Пункти цього списку були представлені на щорічних зборах Світового економічного форуму (WEF), які мали на меті виявлення важливих технологічних тенденцій. Від автомобілів з нульовим рівнем викидів за рахунок водню до комп'ютерних чіпів, створених за образом та подобою людського мозку. Десять технологій, які допоможуть покращити життя, перетворити промисловість та зберегти нашу планету.
Альтернативні автомобілі
Автомобілі з нульовою емісією, що працюють на водні
Довгий час, рік у рік, автомобільні інженери обіцяють перевести машини на електрику або вуглеводні замість бензину. Тільки зараз ці технології почали досягати стадії, коли автомобільні компанії планують випуск таких автомобілів для споживачів. Початкові ціни, швидше за все, будуть від 70 000 доларів, але суттєво впадуть упродовж кількох наступних років.
На відміну від батарей, які потрібно заряджати від зовнішніх джерел протягом п'яти-дванадцяти годин, залежно від автомобіля та зарядного пристрою паливні елементи зможуть виробляти електрику безпосередньо, використовуючи водень або природний газ. На практиці, паливні елементи та батареї поєднуються, де паливні елементи виробляють електрику, а батареї накопичують їх, поки енергія не знадобиться двигуну. Автомобілі з паливними елементами будуть свого роду гібридами, а також використовуватиме рекуперативне гальмування, яке дозволяє видобувати енергію з теплових надлишків, максимально підвищуючи ефективність та дальність пробігу.
На відміну від транспорту на акумуляторних батареях, транспорт з паливними елементами пропонує велику дальність пробігу – до 650 кілометрів на одному баку (паливом зазвичай є водень стиснутий); водневе паливо заправляється за три хвилини. Водень не утворює брудних відходів при спалюванні, виробляє лише водяну пару як викиди, що є надзвичайно важливим фактором у боротьбі із забрудненням повітря.
Є кілька способів одержання водню без утворення викидів вуглецю. Найбільш очевидним є використання відновлюваних джерел електроенергії (вітряні та сонячні електростанції) для електролізу води, хоча загальна ефективність цього процесу залишається вкрай низькою. Водень також виділяється з води у високотемпературних ядерних реакторах або виробляється з копалин видів палива на зразок вугілля або природного газу, якщо отриманий вуглекислий газ захоплюється і поглинається, а не випускається в атмосферу.
Разом із виробництвом дешевого водню у великих масштабах, серйозною проблемою залишається відсутність інфраструктури розподілу водню, яка зрештою має замінити газові та дизельні АЗС. Міжміські перевезення водню, навіть у стислому стані, не вважаються економічно доцільними сьогодні. Інноваційні техніки зберігання водню на кшталт органічних носіїв рідини, які не вимагатимуть стисненого зберігання, можуть незабаром знизити вартість транспортувань далекого прямування, а також знизити ризики, пов'язані зі зберіганням та можливим витіканням газу.
Масовий ринок автомобілів з паливними елементами привабливий, тому що вони будуть настільки ж зручними, як сучасні дизельні та газові автомобілі, при цьому володіючи перевагами в особистому перевезенні. Але для досягнення таких переваг знадобиться спосіб надійного та економічного виробництва водню з низьковуглецевих джерел, а також поширення парку транспортних засобів на його основі.
Робототехніка нового покоління
Роботи залишають конвеєр
Люди з уявою давно передбачали світ, у якому роботи беруть він всілякі повсякденні завдання. Однак таке майбутнє з роботами наполегливо відмовляється матеріалізуватися, оскільки роботи, як і раніше, обмежені складальними лініями та виконанням інших контрольованих завдань. Будучи широко використовуваними (в автомобільній промисловості, наприклад) такі роботи великі і небезпечні для людей-працівників; їх доводиться розділяти клітинами безпеки.
Досягнення у сфері робототехнічних технологій поступово втілюють у реальність повсякденну взаємодію людини з машиною. Більш якісні та дешеві сенсори роблять роботів «розуміючими» і реагуючими на оточення. Роботизовані тіла стають більш адаптивними та гнучкими; конструктори надихаються неймовірною гнучкістю та спритністю складних біологічних структур на кшталт руки людини. Роботи стають все більш залученими до мережі, отримуючи вигоду з хмарних обчислень, маючи моментальний доступ до віддалених даних і можливість постійно оновлюватися.
Нова епоха робототехніки повинна вивести ці машини геть від виробничих ліній та призначити нові роботи. Використовуючи технологію GPS, подібно до смартфонів, роботи почнуть використовуватися в якісному землеробстві для контролю культур, боротьби з бур'янами та збору врожаю. У Японії роботи вже пробують себе у ролі медсестер. Вони допомагають пацієнтам вставати з ліжка, надають допомогу жертвам інсульту у відновленні контролю за їхніми кінцівками. Найменші та спритніші роботи на зразок Dexter Bot, Baxter та LBR iiwa спроектовані так, що їх легко програмувати та налаштовувати на виконання точних завдань, які є трудомісткими чи незручними з точки зору людини.
Роботи ідеально підходять для завдань, які є надто монотонними або небезпечними для людей, і можуть працювати 24 години на добу, не вимагаючи зарплати. Нове покоління роботизованих машин швидше працюватиме з людьми, ніж замінюватиме їх. Навіть з урахуванням досягнень у галузі проектування та штучного інтелекту, людська участь та нагляд залишатимуться суттєвими.
Залишається ризик, що роботи витіснятимуть людей з робіт, але, як показала історія, попередні хвилі автоматизації, як правило, призводили до підвищення продуктивності праці та зростання всієї економіки. Давні страхи, що роботи, підключені до Мережі, вийдуть з-під контролю, сходять нанівець, люди поступово звикають до домашніх робот. Хоча, безумовно, наступне покоління роботів порушить нові питання про людські стосунки з машинами.
Вторинна переробка термореактивних пластмас
Новий вид пластмаси, який не наповнюватиме сміттєзвалища
Пластмаси діляться на термопласти та термореактивні пластмаси. Перші можна нагрівати і змінювати їхню форму багато разів, і вони широко поширені в сучасному світі, включаючи все, від дитячих іграшок до унітазів. Оскільки їх можна переплавити та змінити у формі, термопласти підлягають вторинній переробці. Термореактивні пластмаси можуть бути нагріті і сформовані один раз, після чого вони «твердіють», зберігаючи свою форму і міцність навіть при впливі інтенсивного тепла і тиску.
У зв'язку з такою міцністю термореактивні пластмаси стали життєво важливою частиною нашого сучасного світу. Вони використовуються у всьому, від мобільних телефонів та мікросхем до аерокосмічної промисловості. Але ті ж характеристики, які зробили їх важливими у сучасному виробництві, призводять до того, що їх неможливо утилізувати. В результаті більшість термореактивних полімерів вирушають на звалище. Довгий час існує нагальна необхідність повторної переробки термореактивних пластмас.
У 2014 році в Science з'явилася велика стаття, що віщує епохальне зрушення у цій сфері: відкриття нових класів термореактивних полімерів, які придатні для вторинної переробки. Вони називаються полігексагідротріазини, або ПГТ, і можуть розчинятися в сильній кислоті, розбиваючи полімерні ланцюжки на мономери складові, які потім можуть збиратися в нові продукти. Як і традиційні непереробні термореактивні матеріали, ці нові структури є жорсткими, стійкими до нагрівання та міцними, з таким самим потенціалом застосування, що й у їх попередників.
Хоча ніяка переробка не буде ефективною на 100%, це нововведення — за широкого поширення — прискорить перехід до кругової економіки та суттєво зріже полігони пластмасових відходів. Ми очікуємо, що термореактивні полімери, що переробляються, замінять непереробні термореактивні протягом п'яти років і увійдуть у широке використання до 2025 року.
Точна техніка генної інженерії
Прорив у цій сфері забезпечить найкращі врожаї
Традиційна генна інженерія давно викликає суперечки. Тепер з'являються нові методи, які дозволяють безпосередньо «редагувати» генетичний код рослин, роблячи їх, наприклад, поживнішими чи здатними справлятися зі змінами клімату. Ми вважаємо, що переваги, а також точність «редагування» можуть розвіяти побоювання, пов'язані з генетичними модифікаціями, і призвести до широкого їх поширення.
В даний час генна інженерія культур залежить від бактерій Agrobacterium tumefaciens, які доставляють бажану ДНК у геном мети. Ця техніка показала себе як надійна та перевірена, і, незважаючи на широко поширені суспільні страхи, у науковому суспільстві є консенсус, що використання такої методики не більш ризиковане, ніж традиційна селекція. Бактерії приносять користь, але поступово розробляються більш точні та поширені методи редагування геному.
Вони включають ZFN, TALEN та нещодавно розроблену систему CRISPR-Cas9, яка виробилася у бактеріях як захисний механізм проти вірусів. CRISPR-Cas9 використовує молекулу РНК, щоб потрапити в ДНК, коротшаючи до відомої налаштованої послідовності в цільовому геномі. Ця здатність може відключати небажаний ген або модифікувати його так, що його функціональність буде відмінна від природної мутації. Використовуючи «гомологічні рекомбінації», CRISPR також може використовуватися для введення нових послідовностей ДНК або навіть цілих генів геном вкрай точним чином.
Інший аспект генної інженерії, який, здається, готовий до великого виходу, — використання РНК-интерференции (RNAi) в культурах. RNAi ефективна проти вірусів та патогенних грибів, а також може захистити рослини від комах шкідників, зменшуючи потребу у хімічних пестицидах. Вірусні гени успішно використовувалися для захисту рослин папайї від вірусу RPSV, відомого також як вірус кільцевих плям, що розвивався на Гаваях протягом десяти років, не зустрічаючи жодного опору. RNAi також може захистити пшеницю від стеблової іржі, рис від вибуху, картопля від фітофторозу та банани від грибів, що призводять до в'янення.
Багато з цих нововведень будуть особливо корисні для невеликих фермерських господарств у країнах, що розвиваються. Таким чином, генна інженерія може стати менш спірною, коли люди визнають її ефективність у підвищенні якості їжі та покращенні раціону мільйонів людей. Всі разом ці методи обіцяють розвинути стійке сільське господарство за рахунок зменшення вхідного порогу, від води до добрив, у різних областях, а також сприяють адаптації культур до змін клімату.
Адитивне виробництво
Майбутнє виробництва від друкованих органів до розумного одягу
Як випливає з назви, адитивне виробництво протилежність субтрактивного виробництва. Останнє є традиційним виробництвом: з великого шматка матеріалу (дерева, металу, каменю тощо) видаляються шари, залишаючи бажану форму. Адитивне виробництво, навпаки, починає з матеріалу, рідини або порошку і створює тривимірну форму, використовуючи цифровий шаблон, пошарово.
Тривимірні продукти можуть бути точно налаштовані кінцевого споживача, на відміну товарів масового виробництва. Прикладом може бути компанія Invisalign, яка використовує комп'ютерну томографію зубів клієнтів, щоб зробити практично невидимі брекети, які ідеально підходять для їх ротів. Інші медичні застосування використовують 3D-принтери в біологічному напрямку: машини безпосередньо друкують клітини людини, створюють живі тканини, які можна використовувати не тільки для лікування та пересадки, але й для створення нового органу для трансплантації. Наприклад, Organovo вже надрукувала живі клітини печінки і зараз використовує їх для випробування ліків, сподіваючись незабаром розпочати створення печінки для трансплантації. Біодрук вже використовується для виробництва шкіри та кісток, серцево-судинної тканини, що несе потужний потенціал для персоналізованої медицини.
Наступним важливим етапом в адитивному виробництві буде 3D-друк інтегрованих електронних компонентів на кшталт друкованих плат. Наномасштабні комп'ютерні частини, процесори, складно виробляти таким чином через проблеми з поєднанням електронних компонентів з компонентами інших матеріалів. В інших областях 4D-друк обіцяє принести в наш світ нове покоління продуктів, які можуть змінювати себе залежно від змін навколишнього середовища під дією тепла та вологості. Це буде корисно у сфері одягу чи взуття, наприклад, а також охорони здоров'я, виробництва імплантатів та ліків, призначених для точної доставки.
Як і розподілене виробництво, адитивне виробництво потенційно руйнівне для звичайних ланцюжків постачання. Але поки воно залишається нішевим, його застосування розробляються здебільшого в автомобільній, аерокосмічній та медичній сферах. У наступні десятиліття очікується бурхливий розвиток цієї технології.
Розвиток штучного інтелекту
Що відбувається, коли комп'ютер навчається у процесі роботи?
Штучний інтелект (ІІ) – це, простими словами, наука про те, як змусити комп'ютер робити речі, які можуть робити люди. За останні роки ІІ розвинувся значно: багато хто з нас використовують смартфони, які можуть розпізнавати людську мову, або проходять через термінал аеропорту, використовуючи технологію розпізнавання облич. Зараз у стадії тестування перебувають самоврядні автомобілі та автоматизовані літаючі дрони. У виконанні деяких завдань машини давно і безперечно перевершують людей. Watson, система штучного інтелекту, швидше за будь-яку людину у світі знаходить відповіді на запитання.
Штучний інтелект, на відміну від звичайного апаратного та програмного забезпечення, дозволяє машині сприймати та реагувати відповідно до змін навколишнього середовища. Розвинений ІІ заходить далі, маючи здатність автоматично навчатися, поглинаючи великі обсяги інформації. Приклад такого інтелекту ми наводили в одній із останніх статей на тему.
Як і робототехніка наступного покоління, вдосконалений ІІ призведе до значних успіхів, коли машини візьмуть на себе і навіть перевернуть нас у цьому завдання людей. Всі дані свідчать про те, що самоврядні автомобілі знизять частоту зіткнень на дорогах і запобігають загибелі та травмам від автомобільного транспорту, оскільки машини не роблять людських помилок, завжди зосереджені і бачать набагато більше, не кажучи про інші недоліки. Розумні машини, що володіють швидким доступом до величезних обсягів людської інформації, також працюватимуть краще за багатьох медичних працівників у діагностиці захворювань. Система Watson в даний час впроваджується в онкологію з метою допомоги у діагностиці та призначенні персонального лікування хворих на рак.
У будь-якому науково-фантастичному кошмарі парафія ІІ завжди пов'язана з ризиками — найочевидніша з яких: машина з надінтелектом одного прекрасного дня може повстати і поневолити людей. Цей ризик, проте, не передбачається в найближчому майбутньому, а коли почне маячити на горизонті, буде створено серйозний інститут з вивчення безпеки ІІ. У січні 2015 року вчені та підприємці всього світу підписали відкритий лист, закликаючи людей звернути увагу на зростання ризиків розвитку ІІ. Є й прозаїчніші страхи: наприклад, автоматизовані безпілотні літаки можуть замінити більшість пілотів від людей, а самокеровані автомобілі можуть повністю викреслити таксі як клас.
З іншого боку, розвинений ІІ може зробити атрибути, які досі були притаманні виключно людині — креативність, емоції, міжособистісні стосунки — ціннішими для нас. У міру того, як машини зростатимуть з погляду людського інтелекту, ця технологія поступово розмиватиме нашу точку зору і саме розуміння суті людини.
Розподілене виробництво
Фабрика майбутнього вже у мережі — на вашому порозі
Розподілене виробництво повною мірою відноситься до того, як ми виробляємо та поставляємо продукцію. У традиційному виробництві сирі матеріали збираються і виробляються великих централізованих заводах в однакові завершені продукти, та був відправляються споживачеві. У розподіленому виробництві сирі матеріали та методи виробництва децентралізовані, і кінцевий продукт виробляється у безпосередній близькості від кінцевого споживача.
Ідея полягає в тому, щоб замінити максимум частину ланцюжка поставок матеріалів цифровою інформацією. Щоб зробити стілець, наприклад, замість того, щоб шукати деревину та збирати її в стільці на центральній фабриці, можна розподіляти серед місцевих виробників цифрові плани з нарізування частин стільця з використанням комп'ютеризованих інструментів для нарізки, відомих як верстати з ЧПУ. Потім запчастини можуть збиратися споживачами або місцевими виробничими майстернями, які потім перетворюватимуть їх на готову продукцію. У США вже працює така меблева компанія AtFAB.
Сучасні застосування розподіленого виробництва значно покладаються на рух DIY Maker, ентузіасти якого використовують власні 3D-принтери для виробництва продуктів з місцевих матеріалів. У цій схемі є елементи мислення відкритого вихідного коду: споживачі можуть підганяти продукти під власні потреби та переваги. Замість того, щоб створювати продукти централізовано, креативний дизайн може залучати більше людей. Краудсорсинг вже показав себе з хорошого боку, і тут йому також знайдеться застосування.
Розподілене виробництво, як очікується, дозволить більш ефективно використовувати ресурси та задіяти централізовані фабрики з меншою потужністю. Воно також зменшить бар'єри для виходу на ринок за рахунок зменшення кількості капіталу, необхідного для створення перших прототипів та продуктів. Важливо відзначити, що воно також зменшить загальний вплив на навколишнє середовище виробництва: цифрова інформація передаватиметься через Інтернет, а не у вигляді фізичних продуктів по дорогах, воді чи повітрі; та сирі матеріали будуть використовуватись на місці, що знизить надмірну необхідність у транспортуванні.
Якщо розподілене виробництво набуде широкого поширення, воно серйозно похитне традиційні ринки праці та економіку традиційного виробництва. Це становить певний ризик; можливо, буде досить важко регулювати та контролювати розподілене виробництво віддалено, наприклад, щодо незаконних чи небезпечних продуктів — зброї. Не всі товари можна буде виготовити за допомогою розподіленого виробництва, і доведеться підтримувати традиційні виробництва та ланцюжки поставок, які виробляють найважливіші чи складні споживчі товари.
Розподілене виробництво може стимулювати появу ширшої різноманітності об'єктів, які сьогодні стандартизовані, на зразок смартфонів та автомобілів. Фокус зміщуватиметься до виробництва індивідуальних об'єктів за допомогою 3D-принтерів; такі об'єкти враховуватимуть усі побажання користувача.
Чутливі дрони
Роботи, що літають (вони ж безпілотні літальні апарати, або дрони) для перевірки ліній електропередач або доставки першої допомоги стали надзвичайно важливою і спірною частиною військового потенціалу за останні роки. Вони також використовуються в сільському господарстві, для зйомок та безлічі інших застосувань, коли необхідний недорогий та тривалий повітряний супровід або спостереження. Поки що всі такі дрони вимагають наявності оператора; проте вся різниця в тому, що цей оператор стоїть на землі та керує безпілотником, тоді як дрони літають на небі.
Наступним кроком у технології дронів буде розробка машин, які літають самі по собі, що відкриє низку нових застосувань. Щоб це сталося, дрони повинні бути здатні відчувати та реагувати на місцеве оточення, змінювати висоту та траєкторію польоту, уникаючи зіткнення з іншими об'єктами на своєму шляху. У природі птахи, риби та комахи можуть збиратися у рій, зграю чи одвірок, де кожна тварина практично миттєво реагує на свого сусіда і вся група летить як єдине ціле. Дрони можуть повчитися у тварин.
З надійною автономією та вмінням уникати зіткнення дрони можуть прийняти на себе завдання, які є надто небезпечними або складними для людей: перевірку ліній електропередач, доставку медичних препаратів, але вже самостійно. Дрони-доставники медикаментів повинні будуть вміти знаходити кращий шлях до мети та брати до уваги інші літальні апарати та перешкоди на своєму шляху. У сільському господарстві автономні дрони можуть збирати та обробляти величезні обсяги візуальних даних із повітря, що дозволить точно та ефективно використовувати добрива чи зрошувати врожай.
У січні 2014 року Intel та Ascending Technologies продемонстрували прототип дронів-мультикоптерів, які можуть переміщатися по сцені з перешкодами та автоматично уникати людей на своєму шляху. Ці машини використовують модуль камери RealSense від Intel, який важить лише вісім грамів і має товщину менше чотирьох міліметрів. Такий рівень запобігання сутичкам дуже скоро дозволить дронам літати в безпосередній близькості від людей. Дрони, по суті, це роботи, що працюють у трьох, а не у двох вимірах; досягнення в галузі робототехніки незмінно прискорять та розвиток безпілотних дронів.
Літальні апарати завжди становитимуть певний ризик, незалежно від того, керуються вони людьми чи розумними машинами. Для широкого поширення, почуття простору та можливості уникати зіткнення у дронів повинні працювати як годинник і в найскладніших погодних умовах: вночі, у хуртовини, курні бурі. На відміну від наших сучасних цифрових мобільних пристроїв (які нерухомі, тому що ми їх носимо з місця на місце), дрони будуть рухливими і вмітимуть літати у тривимірному світі, який знаходиться за межами нашої безпосередньої участі та нашої досяжності.
Нейроморфні технології
Комп'ютерні чіпи, що імітують людський мозок
Навіть найкращі суперкомп'ютери сьогоднішнього дня не можуть посоперничати з хитромудрим людським мозком. Комп'ютери лінійні, рухають дані туди й назад між мікросхемами пам'яті та центральним процесором високошвидкісної мережі. Мозок же, з іншого боку, повністю розкреслений доріжками нейронів, які утворюють мільярди зв'язків із щільністю, що в мільярди разів перевищує щільність сучасних комп'ютерів. Нейроморфні чіпи розробляються з метою обробки інформації фундаментально відмінним від традиційного апаратного забезпечення способом, імітуючи архітектуру мозку зі швидкістю та реакцією комп'ютера.
Мініатюризація звичайної обчислювальної потужності триває довгі роки, але вузька пляшка, в яку намагаються протиснутися дані, що снують між накопичувачем і центральним процесором, споживає велику кількість енергії і виробляє багато тепла, обмежуючи подальші вдосконалення. На відміну від цього, нейроморфні чіпи можуть бути більш енергоефективними та потужними, поєднуючи зберігання даних та обробні дані компоненти у тих же з'єднаних між собою модулях. З цієї позиції система нейроморфного чіпа копіює мережу нейронів у людському мозку.
Нейроморфні технології будуть наступним етапом у розвитку потужної обчислювальної техніки, будуть швидше обробляти дані та мати великий обсяг зберігання даних для машинного навчання. Чіп з мільйона нейронів TrueNorth був представлений IBM як прототип у серпні 2014 року, і деякі завдання він вже виконує зі швидкістю, яка в сотні разів перевершує швидкість звичайного CPU. Нейроморфні чіпи підвищеної потужності забезпечать перехід машин у наномасштаби та розвиток штучного інтелекту.
Потенційні застосування включають наступне: дрони краще оброблятимуть візуальні підказки та реагуватимуть на них; камери та смартфони стануть розумнішими; обробка великих обсягів даних дозволить проводити аналіз фінансового ринку чи прогнозувати клімат. Комп'ютери будуть здатні передбачати та навчатися, а не просто реагувати на заздалегідь запрограмовані кроки.
Цифровий геном
Епоха медицини, коли ваш генетичний код може бути записаний на флешку
З моменту першого секвенування 3,2 мільярда пар основ ДНК, що становлять геном людини, минуло багато років, і коштувала ця процедура мільйони доларів. Сьогодні ваш геном можна секвенувати і оцифрувати протягом кількох хвилин, і обійдеться це вам лише кілька сотень доларів. Результати можна буде записати на флешку та залити в Інтернет. Ця здатність швидко та дешево визначати наші індивідуальні та неповторні генетичні особливості обіцяє революцію в персоналізованій та ефективній медицині.
Багато наших найважчих проблем охорони здоров'я, від хвороб серця до раку, мають генетичну основу. Рак найкраще описується як хвороба геному. Використовуючи оцифрування, лікарі зможуть приймати рішення щодо лікування раку пацієнта, ґрунтуючись на генетичному характері його пухлини. Нові знання також дозволять розробляти високоефективну цільову терапію, що пропонує потенційне підвищення якості лікування, особливо пацієнтам з онкологією.
Як і будь-яка особиста інформація, цифровий геном людини має бути ретельно захищений через конфіденційність. В іншому випадку його могли б використовувати роботодавці або страхові компанії, отримавши доступ до нього. Переваги, однак, переважують ризики, тому що індивідуальні процедури та цільова терапія можуть розроблятися з потенціалом вилікувати багато хвороб, непідвладних лікуванню на сьогоднішній день.
Джерело: hi-news.ru/technology/10-texnologij-kotorymi-dolzhen-zapomnitsya-2015-god.html
Источник: zefirka.net
