В рубрике «10 прорывных технологий» журнала Technology Review Массачуссетского технологического института основателя Microsoft Билла Гейтса (Bill Gates) попросили назвать десяток новаций, которыми запомнится 2019 год и которые повлияют на наше будущее. Известный руководитель постарался отобрать не только те технологии, о которых будет сообщаться в новостных заголовках этого года, но также те, что войдут в историю.

По его словам, сократить список всего до десятка было сложно. К слову, большинство из названных им технологий в той или иной мере разрабатываются давно, какие-то уже внедряются, а другие нескоро станут нормой. Так что это скорее прогноз о наиболее важных с точки зрения господина Гейтса о новых технологиях.

Роботы станут ловкими

Промышленные роботы всё ещё неуклюжи и не отличаются гибкостью. Робот может многократно собирать компоненты на конвейере с удивительной точностью и не скучать, но стоит переместить объект всего на пару сантиметров или заменить его чем-нибудь немного другим, и машина провалит экзамен. Через 3–5 лет роботы смогут научиться управлять объектами самостоятельно посредством виртуальных проб и ошибок.

Одним из таких проектов является Dactyl, робот, который научился переворачивать игрушечный блок в своих пальцах. Dactyl, проект некоммерческой организации OpenAI из Сан-Франциско, состоит из руки промышленного робота, окружённой множеством источников света и камер. Используя так называемое обучение с подкреплением, нейронная сеть учит машину, как захватывать и успешно поворачивать блок в моделируемой среде, прежде чем манипулятор попробует справиться с задачей в реальности. Сначала ПО проводит случайные эксперименты, укрепляя связи в сети с течением времени, когда алгоритм приближается к целевому результату.

Обычно невозможно перенести виртуальную практику такого типа в реальный мир, потому что такие вещи, как трение или различные свойства материалов, трудно симулировать. Команда OpenAI обошла это, добавив элемент случайности к виртуальному обучению. Если в будущем подобные методы обучения можно будет эффективно использовать, в конечном счёте роботы будут собирать смартфоны, загружать посудомоечные машины и даже помогать бабушкам вставать с постели.

Ядерная энергетика нового поколения

Новые конструкции ядерных и термоядерных реакторов, которые разрабатываются в различных странах мира (Россия — один из лидеров отрасли), обещают сделать этот источник энергии более безопасным и дешёвым. Среди них — ядерно-термоядерные реакторы IV поколения (развитие традиционных конструкций, которые могут стать реальностью уже к 2020-м годам); малые модульные реакторы; и, наконец, полноценные термоядерные реакторы — заветная технология, которую пытаются создать давно, но она всё остаётся недостижимой.

Небольшие модульные реакторы обычно вырабатывают десятки мегаватт энергии (для сравнения, традиционный ядерный реактор вырабатывает около 1000 МВт). Такие компании, как NuScale в Орегоне, говорят, что миниатюрные реакторы могут сэкономить деньги и снизить экологические и финансовые риски.

В области термоядерного управляемого синтеза тоже наблюдается некоторый прогресс, но ранее 2030 года вряд ли в этой сфере обозначится что-то определённое. Многие считают, что синтез — это несбыточная мечта, но поскольку такие реакторы не могут взорваться и не создают опасных радиоактивных отходов, их появление может стать настоящим прорывом. К слову, Билл Гейтс выступает инвестором компаний TerraPower и Commonwealth Fusion Systems, занимающихся этим направлением.

Прогнозирование преждевременных родов

15 миллионов детей рождаются недоношенными ежегодно — сегодня это основная причина смерти людей в возрасте до пяти лет. В течение ближайших пяти лет простой анализ крови у беременной женщины в кабинете врача может сообщить о риске преждевременных родов.

Наш генетический материал находится в основном внутри наших клеток. Но небольшое количество «бесклеточных» молекул ДНК и РНК, выделяемых умирающими клетками, также плавают в нашей крови. У беременных этот материал представляет собой смесь нуклеиновых кислот плода, плаценты и матери. Биоинженер Стэнфордского университета Стивен Квейк (Stephen Quake) нашёл способ использовать этот материал для решения одной из самых сложных проблем медицины: преждевременных родов.

После такого анализа врачи могут принять меры, чтобы предотвратить ранние роды и дать ребёнку больше шансов на выживание. Свободно плавающие молекулы ДНК и РНК могут дать информацию, которая ранее требовала сложных инвазивных способов захвата клеток вроде прокалывания живота беременной женщины для выполнения амниоцентеза. По словам господина Квейка, технология, лежащая в основе такого анализа крови, быстра, проста и стоит менее $10 за анализ. Он и его сотрудники запустили стартап Akna Dx, чтобы коммерциализировать метод.

Кишечный зонд в таблетках

Небольшое устройство, которое можно проглотить, позволяет получать детальные изображения кишечника без наркоза даже у младенцев и детей. Расстройство пищеварения EED (Environmental enteric dysfunction) может быть одной из самых распространённых болезней, о которых мало кто слышал. Она характеризуется воспалённым кишечником, который плохо усваивает питательные вещества. Болезнь широко распространена в бедных странах и является одной из причин, по которой многие люди страдают от недоедания, задержек в развитии и не достигают нормального роста. Никто не знает точно, что вызывает EED и как её можно предотвратить или лечить.

Раннее обследование кишечника помогло бы медицинским работникам понять, когда следует вмешаться и как бороться с проблемой. Терапия уже доступна для младенцев, но диагностика и изучение болезней кишечника таких маленьких детей часто требует обезболивания и введения трубки, называемой эндоскопом, через горло. Это дорого, неудобно и непрактично в тех регионах мира, где распространена EED.

Поэтому Гильермо Тирни (Guillermo Tearney), патолог и инженер в Массачусетской больнице общего профиля (MGH) в Бостоне, разрабатывает небольшие устройства, которые можно использовать для проверки кишечника на наличие признаков EED и даже для получения биопсии тканей. В отличие от эндоскопов, они просты в использовании.

Капсулы для глотания содержат миниатюрные микроскопы. Они прикреплены к гибкому ниточкообразному тросу, который обеспечивает питание и свет при отправке изображений на консоль в виде портфеля с монитором. Это позволяет медицинскому работнику приостановить работу капсулы в местах, представляющих интерес, и вытащить её после завершения, что позволит её стерилизовать и использовать повторно. Хотя это звучит немногим лучше эндоскопа, команда господина Тирни разработала методику, которая, по их словам, не вызывает дискомфорта. Капсула также может включать датчики, которые способны отображать поверхность пищеварительного тракта с разрешением до одной клетки или захватывать трёхмерное изображение сечений в пару миллиметров глубиной.

Технология имеет несколько применений. В MGH она используются для диагностики синдрома Барретта, предшественника рака пищевода. Для EED команда исследователей разработала ещё более компактную версию пилюли для детей, которые не могут проглотить таблетку. Она была протестирована на подростках в Пакистане, где распространена EED, а тестирование на младенцах запланировано на текущий год. Маленький зонд поможет исследователям ответить на вопросы о развитии EED — например, на какие клетки она воздействует и участвуют ли в развитии болезни бактерии.

Индивидуальные вакцины против рака

Учёные находятся на пороге коммерциализации первой персонализированной противораковой вакцины. Если она будет работать так, как надеются, то вакцина будет запускать иммунную систему человека для выявления опухоли по уникальным мутациям — это было бы эффективное средство против многих видов рака. Используя естественную защиту организма для избирательного уничтожения только опухолевых клеток, вакцина, в отличие от обычной химиотерапии, ограничивает повреждение здоровых клеток. Атакующие иммунные клетки также могут уничтожать отдельные раковые клетки после первоначального курса лечения.

Возможность создания таких вакцин стала обрисовываться в 2008 году, через пять лет после завершения проекта «Геном человека», когда генетики опубликовали первую последовательность раковых опухолевых клеток. Вскоре после этого исследователи начали сравнивать ДНК различных опухолевых клеток с ДНК здоровых клеток. Эти исследования подтвердили, что все раковые клетки содержат сотни, если не тысячи специфических мутаций, большинство из которых уникальны для каждой опухоли.

Несколько лет спустя немецкий стартап под названием BioNTech предоставил убедительные доказательства того, что вакцина, содержащая копии определённых мутаций, может катализировать иммунную систему организма, чтобы вырабатывать T-лимфоциты, предназначенные для поиска и уничтожения злокачественных клеток.

Источник: 3DNews