Ни фантасты, описавшие метавселенную и воссоздание вымерших видов, ни фольклор о Кощее Бессмертном и шапке-невидимке не предполагали, что эти идеи осуществимы. Новейшие разработки делают фантастику реальностью уже сейчас.
До пандемии о вакцинах на основе мРНК — технологии, разработка которой началась еще в 1980-х гг., — мало кто слышал, а научное сообщество воспринимало идею скептически. Но в 2021 г. именно эта технология позволила ускорить производство вакцин от COVID-19 и саму вакцинацию, которая считается условием возвращения к нормальной жизни.
Не исключено, что некоторые другие инновационные технологии, чей потенциал пока не раскрыт полностью, в будущем найдут повсеместное применение — а некоторые уже на прямом пути к этому. «Эконс» составил список наиболее впечатляющих технологий, о появлении или о новом прорыве в развитии которых стало известно в 2021 г.
Матричные вакцины
В 2021 г. мРНК-вакцины, или матричные вакцины, стали одной из самых упоминаемых научных разработок, которые, по мнению научного сообщества, могут кардинально изменить медицину. Эти вакцины основаны на введении в организм наночастицы с информацией о геноме вируса, «обучающей» клетки человека вырабатывать специфический белок, вызывающий иммунный ответ (см. врез). Сегодня на них приходится около половины всех контрактов на закупку вакцин от COVID-19 в странах Евросоюза, Канаде и Японии, а в США эта доля превышает половину.
В 2021 г. году испытания показали эффективность мРНК-вакцин также против СПИДа и лихорадки Зика, а немецкая биотехнологическая компания BioNTech (производитель вакцины Pfizer от коронавируса) приступила к разработке мРНК-вакцины против малярии.
Награда года
Исследования показывают, что мРНК-вакцины снижают риск инфицирования коронавирусом более чем на 90%, а в случае заражения сокращают вероятность тяжелого течения болезни, госпитализации и смерти. Матричные вакцины оказались более эффективны, чем многие другие, изготовленные на основе традиционных технологий. Кроме того, они требуют меньше времени на разработку и менее затратны в производстве. В 2021 г. за исследования мРНК, позволившие создать вакцины Pfizer и Moderna, ученые Каталин Карико из BioNTech и Дрю Вайсман из Университета Пенсильвании получили одну из самых престижных наград в области медицинских клинических исследований — премию Ласкера—Дебейки.
Принцип обучения иммунной системы, который используется при изготовлении мРНК-вакцин, может стать шагом и к исполнению мечты человечества о победе над раком, который, по данным Всемирной организации здравоохранения, является одной из главных причин смертей в мире.
BioNTech уже создала такую вакцину и летом приступила к ее тестированию. Moderna разрабатывает свой аналог, но исходит из принципа, что препарат должен изготавливаться индивидуально для каждого больного. Для создания такого лекарства в качестве «обучающего» материала используются белки клеток конкретного пациента, отвечающие за мутации, вызванные раком. Это позволяет помочь иммунитету распознать и убить «плохие» клетки, как это делает здоровый организм в ответ на «атаку» обычной инфекции, объясняет компания.
Умный пластырь
Другое медицинское изобретение 2021 г. — «умный пластырь», разработанный исследователями из Национального университета Сингапура. Он способен отслеживать процесс заживления хронических ран и язв (появляющихся, например, при диабете) в режиме онлайн через датчики, дистанционно подключенные к смартфону. С помощью сенсорной технологии умный пластырь следит за физическими показателями, от которых зависит заживление ран.
Как правило, врач, который хочет проверить раны или язвы пациента, должен снять защитную повязку, что может повредить ткани и нарушить процесс заживления. Умный пластырь позволяет обойтись без этих манипуляций и ускорить диагностику, а также сэкономить время пациентов на визиты к врачу.
Метавселенные
В 1992 г. писатель-фантаст Нил Стивенсон опубликовал роман «Лавина» (Snow Crash), в котором впервые появился термин «метавселенная». Стивенсон описывал мир, в котором люди активно взаимодействуют в дополненной реальности при помощи аватаров. С развитием интернета и технологий дополненной реальности фантазии Стивенсона стали материализовываться, за что он удостоился титула киберпророка (хотя сам писатель говорит, что, изобретая метавселенную, просто развлекался).
Мини-метавселенные уже давно стали местом обитания участников множества игр, самые известные из которых — Fortnite, Roblox, Minecraft и AnimalCrossing, а со временем вымышленная жизнь в этих киберпространствах стала дополняться реальной.
В 2021 г. идея, опробованная геймерами, превратилась в мегапроекты сразу двух мировых технологических гигантов. В октябре о ребрендинге и создании метавселенной объявила крупнейшая в мире социальная сеть Facebook (теперь Meta) с почти 3 млрд пользователей. По замыслу главы компании Марка Цукерберга, примерно через пять лет метавселенная изменит привычное взаимодействие людей в интернете и соединит офлайн-жизнь с виртуальной, перенеся в киберпространство «работу, развлечения и все, что находится между ними».
Через несколько дней после презентации Facebook свою версию метавселенной представил Microsoft. В этой метавселенной, предназначенной для компаний и корпораций, Microsoft обещает при помощи дополненной реальности помочь воссоединиться коллективам, находящимся на «удаленке». В 2022 г. платформа Microsoft Teams позволит пользователям создавать 3D-аватаров и любые рабочие пространства для взаимодействия. После онлайн-совещаний сотрудники с помощью аватаров могут улизнуть в какой-нибудь приятный киберуголок, чтобы обсудить дела или просто поболтать и поделиться новостями.
Метамиры, которые начали создаваться в 2021 г., многих беспокоят. Так, в ноябре один из первых разработчиков технологии дополненной реальности Луи Розенберг опубликовал статью, в которой предупредил, что метавселенные «могут оказаться гораздо хуже соцсетей», усилив их негативные эффекты: информационные пузыри, распространение фейков, манипулирование общественным мнением. Метавселенные позволят получить гораздо больше информации о пользователях, чем социальные сети, и чтобы избежать связанных с этим злоупотреблений, пора создавать «метаполицию», то есть стандарты и протоколы, которые защитят пользователей, призывает профессор Ливерпульского университета Надежды Дэвид Рейд, специализирующийся на изучении искусственного интеллекта.
Летающее такси
В фильме «Бегущий по лезвию», который вышел в 1982 г., режиссер Ридли Скотт показал Лос-Анджелес будущего, жители которого летают на автомобилях. Для того, чтобы такое было возможно в густонаселенном городе, нужны летательные аппараты с горизонтальным взлетом и посадкой. Cоздать такую машину мечтает знаменитый глава Tesla и основатель SpaceX Илон Маск. Многие компании, включая Honda, Airbus, Uber, Boeing и российский консорциум НТИ Аэроспейснет, уже их сконструировали и тестируют.
Электрические летательные аппараты с вертикальным взлетом и посадкой (electric vertical take off and landing, eVTOL) должны прийти на смену, в том числе, привычным такси. 2021 год приблизил этот момент: в январе правительство британского города Ковентри сообщило, что компания Urban Air Port приступает к строительству в городе первого в мире мини-аэропорта для летающих такси, которые будет производить корейская Hyundai.
В сентябре другая британская компания Skyport объявила, что построит подобную площадку в районе Brent Cross на северо-западе Лондона, а в ноябре испытания eVTOL начались на аэродроме Понтуаз под Парижем. Французские власти планируют запустить летающие такси к летним Олимпийским играм, которые пройдут в Париже в 2024 г. Опробовать летающие такси готовится и бразильский Сан-Паулу: местный авиалоукостер Gol заключил контракт на покупку 250 таких машин и планирует начать первые полеты в 2023 г., обещая, что стоимость поездки не превысит счет в обычном такси.
По прогнозам консалтинговой компании Frost&Sullivan, к 2040 г. в мире будет насчитываться более 0,4 млн коммерческих летательных аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой. «Пересадка» пассажиров в летающие такси разгружает дороги от пробок и снижает выбросы вредных веществ в атмосферу: полностью загруженный eVTOL, то есть аппарат с тремя пассажирами на борту, производит на 52% меньше выбросов парниковых газов, чем автомобиль с бензиновым двигателем, и на 6% меньше, чем электрокар, подсчитали в совместной работе исследователи Мичиганского университета и компании Ford.
3D-печать: на Луне, на земле и в операционных
Стереолитография — лазерная 3D-печать, для которой используются фотополимеры в жидком состоянии — была запатентована в 1984 г. американским инженером Чаком Халлом, но долго время оставалась слишком дорогой. Сегодня во многих странах 3D-печать используется, в том числе, для строительства домов: такие конструкции на 20-40% дешевле построенных традиционным способом, кроме того, при «печатании домов» производится как минимум на треть меньше мусора, расходы на оплату труда сокращаются на 50%-80%, а время на строительство — в среднем на 50%-70%. Но есть и сверхбыстрые технологии. Например, индийский стартап Tvasta может напечатать один дом площадью в 56 кв. м. за пять дней и сотрудничает с властями страны в рамках программы «Жилье для всех», цель которой — построить 20 млн домов для малообеспеченных семей к 2022 г.
В американском городе Остин местный стартап Icon создал целый квартал из «напечатанных» на 3D-принтерах домов, предназначенных для бездомных. А в конце 2020 г. начал работать с НАСА, разрабатывая 3D-конструкции для будущих баз астронавтов на Луне и Марсе.
В качестве «чернил» для печати строений на Луне планируется использовать лунную пыль — верхний слой на поверхности, похожий на песок и состоящий из минералов и крошечных осколков стекла, образовавшихся при падении микрометеоритов. Строительный материал из лунной пыли похож на бетон. Построенные из него сооружения обеспечат лучшую тепловую, радиационную и микрометеоритную защиту для людей, чем надувные или сделанные из металла конструкции.
Другая технология, представленная в 2021 г. исследователями Университета Нового Южного Уэльса в Австралии, позволяет приблизить напечатанный материал к составу человеческих тканей и использовать 3D-печать для создания имплантов для людей, потерявших при травме или операции часть кости. Для этого керамические чернила смешиваются с живыми клетками пациента. По химическому составу такая «запчасть» практически не отличается от настоящей кости, утверждают исследователи.
Цифровое бессмертие
Старение и последующая биологическая смерть необратимы, но в некотором смысле мечта человечества о бессмертии осуществима за счет «цифрового бессмертия» — использования искусственного интеллекта для создания цифровой модели личности людей. Персональный цифровой двойник человека будет жить вечно.
Стартап Mind Bank Ai из Майами работает над созданием такого цифрового двойника. Для этого человеку, двойник которого создается, необходимо на протяжении долгого времени «общаться» с искусственным интеллектом на самые разные темы — о своей любимой еде, привычках, взглядах, о том, что у него происходит в жизни и т.д. В ходе этих бесед ИИ создаст модель, которая будет думать так же, как конкретный человек, разговаривать и вести диалог так же, как он, так же шутить, советовать и спорить. Создатели цифрового двойника надеются, что в будущем он сможет перенять и голос человека. Если это и не бессмертие в биологическом смысле, то бессмертие как возможность передать свои знания, опыт и идеи, обещают программисты.
Mind Bank Ai не единственный задумался о создании цифровых двойников. В 2020 г. Microsoft запатентовал технологию, которая позволяет создавать чат-ботов по образцу конкретной личности — друга, знакомого, родственника, исторического деятеля или даже вымышленного персонажа. ИИ будет обучаться на основе уже имеющейся о человеке письменной информации — его писем, сообщений, постов в соцсетях.
«Точность — не его конек»
Понимание мира искусственным интеллектом пока очень ограниченно, убедились специалисты по ИИ, когда тестировали лингвистический генератор GPT-3— ИИ-систему, позволяющую создавать тексты. Несмотря на связность написанного, ИИ мало понимает, о чем он говорит. Например, когда в программу заложили короткий сюжет о том, что голодный кот долго сидит у мышиной норы, но мышь не появляется, и спросили у ИИ, что коту следует делать, программа ответила, что коту нужно пойти в супермаркет и купить еду там; а предложенный сюжет о том, как адвокат, собираясь утром в суд, обнаружил, что брюки испачканы, ИИ закончил тем, что адвокат пошел на суд в купальном костюме. Программа подходит для написания романов, заключили исследователи, но то, что она не может, в отличие от человека, оперировать вне той информации, которая в нее заложена, представляет большую проблему при создании цифровых двойников. Другие сложности, которые придется преодолеть Mind Bank Ai, — понимание эмоций, культуры и ценностей, которые во многом определяют личность.
Воскрешение вымерших видов
Еще одна попытка достичь бессмертия вылилась в 2021 г. в проект другого американского стартапа Colossal Biosciences и очень напоминает сюжет вышедшего в 1990 г. романа «Парк юрского периода», по которому была снята одноименная серия фильмов, о клонировании динозавров с помощью их ДНК, найденной в крови окаменевших москитов. Colossal Biosciences планирует клонировать шерстистого мамонта, используя образцы его тканей.
По задумке генетиков, с помощью этих образцов они смогут модифицировать эмбрион азиатского слона таким образом, чтобы его геном был схож с геномом мамонтов. В дальнейшим, теоретически, из такого эмбриона может появиться гибрид слона и мамонта. Приютить воскресших мамонтов в будущем уже намерена Якутия, рассчитывая получить первых из них через 5-7 лет.
Плащ-невидимка
В 2021 г. патент Всемирной организаций интеллектуальной собственности получила еще одна технология, очень напоминающая сказки и фантастические фильмы, — материал Quantum Stealth, делающий предметы невидимыми.
Материал, разработанный канадским производителем военного камуфляжа Hyperstealth, преломляет свет таким образом, что не позволяет видеть покрытый им объект не только человеческому глазу, но и специальным приборам (например, использующим инфракрасное излучение и тепловые сенсоры), а также избавляет его от тени. Quantum Stealth дешев в изготовлении, его толщина — как у бумаги, но с его помощью можно спрятать человека, транспортное средство, корабль и даже здание, говорилось в сообщении компании о подаче заявки на патент в 2019 г.
По сути, Hypersteath изобрел что-то очень похожее на мантию-невидимку Гарри Поттера, которую тот получил в подарок вместе с напутствием использовать ее правильно. По той же причине плащ от Hypersteath не поступит в массовое производство: глава компании Гай Крамер говорит, что изобретение разрабатывалось для военных и будет использоваться исключительно в армии. А коммерческому рынку Hyperstealth предложит плащи-хамелеоны, меняющие цвет в зависимости от сезона, погоды и времени суток.
Окна-батареи
Солнце — один из самых дешевых источников электроэнергии. Для электрификации зданий солнечные панели, элементы которых сделаны из кремния, устанавливают, как правило, на крышах. Однако такой вариант не подходит для жителей больших многоквартирных домов, которые, например, хотели бы установить батареи на окнах своих квартир — кремний непрозрачен.
Группа инженеров из США и Китая разработала солнечные батареи из прозрачных органических материалов на основе углерода, которые не только вырабатывают электроэнергию, но и блокируют ультрафиолетовое излучение. Эксперименты показали, что солнечные батареи обладают высокой износостойкостью. По подсчетам исследователей, через 30 лет использования они будут работать с 80%-ной эффективностью. Прозрачность таких солнечных батарей пока составляет 40%, но исследователи надеются, что в будущем повысят этот показатель до 60%.
Природная оболочка
Потребители требуют от брендов более экологичной и простой в переработке продукции. По данным опросов, проведенных в Европе, Северной и Южной Америке, 67% потребителей считают важным, чтобы приобретаемые ими товары были в упаковке, которую можно переработать.
Некоторые компании работают над тем, чтобы воплотить в реальность неожиданные и инновационные «упаковочные» решения. К примеру, из грибов можно создать материал, похожий по своей структуре на пенополистирол, используемый для защиты бутылок и банок при транспортировке. Из пшеницы, бамбука или сахарного тростника — прессованную целлюлозу, напоминающую обычный картон. Из кукурузного крахмала — материал, который может заменить пластик.
А некоторые производители не ограничиваются упаковкой и идут еще дальше. Например, компания Reebok разрабатывает полностью перерабатываемые кроссовки из растений: их верхняя часть состоит из эвкалипта, подошва — из натурального каучука, стельки — из водорослей.
По материалам Эконс