько способов произвести водород, избежав выбросов углерода в атмосферу. Например, электролиз воды, который производится при помощи энергии, получаемой от ветряков и солнечных панелей — хотя, энергоэффективность такого процесса низка. Также водород можно получить из воды в высокотемпературных ядерных реакторах или из ископаемых источников типа природного газа или угля, поймав при этом CO2 и изолировав его.

Кроме отсутствия производства дешёвого водорода в промышленных масштабах, проблемой является и отсутствие инфраструктуры его распределения. В настоящий момент транспортировка водорода на большие расстояния экономически невыгодна. Однако, вскоре инновационные методы хранения водорода (например, органические жидкости низкого давления) должны снизить стоимость транспортировки и уменьшить риски, связанные с хранением водорода.

Такие автомобили выглядят многообещающе в качестве замены бензиновому и дизельному транспорту., поскольку они дают пробег и удобство заправки сегодняшних дизельных и бензиновых автомобилей, при этом предоставляя преимущества устойчивого развития в персональном транспорте. Но для достижения этого преимущества требуется надёжное и экономически выгодное производство водорода из источников с низкими выбросами и распространение его на большой территории для растущего количества автомобилей (Ожидаемым объёмом во много миллионов в течение десятилетия)

2. Робототехника следующего поколения

Отход от производственной линии

Человечество давно мечтает о мире, где роботы выполняют различную ежедневную работу.

Однако, это будущее всё никак не наступает. Роботы трудятся в основном на производствах и других контролируемых задачах. Развитие технологий в робототехнике делает возможным взаимодействие человека и машины. Корпуса роботов в гибкости и адаптивности становятся более похожими на тела людей. Роботы получают больше возможностей при использовании облачных вычислений, вместо того, чтобы работать автономно.

Из сборочных цехов роботы переместились, например, на фермерские поля, где автоматические трактора работают при помощи GPS. В Японии роботы-сиделки помогают людям с ограниченными возможностями.

В самом деле, роботы идеально подходят для повторяющихся или опасных задач, они могут работать без отдыха и их обслуживание стоит меньше, чем зарплата человека. Но в будущем роботы вряд ли полностью заменят человека — скорее, они будут работать вместе с ним. Несмотря на все достижения в области искусственного интеллекта, людям будет необходимо контролировать работу роботов.

Есть опасения, что роботы могут лишить людей работы. Но по опыту предыдущих автоматизаций видно, что в результате повышение производительности приводило к росту, который шёл на пользу экономике. Многолетний страх, что, соединенные в сеть, роботы выдут из под контроля, может стать более реалистичным со следующим поколением робототехники соединенной с сетью — но более вероятно более близкое знакомство с роботами с использованием их дома снизит страхи, чем будет их увеличивать. Тем не менее, следующие поколения роботов поднимут новые вопросы в разных областях — философии, антропологии и других аспектах взаимоотношений человека с машинами.

3. Перерабатываемая термореактивная пластмасса (реактопласт)

Новый тип пластика для сокращения отбросов на свалках

Пластмассы разделяются на термопласты и реактопласты. Первые при нагревании обратимо переходят в эластичные и твёрдые состояния. Из них делают всё, от игрушек до туалетных сидений. Поскольку их можно переплавлять, они обычно попадают в категорию материалов, пригодных к переработке. Реактопласты же можно сформировать лишь раз, после чего их молекулярная структура устанавливается, что позволяет им выдерживать большие нагрузки и температуру.

Благодаря таким характеристикам прочности, последние используются в разных областях, от мобильных телефонов и печатных плат до аэрокосмической промышленности. Но эти же самые характеристики делают их непригодными к переработке. В результате они оканчивают жизнь на свалке. Ввиду самых важных целей устойчивого развития, уже давно существует потребность в переработке реактопласты.

В 2014 году был открыт новый класс реактопластов, которые можно перерабатывать. Они называются Polyhexahydrotriazine, или PHT. Их можно растворить в кислоте, разбив цепочки полимеров, которые затем можно собрать обратно. Так же как традиционные неперерабатываемые реактопласты, эти структуры прочные, устойчивы к высокой температуре и твердые, с теме же потенциальными применениями, как и их неперерабатываемые предшественники.

Хотя ни одна повторная переработка не будет эффективной на 100%, промышленное внедрение таких полимеров может привести циклической экономике и уменьшению заполнения мусорных свалок этими пластиками. Можно ожидать замену реактопластов такими пластмассами в ближайшие пять лет, и использование их почти во всех новых изделиях к 2025 году.

4. Технологии точного генетического манипулирования

Прорыв в науке обещает лучшие урожаи и меньше противоречий

По поводу генетических модификаций постоянно идут споры. Но новые технологии позволят непосредственно редактировать генетический код растений, чтобы придать им разные нужные нам свойства, например, сделать их более питательными или более адаптируемыми к изменяющемуся климату.

Сейчас эта технология основана на возможности бактерий agrobacterium tumefaciens переносить нужную ДНК. В научной среде все согласны с тем, что такая генная инженерия нисколько не опаснее обычной селекции. Но в последнее время появились более удобные технологии.

Это ZFN, TALENS и система CRISPR-Cas9 — защитный механизм бактерий против вирусов. Он использует молекулу РНК для модификации ДНК. Так можно выключить ненужный ген или изменить его, неотличимым от естественной мутации образом. Также эта система позволяет добавлять новые последовательности ДНК или целые гены.

Ещё одна технология — РНК-интерференция в посевы. Она помогает бороться с грибком, вирусами и паразитами, таким образом, уменьшая требуемое количество пестицидов. Уже больше десяти лет вирусные гены используются на Гавайях для защиты папай от вируса кольцевой пятнистости. Эта технология может защитить пшеницу, рис, картошку и бананы от их специфических болезней.

Особенно полезны эти инновации будут для фермеров, управляющих небольшими хозяйствами в развивающихся странах. В таком виде генетические модификации могут быть менее спорными, так как люди будут понимать их пользу в улучшении доходов и диет миллионов людей. Дополнительно, более точное генетическое модифицирование может успокоить страхи, так как получаемое растение или животное не будет рассматриваться, как трансгенное, так как не будет содержать чужого генетического материала.

Вместе эти техники обещают сделать прорыв в сельскохозяйственном устойчивом развитии, посредством сокращения использования ресурсов в нескольких сферах, от воды, земли и до удобрений, в то же время помогая растениям адаптироваться к изменению климата.

5. Дополняющие строительство

Будущее создания вещей от печатываемых органов до умной одежды

Исторически изготовление какого-либо предмета представляло собой процесс, когда от большой заготовки отсекали лишние части (дерево, метал, камень и др.). Сегодняшние технологии позволяют производить вещи наоборот, начиная с материала с более свободной структурой: порошка или жидкости; постепенно строя из него, необходимую форму, используя цифровой образец.

3D продукты могут быть детально настроены под конкретного пользователя, вместо одинаковых предметов массового производства. Например, компания Invisalign производит таким образом практически невидимые брекеты для исправления зубов. Другое медицинское использование — это использование 3D печатание в биологическом направлении: напрямую печатая человеческие клетки, теперь возможно создать живые ткани, которые могут быть потенциально использованы в проверке безопасности лекарств, и возможно в восстановлении тканей и регенерации. Ранний пример такого биопечатания — это напечатанные клети печени компании Organovo, которые нацелены для тестирования лекарств и итоге могут быть использованы для создания органов. Биопечать уже была использована для генерации кожи и костей, а также сердца и тканей сосудов, что предлагает огромный потенциал для будущей персонализированной медицины.

Следующим важным шагом для 3D печати будет возможность изготовления печатных плат и встроенной электроники. Компьютерные части наномасштабов, такие как процессоры, сложно изготовить таким способом, из-за сложности комбинирования электронных компонентов с другими, сделанными из нескольких различных материалов. 4D-принтеры обещают инновационные продукты, подстраивающиеся под климатические условия, такие как тепло и влажность. Это может быть полезным в одежде, обуви, а также медицинских продуктах, таких как имплантаты, подстраивающиеся под человеческое тело.

Также как распределенное производство, эта технология разрушает устоявшиеся процессы и цепочки поставок, но возможности её применения постоянно растут. Но она все еще остается технологией на очень ранней стадии развития с применением в основном в автомобилестроении, медицине и космическом секторах. В ближайшее десятилетие ожидается взрывной рост и появление новых возможностей и инноваций у этой технологии.

6. Появление искусственного интеллекта

Что произойдет, когда компьютеры смогут обучаться на работе

Проще говоря, ИИ — это наука использования компьютера в тех задачах, которые доступны людям. За последние годы ИИ значительно продвинулся: сейчас уже большинство из нас используют смартфоны, которые распознают речь и или проходили через очередь в паспортного контроля, где используется технология распознавания изображений. Самоуправляемые автомобили и беспилотные летательные аппараты уже проходят проверки, перед ожидаемым широким применением, тогда как в некоторых задачах на обучение и тестов памяти, машины уже давно превосходят людей. Компьютер Watson победил самых лучших кандидатов из людей в интеллектуальной игре Jeopardy.

ИИ, в отличие от обычного железа и программного обеспечения, позволяет компьютеру чувствовать изменения в окружении и реагировать на них. А новые достижения ИИ позволяет компьютерам самостоятельно обучаться, обрабатывая большое количество информации. К примеру, проект NELL — Never-Ending Language Learning (бесконечное обучение языку) из Университета Карнеги-Меллон. Эта система не просто читает веб-страницы и строит семантические связи, но пытается улучшить чтение и понимание этих фактов для того, чтобы в будущем делать это лучше.

Подобно будущим роботам, будущий ИИ приведет к прорыву в улучшении продуктивности, с процессом передачи задач машинам ИИ даже будет справляться с некоторыми задачами лучше человека. Существует значительное количество доказательств, что самоуправляемые автомобили снизят количество аварий, и как результат этого снизят количество смертей и травм, которые являются прямым последствием этих аварий, поскольку машины не будут подвержены ошибкам и отвлечениям внимания, не страдают слабым зрением, среди многих других проблем. Интеллектуальные машины, благодаря более быстрому доступу к более обширной информации, способные отвечать без человеческой эмоциональной предвзятости, возможно могут лучше делать диагнозы, чем профессиональные медицинские работники. Система Watson сейчас внедряется в онкологии для ассистирования в диагностике и возможности выбора пациентами персонализированного, основанного на фактах лечения.

Уже давно часть антиутопных научно- фантастических кошмаров, конечно, у ИИ есть свои риски — например, что ИИ однажды решит поработить людей. Несмотря на то, что до этого риска еще возможно десятилетия, некоторые эксперты воспринимают такой риск серьёзно. В январе 2015 многие из них подписали открытое письмо, созданием которого руководил Институт Будущего Жизни, в котором они описывают возможные проблемы, связанные с ИИ. Изменения в экономике, связанные с внедрением интеллектуальных компьютеров, могут привести к увеличению социального неравенства и исчезновению рабочих мест. Беспилотники заменят курьеров, а самоуправляемые автомобили — таксистов.

С другой стороны, появление ИИ может сделать более ценными такие человеческие качества, как способность к творчеству, эмоции, взаимоотношения. Рост возможностей ИИ будет поднимать вопросы, связанные с тем, что значит — быть человеком, и увеличивать риски, связанные с уменьшающейся разницей между человеком и машиной.

7. Распределённое производство

Заводы будущего находятся онлайн и у ваших дверей

Распределенное производство переворачивает с ног на голову то, как мы производим и распределяем товары. Традиционное производство собирает сырьё и изготавливает готовую продукцию на больших фабриках. Затем готовая продукция распространяется, пока не дойдёт то покупателя. При распределённом производстве сырьё и методы изготовления продукции децентрализованы, а конечный продукт изготавливается очень близко к клиенту.

Суть в том, чтобы заменить цепочку поставок материалов передачей цифровой информации. Для изготовления стула вместо добычи дерева и переделки его в стулья на фабрике, можно было бы передать чертёж стула на локальный узел, где детали были бы изготовлены посредством автоматических фрезерных аппаратов. Конечный продукт собирался бы в локальных мастерских или самим пользователем. По такой схеме уже работает по меньшей мере одна компания в США — AtFAB.

Сейчас примерно по такой схеме работают энтузиасты с 3D-принтерами ( DIY “maker movement”), где они используют свои локальные 3D принтеры и делают продукты из местных материалов. При этом задействуется коллективная работа многих людей, которые могут совместными усилиями совершенствовать продукт под свои собственные потребности и желания.

Распределённое производство позволит более эффективно использовать ресурсы и вырабатывать меньше отходов в централизованных заводах. Также оно понижает барьеры входа на рынок, уменьшая необходимый для выхода капитал. Что более важно, оно должно минимизировать воздействие производства на окружающую среду: цифровая информация поставляется через веб в отличие от физических продуктов, которые поставляются по дорогам и рельсам или на кораблях. Сырье вырабатывается локально, далее снижая энергию, требуемую для транспортировки.

При распространении такого подхода исчезнут традиционные рынки труда и существующая экономика традиционного производства будет подвержена сильным изменениям. Есть и риски — будет сложнее регулировать и контролировать то, что производится удалённо — например, есть опасность того, что можно будет производить всё, от медицинского оборудования до оружия. Но не всё может быть произведено таким образом, и традиционные цепочки поставок никуда не денутся. Их придется поддерживать для самых сложных и важных комплексных продуктов.

Распределенное производство может сподвигнуть к более широкому разнообразию в объектах, которые сейчас стандартизированы. Такие вещи, как автомобили или смартфоны, станут менее стандартизированными. Масштабы не имеют значения. Уже сейчас британская компания Facit Homes использует 3D печать и персонализированный дизайн и создает дома для клиентов на заказ. Возможности производства будут эволюционировать и приспосабливаться к рынкам и географическим особенностям. В те места, куда поставки сейчас не дотягиваются стандартным методом, дойдут блага цивилизации.

8. Беспилотные летательные аппараты со способностью распознавать среду и избегать столкновения

Летающие роботы, которые могут проверить линии электропередач и доставлять скорую помощь

Дроны в последнее время заняли прочные (и спорные) позиции в военном деле. Они также используются в сельском хозяйстве, при съёмках фильмов и для других различных целей, где может пригодиться недорогое и обширное наблюдение с воздуха. Но пока ими управляют люди. Разница в том, что их пилоты находятся на земле и управляют летательным аппаратом удаленно.

Следующий шаг — появление автоматических дронов, что раскрывает широкий потенциал для сфер их применения. Чтобы это стало реальностью, они должны будут сканировать окружение и реагировать на изменяющиеся параметры, изменяя высоту и траекторию полета, чтобы избежать столкновения с другими объектами на их пути. В природе птицы, рыбы и насекомые могут сбиваться в стаи, где каждый член очень быстро реагирует на движения соседних, в результате чего стая ведёт себя как единый организм. Можно будет эмулировать такое поведение для дронов.

Такие дроны смогут выполнять задачи, которые опасны для людей: проверка линий электропередач, срочная доставка лекарств. Дроны-доставщики смогут построить кратчайший маршрут и обойти другие летающие машины и препятствия. В сельском хозяйстве автономные дроны смогут собирать и обрабатывать огромное количество визуальных данных с воздуха, делая возможным очень точное и эффективное расходование используемых ресурсов и процессов, таких как удобрения и орошение.

В январе 2014 Intel и Ascending Technologies показали прототипы мини-дронов, которые облетали препятствия и людей, находящихся у них на пути. Машины используют модуль камеры Intel RealSence, который весит всего 8 г. и меньше 4 мм в толщину. Такой уровень избегания столкновения будет возвещать будущее с совместным воздушным пространством, где множество летающих дронов в непосредственной близости от людей будут выполнять множество различных задач. Фактически, дроны — это роботы, которые оперируют не в двух, а в трёх измерениях. Прорывы в робототехнике следующего поколения ускорят этот тренд.

Конечно, полностью исключить риск в случае летающих машин нельзя, независимо будут ли они управляться людьми или интеллектуальными машинами. Для повсеместного распространения машин дроны должны научиться работать в сложных условиях: ночью, в метель или в пылевую бурю. В отличие от текущих мобильных устройств (которые, на самом деле, вовсе не мобильные — нам самим приходится носить их!), дроны будут действительно мобильными устройствами и будут обладать возможностью перемещаться в трехмерном пространстве и смогут летать туда, куда не достигнет человек. Как только они достигнут широкого распространения, они значительно увеличат наше присутствие, продуктивность и человеческий опыт.

9. Нейроморфические системы

Компьютерный чип, который имитирует человеческий мозг

Даже суперкомпьютеры сегодня не могут тягаться со сложностью человеческого мозга. Они работают последовательно и передают данные между чипами памяти и процессора по шине данных. Мозг имеет множество внутренних связей, где у связей логики и памяти в миллиарды раз больше плотности и разнообразия, чем в современном компьютере. Нейроморфические чипы призваны обрабатывать информацию совершенно другими способами, чем текущее железо, и имитировать в этом архитектуру человеческого мозга, предоставляя огромный прирост мощности в компьютерном мышлении и способности реагировать.

Миниатюризация за последние годы принесла огромный прирост традиционной мощности, но узким местом стало постоянное перемещение данных между памятью и центральным процессором, что использует огромное количество энергии и создает нежелаемое тепло, ограничивая дальнейшие улучшения. По сравнению, нейроморфические чипы могут быть более энергоэффективными и мощными, комбинируя в себе компоненты хранилища и переработки данных в одном взаимосвязанном модуле. По сути система копирует взаимосвязанные нейроны, миллиарды которых, составляют человеческий мозг.

Этот следующий шаг в вычислительных технологиях позволит вывести на новый уровень машинное обучение и обработку данных. Чип IBM TrueNorth, содержащий миллион «нейронов», прототип которого был представлен в августе 2014, в некоторых задачах может опережать современные ЦПУ в сотни раз и более сравнимый с человеческой корой головного мозга. С доступной значительно большей вычислительной мощностью, доступной за значительно меньшее количество энергии и объема, нейроморфические чипы, сделают возможным более интеллектуальные миниатюрные машины, которые будут двигателем следующего шага в развитии в миниатюризации и искусственного интеллекта.

С подобными чипами дроны смогут лучше обрабатывать данные, поступающие снаружи, появятся более интеллектуальные камеры и смартфоны, а обработка данных поможет раскрыть секреты финансовых рынков или предсказания климата. Компьютеры смогут учиться и предсказывать, а не просто реагировать на происходящее заранее запрограммированными способами.

10. Цифровая генетика

Здравоохранения для эпохи, когда ваш генетический код на USB флеш-накопителе

Первая расшифровка 3.2 миллиарда спаренных оснований ДНК человеческого генома заняла много лет и стоила миллионы. Теперь же ваш геном могут расшифровать за минуты, и стоить это будет всего несколько сотен. Результат можно записать на флешку или отправить через интернет. Эта способность быстро и дешево определить нашу индивидуальную уникальную расшифровку генов обещает революцию в более персонализированной и эффективной медицине.

Множество сложно диагностируемых заболеваний, от болезней сердца до рака, имеют генетические корни. Ярким примером служит рак. Имея на руках расшифровку генов, врачи смогут назначить пациенту лучшее лечение с учётом генетических особенностей опухоли. Эта возможность приблизит специализированную медицину, в которой будут применяться методы терапии, специализированные под конкретных пациентов, что обещает больше позитивных результатов, особенно для пациентов, борющихся с раком.

Конечно, из соображений приватности придётся охранять информацию, связанную с человеческим геномом. Персонализированная расшифровка генов уже создала несколько проблем, относительно того, как люди реагируют на более ясное понимание рисков генетических заболеваний и как другие, такие как работодатели или страховые компании, могут получить доступ и будут использовать эту информацию. Но преимущества должны перевесить риски — персонализированное лечение может помочь в борьбе со множеством болезней. обусловленных генетическими причинами.

This list was compiled by the Meta-Council on Emerging Technologies, who would like to thank: Justine Cassell, Professor, Human-Computer Interaction, Carnegie Mellon University; Paolo Dario, Director, The BioRobotics Institute, Scuola Superiore Sant’Anna, Pisa; Julia Greer, Professor of Materials Science and Mechanics, California Institute of Technology (Caltech); and Jennifer Lewis, Hansjorg Wyss Professor at the Harvard School of Engineering and Applied Sciences, from the Network of Global Agenda Councils; Michael Pellini, President and Chief Executive Officer, Foundation Medicine Inc., from the Technology Pioneers; and William “Red” Whittaker, Professor at Carnegie Mellon University, for their invaluable contributions to the creation of this list.


Originally published at agenda.weforum.org on March 4, 2015.


Оригинал вы можете найти здесь:


Ищите больше интересных историй?
Подписывайтесь на
Medium · Twitter · Facebook · VK
Like what you read? Give Berik Dossayev a round of applause.

From a quick cheer to a standing ovation, clap to show how much you enjoyed this story.