Как наука изменит мир к 2030 году

Предыдущая статья Следующая статья

Роботы, питающиеся энергией человека, наномедицина и шапка-невидимка — «Журналист Online» узнал, когда фантастика станет реальностью
©
Одна из главных задач современной науки — полностью разобраться, как работает человеческий мозг и человеческое тело. А для этого нужно использовать нанороботов

На смену 3D-принтерам, умному дому и Big Data в скором времени придут нанофабрики, собирающие материал по атомам. Новый прорыв в технологиях близок и, когда он случится, мир изменится до неузнаваемости.

Технологические уклады

Предсказанием будущего, кроме гадалок, занимаются ученые и футурологи. Советский экономист Николай Кондратьев исследовал цикличность экономических процессов, отметив их периодичность длительностью примерно 50 лет. Ученый заметил, что во время экономического кризиса происходит резкое оживление в области технических изобретений. Эта теория сильно перекликается с теорией технологических укладов. Под технологическим укладом понимается комплекс освоенных изобретений, обеспечивающих количественный и качественный скачок в развитии производительных сил.

Большие технологические циклы

На ранних стадиях развития общества в основе энергетики лежала мускульная энергия животных и человека. Первый технологический уклад (1770—1830 гг.) базировался на использовании водяного колеса и знаменуется началом первой промышленной революции, давшей толчок развитию текстильной промышленности и механизации производства. Второй технологический уклад (1830—1890 гг.) основан на использовании энергии пара и угля. Изобретение парового двигателя привело к развитию железнодорожного паровозного транспорта, пароходства и черной металлургии. Использование электрической энергии положило начало третьему укладу (1880—1940 гг.), стимулировав развитие тяжелого машиностроения, электротехнической и радиотехнической промышленности. Четвертый технологический уклад (1930—1990 гг.) основан на использовании энергии углеводородов, на изобретении и применении двигателя внутреннего сгорания, электродвигателя и развитии на этой основе автомобиле- и самолетостроения. Пятый уклад (1985—2035 гг.) опирается на возможности электронной и атомной энергетики, инновациях в области микроэлектроники, информационных технологий, генной инженерии и биотехнологий.

У разных исследователей датировки укладов различаются, но незначительно. Так, профессор МГУ Аскар Акаев заканчивает пятый уклад в 2018 году, словацкий политолог Даниэль Шмигула — в 2015 году. Экономист Сергей Глазьев говорит о начале шестого уклада в 2010 году, а о широком распространении его технологий в 2018 году. При этом Шмигула настаивает на сокращении длительности цикла в связи с постоянным ускорением развития технологий и считает, что шестой уклад будет длиться около десяти лет. В целом же, современные специалисты по прогнозам считают, что при сохранении нынешних темпов технико-экономического развития шестой технологический уклад начнет оформляться в 2010—2020 гг., а в фазу зрелости вступит в 2040-е годы. При этом в 2020—2025 гг. произойдет новая научно-техническая революция, основой которой станут разработки, синтезирующие достижения базовых направлений.

Смена технологических укладов обладает значительной инерционностью: открытия, предваряющие новые технологии, совершаются значительно раньше их массового освоения. То есть их зарождение происходит в одном технологическом укладе, а массовое использование — в следующем. Также экономика не переходит из одного уклада в другой мгновенным скачком. Принадлежность к определенному укладу характеризуется степенью развития экономики. В настоящее время передовыми технологиями в наибольшей мере обладает экономика США, Японии и КНР. В США, например, доля производительных сил четвертого технологического уклада составляет 20%, пятого — 60%, и около 5% приходится на шестой уклад. В России приблизительно половина производственных мощностей находится на стадии четвертого технологического уклада. Доля технологий пятого уклада у нас пока составляет примерно 10% в наиболее развитых отраслях — военно-промышленном комплексе и авиакосмической промышленности.

Чем меньше, тем важнее

Главным ядром шестого уклада, по мнению ученых, станут молекулярные, клеточные, ядерные технологии и нанотехнологии. Кроме того, дальнейшее развитие получит гибкая автоматизация производства, космические технологии и атомная промышленность.

Нанотехнологии — это методы работы с веществом на уровне частиц нанометрового масштаба и даже отдельных атомов и молекул. Нанометр — это одна миллиардная доля метра, в десять тысяч раз меньше толщины волоса и в несколько раз больше межатомного расстояния.

Нанотехнологии дают принципиально новый способ конструирования материалов. Переходя к наномасштабу, мы получаем возможность управлять атомами и молекулами. Первый инструмент для манипуляции атомами был изобретен в 1981 году: с помощью туннельного микроскопа, разработанного учеными из IBM, можно не только «видеть» отдельные атомы, но и поднимать и перемещать их. Так начала формироваться линия синтеза, когда, соединяя отдельные атомы и молекулы, стало возможным конструировать из них новые вещества. Появились искусственные материалы со свойствами, не существующими у природных веществ, — так называемые метаматериалы, открывающие путь к таким фантастическим изобретениям, как, например, шапка-невидимка.

Благодаря синтезу, в настоящее время разрабатываются легкие сверхпрочные материалы для космической и военной техники, авиационной техники. В электронной промышленности уже началось использование нанотрубок. Создаются поверхности и материалы с заданными свойствами для применения в быту (немнущаяся одежда, антибликовые и антипригарные покрытия, чистящие салфетки и т.п.).

Нанороботы

На помощь врачам придут нанороботы. Медики планируют использовать эту технологию для экстренной доставки лекарств и полезных веществ прямо в клетки, а также для уничтожения инфекций и раковых клеток.

Ученые из медицинской компании Scripps и Калифорнийского технологического института спроектировали наносенсор, способный предупредить сердечный приступ. Крошечная микросхема размером около 90 микрон вводится через палец пациента в кровеносные сосуды и отлавливает эндотелиальные клетки, которые отделяются от стенок артерий за некоторое время до сердечного приступа. Человек с таким прибором может получить предупреждение об опасности на смартфон, чтобы немедленно известить кардиолога.

Сотрудники лаборатории робототехники Швейцарской высшей технической школы Цюриха разработали микроробота OctoMag, предназначенного для проведения хирургических глазных операций и введения лекарств. Робот имеет диаметр всего 285 мкм и питается от внешнего магнитного поля. Бот настолько мал, что может разрушать тромбы в сосудах глаза.

Впрочем, эра широкого применения нанороботов еще не пришла. Однако уже успешно проводятся исследования по лечению рака с помощью наночастиц. Ученые Корнелльского университета (США) подсаживают в кровь кремниево-органические наночастицы размером 10 нм, которые прилипают к зараженным клеткам и подсвечивают их. Успех ученых способствовал решению о создании специального исследовательского центра раковой наномедицины, где будут разрабатываться методы оптического детектирования раковых клеток.

Запуск будущего

Один из сценариев развития нанотехнологий носит название «Запуск будущего». Он заключается в соединении возможностей современных технологий, в первую очередь, твердотельной микроэлектроники, как наивысшего технологического достижения современности, с «конструкциями», созданными живой природой.

В самом начале 2000-х годов Михаил Роко и Уильям Бэйнбридж предложили концепцию НБИК-конвергенции. Она представляет собой объединение четырех быстро развивающихся областей науки и технологии: Н — нанотехнологии и нанонауки; Б — биотехнологии и биомедицины, включая генную инженерию; И — информационных технологий, включая продвинутый компьютинг и новые средства коммуникации; К — когнитивных наук, включая когнитивные нейронауки. Проще говоря, НБИК — это совокупность технологий, созданных на основе исследований, проводимых на стыке наук.

Например, сейчас разрабатывают нейроинтерфейсы «мозг—компьютер», чтобы человек и машина могли общаться с помощью работы мозга. В создании нанороботов, исследующих работу мозга, будут использоваться все четыре ветви технологий. Достижения нанонауки спроектируют само тело робота, его органы и инструменты. Биотехнологии позволят ему питаться энергией, содержащейся в клетках нашего организма. Информационные технологии помогут электронной начинке робота исследовать сигналы в нейронах и передавать эту информацию оператору. Когнитивные технологии, основанные на изучении мыслительного процесса, дадут возможность разработать алгоритмы, которые станут прообразом мыслительных функций живых существ.

11.05.2022
Между небом и снегом
11 иностранных студентов из МГУ отправились в Арктику, чтобы увидеть северное сияние
12.07.2022
“А север летом — строгость бок о бок с нежностью”
В Дарвиновском музее проходит фотовыставка Наталии Судец “Краски Севера”
21.07.2021
«Корейцы любят наш типаж!»
Модели Светлана Истомина, Элиз Чуприс и Анастасия Соловьёва поделились c "Журналистом Online" впечатлениями о работе в Южной Корее
13.05.2021
"Семейные реликвии – связующее звено между поколениями"
Екатерина Хамутова - о жизни после войны и красивом слоге в военных письмах