10 важливих технологій 2019 року, на думку Білла Гейтса і MIT

Білл Гейтс: «Для мене було честю скласти список з десяти проривних технологій. Вибрати лише десять для цього списку було складно. Я хотів не тільки вибрати речі, які з'являться в заголовках в 2019 році, але захопити цей момент технологічної історії — і це змусило мене замислитися про те, як інновації розвивалися з часом. Тоді я згадав про плуг — серед всіх речей. Плуги відмінно втілюють історію інновацій.

Люди використовували їх з 4000 р. до н. е.., коли месопотамские фермери першими почали збагачувати ґрунт киснем за допомогою загострених палиць. З тих пір ми повільно покращуємо їх, а сучасні плуги — це чудеса техніки.

Але яке призначення у плуга в дійсності?».

Гнучкі роботи

Роботи вчаться поводитися з фізичним світом.

Незважаючи на всі розмови про те, що машини забирають роботи, промислові роботи ще незграбні і гнучкі. Робот може багаторазово знаходити компонент на складальної лінії з дивовижною точністю і ніколи не занудьгує, але перетягніть об'єкт на півдюйма або замініть його чомусь трохи несхожим, і машина буде невміло нишпорити по поверхні або хапати повітря.

Хоча робота поки не можна запрограмувати на розуміння того, як хапати будь-який об'єкт, тільки глянувши на нього, як це роблять люди, тепер він може навчитися управляти об'єктом самостійно за допомогою віртуальних проб і помилок.

Один з таких проектів — Dactyl, робот, який навчив себе перевертати іграшковий кубик на руці. Dactyl, який розробляли некомерційної організації OpenAI, являє собою цілісну руку робота, оточену масивом джерел світла і камер. Використовуючи так зване навчання з посиленням, програмне забезпечення на основі нейромереж, робот навчався вистачати і перевертати кубик в моделюється середовищі, перш ніж виконати цей трюк власноруч. з ПО, спочатку випадкові, посилюють зв'язку в мережі з часом, наближаючи робота до мети.

Зазвичай перенести такого роду віртуальну практику в реальний світ неможливо, тому що такі речі, як тертя або різні властивості різних матеріалів важко змоделювати. Команда OpenAI обминуло це, додавши випадковості у віртуальне навчання і давши роботу приклад з безладу реальності.

Нова хвиля ядерної енергетики

Вдосконалені реактори ядерного поділу і синтезу стали ближче до реальності.

Нові ядерні конструкції, які набрали хід в минулому році, обіцяють зробити це джерело енергії безпечніше і дешевше. Серед них — реактори поділу IV покоління, еволюція традиційного дизайну; невеликі модульні реактори; реактори синтезу, які завжди були чимось недосяжним. Інженери реакторів IV покоління, на кшталт канадської Terrestrial Energy і вашингтонської TerraPower, вступили в партнерські відносини з комунальниками, сподіваючись налагодити постачання в енергомережу до 2020 року.

Невеликі модульні реактори зазвичай виробляють десятки мегават енергії (для порівняння, звичайний ядерний реактор виробляє близько 1000 МВт). Компанії на зразок орегонської NuScale стверджують, що мініатюрні реактори зможуть заощадити грошей та скоротити ризики для навколишнього середовища.

Був також прогрес в області синтезу. Хоча ніхто не чекає постачань до 2030 року, такі компанії, як General Fusion і Commonwealth Fusion Systems, відгалуження MIT, досягли певних успіхів. Багато вважають, що синтез — це нездійсненна мрія, але оскільки реактори не зможуть плавитися і створювати довгоіснуючі радіоактивні відходи, товариство з більшою готовністю піде на їх поширення, на відміну від звичайних ядерних реакторів. Білл Гейтс інвестував в TerraPower і Commonwealth Fusion Systems, до речі.

Прогнозування недоношених новонароджених

Простий аналіз крові може передбачити, чи є ризик передчасних пологів у вагітної жінки.

Наш генетичний матеріал живе в основному всередині наших клітин. Але невелика кількість «безклітинній» ДНК та РНК також плавають в нашій крові, часто виділяючись вмираючими клітинами. У вагітних цей бесклеточный матеріал являє собою алфавітний бульйон з нуклеїнових кислот плід, плацента і матері.

Стівен Квейк, біоінженер з Стенфорда, знайшов спосіб використовувати цей бульйон для вирішення однієї з найскладніших проблем медицини: приблизно кожен десятий дитина народжується передчасно.

Вільно плаваючі ДНК і РНК можуть може надати інформацію, яка раніше вимагала інвазивних способів захоплення клітин, на зразок біопсії пухлини або пункції живота вагітної жінки для виконання амніоцентезу. Тепер стало простіше виявляти і секвенувати невеликі кількості безклітинного генетичного матеріалу в крові. В останні кілька років вчені почали розробляти аналізи крові для раку (по виявленню ДНК пухлинних клітин) і для передпологового скринінгу станів зразок синдрому Дауна.

Тести на пошук таких умов покладаються на пошук генетичних мутацій в ДНК. РНК, з іншого боку, є молекулою, яка регулює експресію генів — скільки білка проводиться геном. Секвенируя вільно плаваючу РНК у крові матері, Квейк зміг виявити коливання в експресії семи генів, які він пов'язує з передчасними пологами. Це дозволило йому визначити жінок, які з певною ймовірністю разродятся передчасно. Після тривоги лікарі можуть призначити заходи обережності і контролю і дати дитині більший шанс на виживання.

За словами Квейка, технологія, що лежить в основі аналізу крові, швидка, проста і коштує менше 10 доларів за вимір.Разом з колегами він запустив стартап Akna Dx, щоб поставити аналіз на потік.

Кишковий зонд в таблетці

Невеликий пристрій, який можна проковтнути, робить докладні знімки кишечника без анестезії, навіть у немовлят і дітей.

Екологічна кишкова дисфункція, викликана навколишнім середовищем (EED), може бути однією з найдорожчих хвороб, про яких ви чули. Зазначена запалених кишечником, який пропускає і погано вбирає поживні речовини, вона широко поширена в бідних країнах і є однією з причин, по якій люди страждають від недоїдання, затримок у розвитку і ніколи не досягають нормального росту. Ніхто не знає, що точно це викликає розлад, як його запобігти або лікувати.

Практичний скринінг для виявлення допоміг би медичним працівникам дізнаватися, коли і як втручатися. Терапія вже доступна для немовлят, але діагностика та вивчення хвороб в кишечнику таких маленьких дітей, часто вимагає знеболювання і введення ендоскопа в горло. Це дорого, незручно, непрактично в тих регіонах світу, де поширена ця дисфункція кишечника.

Тому Гільєрмо Тірні, патолог і інженер Массачусетської лікарні загального профілю в Бостоні, розробляє невеликі пристрої, які можна використовувати для перевірки кишечника на наявність ознак EED або навіть отримання біопсії тканин. На відміну від ендоскопів, вони прості у використанні при наданні першої допомоги.

Капсули Тірні для ковтання містять мініатюрні мікроскопи. Вони кріпляться до гнучкого нитевидному тросу, який забезпечує живлення і освітлення при відправці зображень на консоль з монітором. Це дає медичному працівнику можливість призупиняти капсулу в цікавих місцях і діставати її завершення, щоб потім стерилізувати її і повторно використовувати. Хоча звучить дивно, команда Тірні розробила метод, не викликає дискомфорту. Також це дозволяє робити знімки всій поверхні травного тракту з роздільною здатністю до окремої клітини або захоплювати тривимірні крос-секції завглибшки в декілька міліметрів.

У технології є кілька застосувань; вона використовується для скринінгу стравоходу Барретта, попередника раку стравоходу. Для EED команда Тірні розробила ще меншу версію для дітей, які не можуть проковтнути таблетку. Її протестували на підлітках з Пакистану, де поширений EED, а на немовлятах випробування заплановані на 2019 рік.

Маленький зонд допоможе дослідникам відповісти на питання про розвиток EED — наприклад, на які клітини він впливає і які бактерії залучені — і оцінити втручання і потенційні методи лікування.

Індивідуальні протиракові вакцини

Таке лікування спонукає природний захист організму знищувати тільки ракові клітини, виявляючи мутації, унікальні для кожної пухлини.

Вчені знаходяться на порозі комерціалізації першої персоналізованої протиракової вакцини. Якщо вона буде працювати, як планується, така вакцина, яка спонукає імунну систему людини визначати пухлина з її унікальним мутацій, зможе ефективно відключати деякі види раку.

Використовуючи природний захист організму для виборчого знищення тільки пухлинних клітин, ця вакцина, на відміну від традиційних хіміотерапій, обмежує пошкодження здорових клітин. Атакуючі імунні клітини також будуть пильними до появи будь-яких безпритульних ракових клітин після початкового лікування.

Можливість появи таких вакцин почала набувати форму в 2008 році, через п'ять років після завершення Human Genome Project, проекту генома людини, коли генетики опублікували першу послідовність ракової пухлинної клітини.

Незабаром після цього вчені почали порівнювати ДНК пухлинних клітин з ДНК здорових клітин та інших пухлинних клітин. Ці дослідження підтвердили, що всі ракові клітини містять сотні, якщо не тисячі специфічних мутацій, більшість з яких є унікальними для кожної пухлини.

Кількома роками потому німецький стартап BioNTech надала переконливі докази того, що вакцина, що містить копії таких мутацій, може каталізувати імунну систему організму на виробництво Т-клітин, призначених для пошуку, атаки і знищення всіх ракових клітин.

У грудні 2017 року BioNTech спільно з біотехнологічним гігантом Genentech почала масштабне тестування вакцини у онкологічних хворих. Подальше дослідження націлене на 10 ракових захворювань і планує охопити 560 пацієнтів по всій земній кулі.

Обидві компанії розробляють нові технології виробництва, щоб дешево і швидко виробляти тисячі індивідуальних вакцин. Це буде складно, тому що створення вакцини включає в себе біопсію пухлини пацієнта, секвенування та аналіз його ДНК, а також передачу цієї інформації на виробничу площадку. Після виробництва вакцина повинна бути негайно доставлена в лікарню; затримка може бути смертельною.

Бургер без корови

Як вирощені в лабораторії, так і рослинні варіанти наближаються за смаком і поживну цінність реального м'яса, не завдаючи шкоди навколишньому середовищу.

ООН очікує, що до 2050 року в світі буде 9,8 мільярда людей. І ці люди стають багатшими. Жодна з цих тенденцій не обіцяє нічого хорошого для зміни клімату, особливо тому, що коли люди йдуть від бідності, вони починають їсти більше м'яса.

До цієї дати, згідно з прогнозами, люди будуть споживати на 70% більше м'яса, ніж у 2005 році. І виявляється,що вирощування тварин для вживання в їжу є одним з найгірших наших дій по відношенню до навколишнього середовища.

В залежності від тварини, виробництво кілограма м'ясного білка західними промисловими методами вимагає у 8 – 50 разів більше води, у 12 – 34 разів більше землі і в 12 – 40 разів більше викопного палива, ніж для виробництва кілограма рослинного білка.

Проблема в тому, що люди навряд чи зупиняться вживати м'ясо в їжу незабаром. Це означає, що вирощена в лабораторії м'ясо і рослинні альтернативи можуть стати найкращим способом обмежити руйнування.

Виробництво м'яса в лабораторії передбачає витяг м'язової тканини у тварин і вирощування її в біореакторах. Кінцевий продукт дуже схожий на натуральний, правда, учені поки працюють над смаком. Вчені з Університету Маастрихта в Нідерландах, які працюють над масштабним виробництвом лабораторного м'яса, вважають, що виростять бургер в лабораторії вже в наступному році. Один з мінусів лабораторно вирощеного м'яса в тому, що і в такому випадку користь для навколишнього середовища мінімальна — викиди вуглецю скоротяться в кращому випадку на 7%.

Як варіант — робити м'ясо на рослинній основі, як це роблять Beyond Meat і Impossible Foods (Білл Гейтс, до речі, інвестор в обох компаніях). Вони беруть білок гороху, сої, пшениці, картоплі та рослинні масла для імітації текстури та смаку м'яса тварин.

Beyond Meat має 2400 квадратних метрів землі в Каліфорнії і вже продала більше 25 мільйонів бургерів в 30 000 магазинів і ресторанів. Котлета Beyond Meat, ймовірно, буде генерувати на 90% менше викидів парникових газів, ніж звичайний гамбургер, приготовлений з корови.

Уловлювач вуглекислого газу

Практичні і доступні способи вловлювання вуглекислого газу з повітря могли б поглинати надлишкові викиди парникових газів.

Навіть якщо ми мовчимо викиди вуглекислого газу, зігріваючий ефект парникового газу може зберігатися протягом тисяч років. Щоб запобігти небезпечне підвищення температури, на думку ООН, світові в цьому столітті буде потрібно видалити з атмосфери 1 трильйон тонн вуглекислого газу.

Минулого літа кліматолог з Гарварду Девід Кейт підрахував, що теоретично машини можуть впоратися з цим менш ніж 100 доларів за тонну, якщо будуть використовувати метод прямого захоплення повітря. Це на порядок дешевше, ніж за більш ранніми оцінками, що змусило багатьох вчених відмовитися від технології як від надто дорогий, хоча потрібні роки, щоб витрати впали до такого рівня.

Але коли ви зловите вуглець, вам все одно доведеться з'ясувати, що з ним робити.

Канадський стартап Carbon Engineering, який Кейт заснував в 2009 році планує розширити свою пілотну програму і збільшити виробництво синтетичного палива, використовуючи уловлена вуглекислий газ в якості ключового інгредієнта. (Білл Гейтс інвестував у Carbon Engineering).

Розташований в Цюріху завод прямого захоплення повітря Climeworks буде виробляти метан з вуглекислого газу і водню, а другий завод в Швейцарії буде продавати вуглекислий газ для індустрії безалкогольних напоїв.

Тим не менш, якщо використовувати його в синтетичному паливі або газованої води, вуглекислий газ буде повертатися назад в атмосферу. Кінцева мета — назавжди заблокувати викиди парникових газів. Деякі з них можна купірувати у вуглецевому волокні, полімерах або бетоні, але куди простіше було б просто помістити їх під землю. Тільки в даному випадку цю бізнес-модель мало хто підтримає.

Фактично, видалення CO₂ з повітря, з інженерної точки зору, є одним з найбільш складних і дорогих способів боротьби зі зміною клімату. Але враховуючи те, як повільно ми скорочуємо викиди, хороших варіантів не залишається.

ЕКГ на зап'ясті

Нормативне схвалення і технологічні досягнення полегшують людям постійний моніторинг серця з допомогою переносних пристроїв.

Фітнес-трекери — несерйозні медичні пристрої. Інтенсивна тренування або ослаблений ремінець можуть збити з пантелику датчики, зчитувальні ваш пульс. Але електрокардіограма, яку лікарі використовують для діагностики порушень ще до того, як вони викличуть інсульт або серцевий напад, вимагає відвідування клініки, і часто люди просто не встигають скласти тест вчасно.

Розумні годинник з підтримкою ЕКГ, що стали можливими завдяки новим правилам і нововведення в апаратному і програмному забезпеченні, пропонують зручність носимого пристрою з точністю, близькою до точності медичної.

Ремінець для Apple Watch, розроблений AliveCor, здатний виявляти миготливу аритмію, часту причину утворення тромбів і інсультів, отримав схвалення FDA в 2017 році. У минулому році Apple випустила власну функцію ЕКГ, вбудовану в годинник.

Незабаром після цього і компанія Withings також оголосила про плани придбати годинник з ЕКГ.

В сучасних переносних пристроях як і раніше використовується тільки один датчик, тоді як у реальному ЕКГ їх 12. І ніякий з переносних пристроїв поки не може виявити серцевий напад, коли він настає.

Але це може змінитися — скоро.

Санітарія без каналізації

Енергоефективні туалети зможуть працювати навіть без систем каналізації і обробляти відходи на місці.

Близько 2,3 мільярда людей не мають доступу до хороших санітарних умов. Відсутність працездатних туалетів спонукає людей скидати фекальні маси в довколишні ставки і струмки, поширюючи бактерії, віруси та паразити, які можуть викликати діарею і холеру. Діарея є причиноюсмерті одного з дев'яти дітей в усьому світі.

Вчені працюють над створенням нового виду туалету, який буде досить дешевим для світу, що розвивається, і зможе не тільки збирати, але й утилізувати відходи.

У 2011 році Білл Гейтс створив своєрідний X Prize в цій області — конкурс «изобрети туалет заново». З моменту запуску кілька команд представили свої дослідні зразки. Всі відходи обробляються на місці, тому немає необхідності у великій кількості води, щоб відносити їх у каналізацію.

Розглядають також варіанти з нагріванням відходів, щоб вироблявся багатий вуглецем матеріал, здатний удобрювати грунт.

«Гладко» говорять віртуальні асистенти

Нові методи, здатні вловлювати смислові зв'язки між словами, роблять машини краще розуміння природної мови.

Ми звикли до віртуальних помічникам — Alexa програє музику у вітальні, Siri ставить будильники на телефон — але вони поки не виправдали покладених на них надій в плані проявів кмітливості. Вони повинні були спростити наше життя, але чи оцарапали цю грунт. Вони розпізнають лише вузький діапазон команд і легко збиваються з курсу.

Деякі новітні досягнення повинні розширити репертуар цифрових помічників. У червні 2018 року дослідники з OpenAI розробили методику, яка навчає ІІ по неразмеченному тексту, уникаючи витрат грошей і часу на класифікацію і маркування всіх даних вручну. Кілька місяців потому Google представила систему BERT, яка навчилася передбачати пропущені слова, вивчаючи мільйони пропозицій. У тесті з множинним вибором він впорався так само добре, як і люди при заповненні прогалин.

Ці поліпшення в поєднанні з поліпшеною синтезом мови, дозволяють нам перейти від простих інструкцій для помічників ІІ до розмов з ними. Вони дозволять їм справлятися з простими завданнями на зразок складання нотаток про зустрічі, пошуку інформації та онлайн-покупок.

Деякі вже готові. Google Duplex, дивно «людяне» оновлення Google Assistant, може приймати за вас дзвінки від спамерів і продавців з телевізора. Також воно може зробити дзвінки від вашого обличчя, щоб запланувати бронь ресторану або купити квитки.

У Китаї користувачі вже звикли до AliMe від Alibaba, який координує доставку посилок по телефону і торгується з приводу ціни товарів в чаті.

Але хоч програми ШІ і стали краще розуміти, що ви хочете, вони все одно не розуміють пропозиції. Рядки складаються або генеруються статистично, демонструючи, наскільки важко дати машин справжнє розуміння мови. Коли ми подолаємо цю перешкоду, ми побачимо ще одну революцію. Від координатора-логіста — до няні, вчителю або навіть одному.

Якогось прориву з цього списку очікуєте особисто ви? Розкажіть про це .