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, десятка технологий этого года предлагает заглянуть в будущее инноваций, направленное на улучшение жизней, преобразование промышленности и охрану окружающей среды.
1. Автомобили на топливных ячейках
Нам обещали их 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 с увеличением производства за следующие пару лет.
В отличие от аккумуляторов, которые надо заряжать, топливные ячейки сразу вырабатывают энергию. 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 могут использовать рекуперацию энергии при торможении.
Такие автомобили похожи на обычные – они проходят на одной заправке до 650 км, и перезаправляются за три минуты. Но при отработке водорода на выходе получается лишь водяной пар.
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. Но для этого требуется надёжное и недорогое производство водорода и распространение его на большой территории.
В отличие от аккумуляторов, которые надо заряжать, топливные ячейки сразу вырабатывают энергию. 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 могут использовать рекуперацию энергии при торможении.
Такие автомобили похожи на обычные – они проходят на одной заправке до 650 км, и перезаправляются за три минуты. Но при отработке водорода на выходе получается лишь водяной пар.
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. Но для этого требуется надёжное и недорогое производство водорода и распространение его на большой территории.
2. Роботы следующего поколения
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. Тем не менее, следующие поколения роботов поднимут новые вопросы в разных областях – философии, антропологии и других аспектах взаимоотношений человека с машинами.
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. Тем не менее, следующие поколения роботов поднимут новые вопросы в разных областях – философии, антропологии и других аспектах взаимоотношений человека с машинами.
3. Термореактивная пластмасса (реактопласт)
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, 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.
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.
Хотя ни одна повторная переработка не будет эффективной на 100%, промышленное внедрение таких полимеров может привести к серьёзной экономии и уменьшению загрязнения среды. Можно ожидать замену реактопластов такими пластмассами в ближайшие пять лет, и использование их почти во всех новых изделиях к 2025 году.
Благодаря таким характеристикам, 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.
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.
Хотя ни одна повторная переработка не будет эффективной на 100%, промышленное внедрение таких полимеров может привести к серьёзной экономии и уменьшению загрязнения среды. Можно ожидать замену реактопластов такими пластмассами в ближайшие пять лет, и использование их почти во всех новых изделиях к 2025 году.
4. Технологии генетического манипулирования
По поводу генетических модификаций постоянно идут споры. Но новые технологии позволят непосредственно редактировать генетический код растений, чтобы придать им разные нужные нам свойства.
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.
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.
5. 3D-принтеры
Исторически изготовление какого-либо предмета представляло собой процесс, когда от большой заготовки отсекали лишние части. Сегодняшние технологии позволяют производить вещи наоборот, постепенно добавляя нужные.
3D-принтеры позволяют выдавать вещи, настроенные под конкретного пользователя, вместо одинаковых предметов массового производства. Например, компания Invisalign производит таким образом практически невидимые брекеты для исправления зубов. Другие компании занимаются печатью клеток или живых тканей, кожи, костей.
Следующим важным шагом будет возможность изготовления печатных плат и встроенной электроники. 4D-принтеры обещают инновационные продукты, подстраивающиеся под климат – одежда, обувь, или же имплантаты, подстраивающиеся под человеческое тело.
Эта технология разрушает устоявшиеся цепочки поставок, но возможности её применения постоянно растут. В ближайшее десятилетие ожидается взрывной рост и появление новых возможностей и инноваций у этой технологии.
3D-принтеры позволяют выдавать вещи, настроенные под конкретного пользователя, вместо одинаковых предметов массового производства. Например, компания Invisalign производит таким образом практически невидимые брекеты для исправления зубов. Другие компании занимаются печатью клеток или живых тканей, кожи, костей.
Следующим важным шагом будет возможность изготовления печатных плат и встроенной электроники. 4D-принтеры обещают инновационные продукты, подстраивающиеся под климат – одежда, обувь, или же имплантаты, подстраивающиеся под человеческое тело.
Эта технология разрушает устоявшиеся цепочки поставок, но возможности её применения постоянно растут. В ближайшее десятилетие ожидается взрывной рост и появление новых возможностей и инноваций у этой технологии.
6. Появление искусственного интеллекта
Проще говоря, ИИ – это наука использования компьютера в тех задачах, которые доступны людям. Сейчас уже большинство смартфонов распознают речь и изображения. Робомобили и беспилотные летательные аппараты уже проходят проверки. Компьютер Watson победил людей в интеллектуальной игре.
ИИ 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 будет справляться с некоторыми задачами лучше человека. Робомобили снизят количество аварий, поскольку машины не будут подвержены ошибкам и отвлечениям внимания. Интеллектуальные системы обработки фактов будут выдавать прогнозы и диагнозы лучше людей.
Конечно, у ИИ есть свои риски – например, что ИИ однажды решит поработить людей. Некоторые эксперты воспринимают такой риск серьёзно. В январе 2015 они 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 робомобили – такистов.
С другой стороны, появление ИИ сделает более ценными такие человеческие возможности, 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.
ИИ 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 будет справляться с некоторыми задачами лучше человека. Робомобили снизят количество аварий, поскольку машины не будут подвержены ошибкам и отвлечениям внимания. Интеллектуальные системы обработки фактов будут выдавать прогнозы и диагнозы лучше людей.
Конечно, у ИИ есть свои риски – например, что ИИ однажды решит поработить людей. Некоторые эксперты воспринимают такой риск серьёзно. В январе 2015 они 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 робомобили – такистов.
С другой стороны, появление ИИ сделает более ценными такие человеческие возможности, 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
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 гораздо ближе 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 продут собирался бы в локальных мастерских или самим пользователем. По такой схеме уже работает по меньшей мере одна компания в штатах — AtFAB.
Сейчас примерно по такой схеме работают энтузиасты с 3D-принтерами. При этом задействуется коллективная работа многих людей, которые могут совместными усилиями совершенствовать продукт.
Распределённое производство позволит более эффективно использовать ресурсы и вырабатывать меньше отходов. Также оно понижает барьеры входа на рынок, уменьшая необходимый для выхода капитал. Что более важно, оно должно минимизировать воздействие производства на окружающую среду.
При распространении такого подхода исчезнут традиционные рынки труда. 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.
Такие вещи, как автомобили или смартфоны, станут менее стандартизированными. Уже сейчас компания Facit печатает для клиентов дома 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.
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 продут собирался бы в локальных мастерских или самим пользователем. По такой схеме уже работает по меньшей мере одна компания в штатах — AtFAB.
Сейчас примерно по такой схеме работают энтузиасты с 3D-принтерами. При этом задействуется коллективная работа многих людей, которые могут совместными усилиями совершенствовать продукт.
Распределённое производство позволит более эффективно использовать ресурсы и вырабатывать меньше отходов. Также оно понижает барьеры входа на рынок, уменьшая необходимый для выхода капитал. Что более важно, оно должно минимизировать воздействие производства на окружающую среду.
При распространении такого подхода исчезнут традиционные рынки труда. 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.
Такие вещи, как автомобили или смартфоны, станут менее стандартизированными. Уже сейчас компания Facit печатает для клиентов дома 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
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.
Следующий шаг – появление автоматических дронов. Они должны будут сканировать окружение и реагировать на изменяющиеся параметры. 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 январе 2014 Intel и Ascending Technologies показали прототипы мини-дронов, которые облетали препятствия и людей, находящихся у них на пути. Фактически, дроны – это роботы, которые оперируют не в двух, а в трёх измерениях.
Конечно, полностью исключить риск в случае летающих машин нельзя. 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 смогут летать туда, куда не достанет человек.
Следующий шаг – появление автоматических дронов. Они должны будут сканировать окружение и реагировать на изменяющиеся параметры. 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 январе 2014 Intel и Ascending Technologies показали прототипы мини-дронов, которые облетали препятствия и людей, находящихся у них на пути. Фактически, дроны – это роботы, которые оперируют не в двух, а в трёх измерениях.
Конечно, полностью исключить риск в случае летающих машин нельзя. 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 смогут летать туда, куда не достанет человек.
9. Нейроморфические системы
Даже суперкомьютеры сегодня не могут тягаться с человеческим мозгом. Они работают последовательно и передают данные между чипами памяти и процессора по шине данных. Мозг имеет множество внутренних связей, где связей логики и памяти в миллиарды раз больше, чем в компьютере. Нейроморфические чипы призваны обрабатывать информацию совершенно другими способами, нежели текущее железо, и имитировать в этом 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.
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 запрограммированными способами.
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.
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 запрограммированными способами.
10. Цифровая генетика
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 флэшку или отправить через интернет.
Множество заболеваний 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 и специализированную медицину, в которой будут применяться методы терапии, специализированные под конкретных пациентов.
Конечно, из соображений приватности придётся охранять информацию, связанную с человеческим геномом. Но преимущества должны перевесить риски – персонализированное лечение может помочь в борьбе со множеством болезней. обусловленных генетическими причинами.
Множество заболеваний 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 и специализированную медицину, в которой будут применяться методы терапии, специализированные под конкретных пациентов.
Конечно, из соображений приватности придётся охранять информацию, связанную с человеческим геномом. Но преимущества должны перевесить риски – персонализированное лечение может помочь в борьбе со множеством болезней. обусловленных генетическими причинами.
Источник:
Ссылки по теме:
- Гигантские роботы сразились в Пекине
- Офис Microsoft в Кремниевой долине патрулируют роботы-охранники
- История беспилотников в картинках
- Роботы ушедших эпох
- Рок-группа роботов
Метки: роботы топливные ячейки
Понравился пост? Поддержи Фишки, нажми:
Понравилось
14Новости партнёров
А будет ли в них аккамуляторы или топливные ячейки это не важно (это ученые пускай свою "башню" чешат, что эффективнее), но то что век ДВС прошел - это 100%
Вы забываете о жадности, простой человеческой жадности. "Эффективные менеджеры", не забывая о своих доходах, режут расходы на всё абсолютно. То есть все производители, участвующие в процессе, должны получить минимум дохода, что бы "эффективные" были в шоколаде. Они любую хорошую идею превратят в наживу.