Четвёртая технологическая революция. Часть 2.
Итак, к технологиям физического блока, которые должны прийти вместе с очередной промышленной революцией, относятся:
1. Беспилотные транспортные средства. В том числе автомобили, дроны, грузовой транспорт, морские суда. Если вдруг вы считаете, что это «когда ещё будет», то вы ошибаетесь. Потому что это реальные технологии, которые уже существуют. По прогнозам экспертов, к 2020 году по дорогам разных стран мира будут передвигаться порядка 10 миллионов беспилотных автомобилей. К 2020 году же планируется выведение беспилотных автобусов на общие трассы в России. До 2020 года совсем немного осталось ждать.
Дроны всё чаще используются для доставки лекарств (в основном в Африке), или, например, для доставки пиццы. Если вы когда-нибудь получали холодную пиццу вместе с извинениями курьера и рассказами про пробки, то в следующий раз настаивайте на авиа-доставке.
2. Робототехника во всех сферах жизни – от сельского хозяйства до медицины. Робототехника сегодня развивается стремительно и совершенно фантастически. Если совсем недавно роботы были довольно неуклюжими созданиями, падающими от малейшего неосторожного движения или сильного порыва ветра, то сегодняшние роботы куда более приспособлены к существованию в реальной жизни. Человекоподобные роботы (андроиды) сегодня могут бегать и прыгать, обладают машинным зрением и большими возможностями манипулирования объектами. И умеют учиться.
Но это далеко не всё. Сегодняшние роботы очень и очень разные. Если вдруг при слове «робот» вам представляется эдакая железная штуковина с металлическим голосом, то вынуждены вас разочаровать: увы, ваши представления о робототехнике безнадёжно устарели. Семимильными шагами развивается так называемая «мягкая» робототехника и био-инспирированная робототехника.
Что такое «мягкие» роботы? Это роботы, которые создаются из силиконовых и подобных материалов, при этом части робота печатаются на 3D-принтере, а вместо проводов могут быть токопроводящие чернила. Они тоже «печатаются» прямо в частях робота. Принципы действия мягких роботов подсмотрены у природы и имитируют движение человеческих мышц. Для чего нужны «мягкие» роботы? Для безопасного взаимодействия – ведь роботы становятся частью нашей жизни.
Био-инспирированные, т.е. вдохновлённые природой, роботы. Здесь – фантастическое разнообразие, от четвероногих робо-псов (эти ребята могут и на роликах кататься, и по лестницам карабкаться) до робо-летучих лисиц, змей и даже растений. Многие вещи инженеры-робототехники копируют у природы. Ведь у неё было много больше времени, чтобы выбрать лучшие варианты строения живых существ. Глупо не воспользоваться этим.
Ещё одна интересная технология – рой роботов. Это группа небольших или очень маленьких роботов, способных на согласованные действия. Например, компания, производящая авиадвигатели, разрабатывает рой микро-роботов, которые отслеживают, исправен ли двигатель самолёта. Эти же небольшие роботы могут чинить мелкие поломки. Новые поколения подводных лодок будут оснащены роем маленьких подводных роботов, которые смогут, например, собирать информацию или что-то перевозить.
Но всё это – краткий (очень) обзор интересных технологий в робототехнике. Что у нас со сферами применения? Здесь – все ещё интереснее и удивительнее. Роботы везде и всюду, какую бы область жизни вы не взяли.
Медицина? Роботы-хирурги, роботизированные зонды, роботы-носильщики и роботы, помогающие присматривать за больными. Бионические протезы с нейро-управлением, наконец.
Промышленность? Здесь есть и полностью автоматические заводы, и роботы-помощники, которые способны взаимодействовать с людьми.
Доставка? Не смешите. Это вообще самое простое. Амазон, кстати, запустил робота-доставщика не так давно. А до этого они тестировали доставку дронами, но что-то у них не пошло, и они отправили этот вариант на доработку. Есть и роботы-парковщики, они работают в аэропортах. И склады, где работают только роботы.
Сельское хозяйство? Как насчёт полностью автоматизированных ферм, без людей? Сегодня это реальность.
Роботы-спасатели, роботы-пожарники, роботы-учителя, тоже, кстати, имеются. Даже специальные роботы для помощи пожилым людям есть (поговорить они тоже могут). Да, есть ещё носимая робототехника. Это специальные экзоскелеты, помогающие людям восстанавливаться после травм, помогающие пожилым людям быть более мобильными или просто снижающие нагрузку на человека, если у него тяжёлая (в прямом смысле) работа.
Спорим, у вас тоже есть робот в доме?
3. Новые материалы. В том числе – графен, аэрогель, сплавы с памятью формы, гидрофобные поверхности, метаматериалы, сверхпроводники и т.п. Новые материалы обладают свойствами, которые позволяют либо существенно снизить стоимость / улучшить характеристики производимых устройств, либо вообще делать то, что раньше было просто невозможно.
Графен – двумерный кристалл углерода, обладающий большой теплопроводностью, прочностью (графен в 10 раз прочнее стали), гибкостью, большой электропроводимостью и при этом – лёгкий, прозрачный и непроницаемый для большинства газов и жидкостей. Графен востребован везде – от электроники до медицины и авиастроительства. Например, именно из графена учёные разработали искусственную сетчатку глаза.
Аэрогель – материал, похожий на брусок застывшего дыма. Иногда его называют «твёрдым воздухом» или «замороженным газом». Это лёгкий и прочный материал, на 99,8% состоящий из воздуха с теплопроводностью в 6 раз ниже, чем у воздуха. Это значит, что, если у вас в руках щит из аэрогеля, вам не страшен поток направленного пламени. Этот материал 15 раз упомянут в книге рекордов Гиннесса. Строение его просто фантастическое – фрактальные полости внутри кубика аэрогеля с ребром в 1 дюйм по площади равны футбольному полю. Аэрогели используют в космических исследованиях (с его помощью улавливают космическую пыль, а она, только представьте, мчится со скоростью порядка 18 000 км/ч), для термоизоляции, герметизации и защиты конструкций, в том числе – от коррозии и пожаров. И даже в медицине – у аэрогелей отличные адсорбирующие свойства.
Сплавы с памятью формы (например, нитинол) «запоминают» форму, будучи раскалёнными. Холодную деталь из такого сплава можно деформировать как угодно: чуть нагревшись, деталь примет нужную форму.
Гидрофобные поверхности нужны, чтобы избежать загрязнений (а вместе с ними – разрушения и распространения бактерий) и для экономии воды.
Метаматериалы – это особые материалы, свойства которых больше определяются искусственно созданной структурой, чем их химическим составом. Например, дерево, сравнимое по прочности с титаном, или прозрачное дерево. Разработаны метаматериалы, обладающие очень большой гидрофильностью, способные «вытягивать» воду даже из сухого воздуха пустыни, не требуя химических реагентов и расхода энергии. А есть метаматериалы с отрицательным показателем преломления, проще говоря, материалы, делающие объекты невидимыми. Плащ-невидимку заказывали? А может, вам нужен двусторонний плащ, одна сторона которого охлаждает (на случай жары), а другая – согревает (если холодно)? Умная куртка? Или электронное платье? В общем, скоро во всех магазинах мира четвёртой промышленной революции.
Сверхпроводники. Они, конечно, и сейчас существуют, но речь здесь идёт о материалах, демонстрирующих сверхпроводимость при комнатной температуре. Что произойдёт, когда такие материалы научатся создавать? Это энергосети, работающие без потери энергии. Дешёвые поезда на магнитных подушках, мощные микрокомпьютеры. Летающие ховерборды, как в фильме «Назад в будущее».
4. 3D-печать. Это потрясающая вещь. Если раньше создание прототипа каких-то деталей или трёхмерных объектов было долгим и дорогим, то сейчас его создать может даже ребёнок. При этом детали объекта могут быть в сборке. Конечно, те 3D-принтеры, которые есть сейчас, далеки от совершенства, но эта технология развивается фантастическими темпами. Совсем недавно объявили о создании 3D-принтера, который позволяет создавать объекты с разрешением в 1 микрон. Уже сейчас есть принтеры, печатающие металлические конструкции, бетонные сооружения, и биологические объекты, например, кожу, кровеносные сосуды, печень, почки и даже сердце.
Сейчас развивается также технология 4D-печати, когда объекты могут менять свою форму под воздействием воды, температуры или давления.
5. Накопление и хранение энергии. Как это ни удивительно, но современная электроэнергетика потрясающе …неэффективна. Компании, вырабатывающие электроэнергию, сегодня не могут хранить эту энергию в промышленных масштабах. И вынуждены подстраиваться под график потребления. Это приводит к удорожанию энергии, сложностям в развитии альтернативных источников энергии и к отсутствию резервов. Поэтому, как только появится возможность накапливать и хранить энергию, она станет намного дешевле.
6. Нанотехнологии. Здесь и наноматериалы, и нанороботы. Из самых впечатляющих наноматериалов – графеновые нанотрубки. Они прочнее стали и намного легче. Если сделать автомобиль из такого материала, он будет прочнее стального. При этом весить будет всего 4-5 килограммов.
Нанороботы. Знаете ли вы, что внутри каждого живого организма существуют несколько десятков настоящих молекулярных машин? Наблюдая за ними, люди создают похожие механизмы. Предполагается, что нанороботы смогут доставлять лекарства точно в нужное место, «чинить» неполадки в организме и т.п. Во многом именно нанороботы должны обеспечить долгую жизнь людям.
7. Разнообразные датчики. Появляется большое число новых датчиков, на основе не применявшихся раньше технологий и физических принципов. Эти датчики помогают оцифровывать даже те процессы и состояния, которые раньше невозможно было измерить.
Технологии цифрового блока:
1. Интернет вещей (Internet of Things, IoT). Это концепция пространства, в котором совмещены и взаимодействуют между собой объекты физического мира и виртуального. Роб Ван Краненбург, основатель Европейского совета по IoT, выделяет несколько стадий развития IoT, начиная от простого определения каждой «вещи», т.е. объекта, в сети, до концепции умного города и даже сенсорной планеты.
2. Распределённые базы данных, или «цепочка блоков», блокчейн. Технология, позволяющая хранить и обрабатывать информацию без единого центра, что обеспечивает прозрачность и надёжность этой информации. На этой технологии работает биткоин. Блокчейн также может применяться в медицине, заключении контрактов, в логистике, банковской сфере, на рынке ценных бумаг. Блокчейн делает невозможным мошенничество с информацией.
3. Квантовые вычисления и квантовые компьютеры. Квантовые вычисления основываются на процессах квантовой физики, и обеспечивают возможность параллельных вычислений. Единицей информации в квантовых вычислениях является кубит (q-bit или квантовый бит), который может одновременно находиться в нескольких состояниях. При этом увеличение количества кубитов даёт экспоненциальный рост вычислительной мощности.
Для некоторых задач квантовые вычисления более эффективны, чем классические. Например, в моделировании сложных систем или в расшифровке данных. С расшифровкой вообще сложно. Дело в том, что алгоритмы, которые сейчас используются в шифровании (и применяются повсеместно, это важно), с помощью квантовых компьютеров могут быть взломаны за каких-то несколько минут. Как вы понимаете, создание и распространение мощных квантовых компьютеров заставит «переписать» не одну область IT-технологий.
Квантовые компьютеры уже существуют. Другой вопрос, что они пока не настолько мощные, чтобы перевернуть всю нашу информационную систему. На сегодня самый мощный квантовый компьютер содержит 51 кубит.
Что же хорошего дадут нам квантовые компьютеры? Они дадут возможность в полную силу «развернуться» всем остальным новым технологиям: виртуальной и дополненной реальности, большим данным, технологиям биологического блока, и технического.
4. Виртуальная и дополненная реальность. Думаете, что виртуальная реальность (VR) – это только для геймеров на всю голову? Это не так. Потенциально рынок VR-технологий огромен. Это не только игры и просмотр фильмов, это мероприятия, в которых можно участвовать из любой точки мира, продажа недвижимости, образование, медицина, производство и виртуальные магазины. Дополненная реальность (AR) предлагает не меньше, хотя и отстаёт от VR. На сегодня главные проблемы VR и AR – сложность и стоимость создания, однако с развитием квантовых вычислений и интернета вещей эти сложности будут преодолены.
Как изменится жизнь, когда VR и AR будут развиты повсеместно? Образование станет фантастически интересным. Только представьте себе: вместо скучного учебника по химии дети смогут сами увидеть, как формируются атомы и молекулы, как они образуют соединения; вместо того, чтобы читать учебник истории, можно будет своими собственными глазами увидеть, как сменяются исторические эпохи. Можно будет стать свидетелем зарождения жизни на нашей планете, увидеть динозавров и даже отправиться в космос. Это настолько отличается от сегодняшнего обучения, что всю систему образования придётся менять. Но это будет просто космически, нереально интересно!
С помощью виртуальной реальности, а также новых датчиков и нанороботов врачи смогут точно видеть картину того, что происходит внутри организма. Лечение будет эффективнее.
Расстояния перестанут быть проблемой. Хотите побывать на концерте в другой стране? Не имеет значения, есть ли места в зале, если есть виртуальная реальность. Присутствие на любых мероприятиях станет простым и доступным для миллионов людей. Это совсем другое качество жизни. Это настоящий мир без границ.
5. Big data (большие данные). Big data – это не только про объём данных. Это концепции, инструменты и методы обработки структурированных и неструктурированных данных колоссальных объёмов и разнообразия. Какие это данные? Любые. Начиная от информации, на какие сайты люди заходят и что там делают, заканчивая данными, что человек покупает и данными GPS. И все эти данные собираются, систематизируются и хранятся. Точно, вас уже посчитали, как в известном старом мультике.
Что это даёт? Другие возможности машинного обучения, искусственные нейронные сети, распознавание образов, аналитика и прогнозирование, имитационное моделирование и статистический анализ.
Банки, магазины, сайты, собирающие информацию о своих посетителях и клиентах, могут предложить то, что человеку действительно нужно. Мир движется в сторону всё большей и большей индивидуальности.
Технологии биологического блока:
1. Расшифровка ДНК. Да, сегодня учёные умеют читать ДНК. Дело за малым – пониманием значения, снижением стоимости и применением. Знаете ли вы, что первое «чтение» ДНК обошлось в кругленькую сумму в 3 млрд. долларов? Сегодня, чтобы прочитать ДНК, нужно порядка 1000 долларов. Расшифровка ДНК позволит предупредить наследственные заболевания, выявить предрасположенности, в том числе – спортивные таланты, интеллектуальные способности и т.д.
2. Синтетическая биология. Это чрезвычайно интересная область биологии, которая исследует проектирование и создание новых биологических функций и систем, не существующих в природе. Например, «живые датчики» — индикаторные бактерии, меняющие цвет в присутствии определённых веществ, синтетические организмы, восстанавливающие баланс естественных экосистем и т.д. Возможности синтетической биологии практически не ограничены. Иногда её сравнивают с программированием, где в качестве языка — ДНК. В синтетической биологии создаются библиотеки и каталоги, что делает процесс проектирования относительно простым и быстрым.
Очень интересны биосистемы, которые производят что-то полезное: уже сейчас существуют бактерии, перерабатывающие углекислый газ в топливо (Joule Unlimited), дрожжи, вырабатывающие артемизинин – лекарство против тропической малярии. В будущем возможно создание таких био-производственных комплексов, которые будут намного эффективнее, чем существующие сегодня предприятия.
Наверное, вы заметили, что многие технологии очень тесно связаны друг с другом. Они развиваются не просто вместе – они воздействуют друг на друга, вызывая цепочку изменений. Изменения, которые начинают происходить, затрагивают всю жизнь в целом, всё общество и каждого человека в отдельности. Эти изменения нельзя остановить.
Продолжение статьи здесь.
