Вперед в будущее. 10 технологий 2017 года по версии MIT

Заплатить лицом можно уже сейчас. Клеточный атлас уже близок...

 

В свежем номере журнал Массачусетского технологического института MIT Technology Review представил ежегодный список прорывных технологий – «10 Breakthrough Technologies 2017», в котором специалисты MIT отбирают главные технологические тренды наступившего года. Некоторых из них еще придется подождать, а какие-то уже внесли значительный вклад в науку и повседневную жизнь.

Борьба с параличом

22-летний Эррол Сэмюэлс из Квинса в экзоскелете компании Argo, Нью-Йорк, 2014. Фото: Mike Segar / Reuters

Наука уже позволяет парализованным людям двигаться – впервые публике показали в действии экзоскелет, управляемый мозгом больного, еще в 2014 году. С тех пор его разработчики – ученые из лаборатории нейробиолога Мигеля Николесиса из Университета Дьюка – научились частично восстанавливать нервную проводимость конечностей паралитиков, тренируя их с помощью экзоскелетов.

Теперь для борьбы с параличом открылись новые возможности. Для управления экзоскелетами Николесиса нужно было извне считывать импульсы в мозге человека, чтобы он мог двигать всей конструкцией. Прибор, изобретенный профессором Грегуаром Куртином из Федеральной политехнической школы Лозанны, позволяет восстановить двигательную функцию без применения внешнего аппарата. Паралич конечностей наступает в результате повреждения нервов спинного мозга, отвечающих за их движение, – сигналы, посылаемые туда моторной корой головного мозга, до них не доходят. Чтобы восстановить путь нервного импульса, Куртин придумал соединять моторную кору и отсеченные травмой нейроны в спинном мозге с помощью радиосигнала.

 

Система содержит два «переговаривающихся» друг с другом прибора: один вживляется рядом с головным мозгом, второй – в спинной. Куртин с коллегами уже испробовал их на обезьяне – с помощью их та смогла без проблем идти всеми четырьмя лапами, хотя одна из них была обездвижена надрезом в спинном мозге. Приборы по размеру не превышают почтовую марку. Другая команда ученых, из Университета Кейс Вестерн Резерв, уже провела испытания на человеке – мужчина смог двигать парализованной рукой (даже разжимать пальцы), помогая себе подпружиненным подлокотником.

Ученые надеются, что вскоре похожим способом удастся лечить и слепоту – с помощью чипа, вживляемого в глаз – и, возможно, даже бороться с болезнью Альцгеймера. Уже сейчас подобная методика используется для лечения глухоты (имплантаты вставляются во внутреннее ухо). Сейчас коллега Куртина Джон Донохью модернизирует первоначальную версию бесконтактного прибора, пытаясь придать ему скорость на уровне интернета. Как замечает MIT Technology Review, полное преодоление паралича технологическим путем станет возможно уже через 10–15 лет.

 

 

Беспилотные грузовики

Автономный грузовик Freightliner Inspiration Truck компании Daimler Trucks. Фото: daimler-trucksnorthamerica.com

Самоуправляемые автомобили давно не новинка: в мире их разработками в последние годы активно занимаются Tesla, Google и Uber. В России КамАЗ, АвтоВАЗ и группа ГАЗ работают над созданием грузовиков, автобусов и спецавтомобилей без водителей. Уже известны случаи, когда система беспилотных автомобилей спасала жизнь своим владельцам. В одном из них водитель, у которого случился инфаркт, потеряв контроль над управлением, не попал в аварию, а доехал до больницы на автопилоте. В США аварии автобусов и грузовиков уносят ежегодно порядка четырех тысяч жизней и 100 тысяч человек оставляют с увечьями. При этом около 90% аварий происходят из-за ошибки водителя.

Как пишет MIT Technology Review, уже через 5–10 лет беспилотные грузовики займут заметное место в движении на трассах. С введением автопилота придется пересмотреть и саму роль дальнобойщиков в процессе перевозки – только в США их 1,7 млн человек.

Проблемой занимается компания Otto, основанная в 2016 году в Сан-Франциско двумя бывшими сотрудниками Google. Она оборудует грузовики системой, с помощью которой машины могут совершать особые маневры: например, идти ровной колонной, чтобы снизить сопротивление воздуха. Впереди – создание системы, которая будет реагировать на непредсказуемое и безответственное поведение посторонних водителей, а также успешно справляться с плохими дорогами. Otto для этого использует лидар (технологию получения и обработки информации с помощью активных оптических систем) с импульсным лазером. Сейчас пакет лидара от Otto можно приобрести за $100 тысяч, но компания работает над созданием более дешевой системы, за $10 тысяч. В августе прошлого года Otto была куплена Uber за $680 млн. Над своими вариантами беспилотных систем для грузовиков сейчас работают также Volvo Trucks, Daimler Trucks и Peterbilt.

Платежи лицом

Покупатель расплачивается с помощью Alipay. Фото: Qilai Shen / Bloomberg / Getty Images

Платить с помощью сканирования лица люди могут уже сейчас: точность алгоритмов распознавания изображений уже это позволяет. Например, Alipay от Alibaba предоставляет своим пользователям функцию перевода платежей с использованием лишь своих черт лица. Китайская Didi распознает лицо человека, сидящего за рулем, чтобы определить, точно ли владелец машины в ней сидит. Для этого она использует программу, разработанную китайской компанией Face++. Ее алгоритмы способны установить личность человека, распознав 83 точки его лица одновременно.

Другая китайская компания – Baidu – разрабатывает программу, которая распознавала бы лица пассажиров, садящихся в поезд, чтобы им не нужно было иметь при себе билет. Компания заявляет, что если просканирует десятки тысяч лиц, то сможет распознавать их с 99-процентной точностью. Расцвет распознавания изображений происходит интенсивнее всего именно в Китае в том числе и из-за политической обстановки: власти стремятся как можно больше контролировать граждан, расставляя везде камеры видеонаблюдения.

Широкое распространение платежи лицом пока еще не получили, хотя офис той же Face++ уже выглядит как картинка из фантастического фильма: на входе твое лицо сканируют, а после этого тебе предоставляется автоматический доступ к помещениям здания. Помимо идентификации лица, в банковской сфере обсуждается возможность введения платежей с помощью биометрии, голоса или отпечатков пальцев.

Практические квантовые компьютеры

Квантовый компьютер D-Wave. Фото: D-Wave

Даже MIT Technology Review иронизирует: мол, вот уже который год хотим наречь квантовый компьютер одним из самых многообещающих проектов и каждый раз понимаем, что рано. Рейтинг этого года не исключение: в этот раз издание говорит, что до создания квантового компьютера осталось 4–5 лет, хотя за минувший год случился большой прогресс в сфере его разработки. Известно, что канадская D-Wave Systems создала то, что она называет квантовым компьютером, и что в Google, где пользуются такой машиной, даже подтвердили, что она работает, однако, как заявляют критики, еще точно неизвестно, насколько он практически применим и в чем выигрывает у существующих компьютеров.

Google, IBM, Intel и Microsoft – все они в минувшем году занимались разработкой квантового компьютера, но самых серьезных результатов достигла лаборатория QuTech Делфтского технического университета (Нидерланды), рассказывает MIT Technology Review. Проблема, над которой работают ее специалисты, одна из самых больших в этой сфере, а именно: кубиты (элемент хранения информации в квантовом компьютере) чрезвычайно чувствительны к помехам, а значит, лежащие в основе работы квантового компьютера явления квантовой суперпозиции и квантовой запутанности легко потревожить даже небольшой вибрацией, что приведет к ошибке в работе машины.

Пока исследователям еще не удавалось создать ничего мощнее 20-кубитовой тестовой системы (которая особо ни на что не способна), однако Google обещает построить 49-кубитовую систему уже через год.

Камеры на 360°

Камеры Nikon 360°. Фото: Rick Wilking / Reuters

Камеру, снимающую фото и видео на 360°, уже сейчас можно купить за $500. Некоторые из них пока могут снимать лишь горизонтально, некоторые пока не могут похвастаться качеством снимка, но панорамы уже плотно вошли в нашу жизнь, во многом благодаря соцсетям (например, Facebook), которые быстро подстроились и внедрили в свою ленту особую функцию подгрузки панорамных фото и видео.

Чтобы сделать сферический кадр или ролик, камере необходимо склеить десятки изображений. Именно в этом состоит сложность создания прямых трансляций на 360°: для хорошего качества нужно, чтобы камера могла очень быстро производить такую склейку. Пока, правда, у сферических камер нет дисплеев и видоискателей – это существенно снижает их удобство, но для них создаются специальные мобильные приложения, на которые камера передает изображения и в которых можно посмотреть, что получается в итоге.

Камеры на 360° вносят вклад не только в фотографию и видеосъемку. Благодаря им журналисты могут достовернее передавать обстановку в горячих точках (например, Reuters и New York Times используют Samsung Gear 360 стоимостью всего $350), фанаты – переноситься на футбольное поле во время матча своей команды, а студенты-медики – следить за сложными операциями. Еще в 2016 году сферические камеры составляли лишь 1% от всех поставок камер в мире, в 2017-м их доля должна достичь 4%.

Новые солнечные батареи

Фото: Scott Webb / Unsplash

В этом году специалисты Массачусетского технологического института разработали новый вид солнечной батареи. Раньше кремниевые устройства поглощали видимый световой поток в спектре от красного до фиолетового, используя не более 32% энергии солнца. Новое устройство можно назвать чем-то вроде поглотителя и излучателя одновременно: оно поглощает всю энергию света и переводит ее в тепло, которое по достижении температуры 1000°С начинает обратно отдавать энергию в виде света. Эти лучи улавливают фотоэлементы, причем длину волн можно контролировать. А особый фотофильтр отражает непоглощенные фотоны, тем самым запуская процесс их вторичного использования.

Существующий прибор пока далек от идеала и работает на 6,8% своей мощности и лишь в условиях вакуума. Сейчас ученые также занимаются созданием накопителя тепла для подобных солнечных батарей, от которого можно было бы питаться и в темное время. MIT Technology Review прогнозирует, что широко доступны такие батареи с термофотоэлектрическим элементом станут лишь через 10–15 лет.

Генная терапия

Фото: youtube.com

Генная терапия была в рейтинге прорывных технологий и в прошлом году. В 2013 году ученые изобрели новую технику редактирования генома – CRISPR/Cas9, – которая позволила исправлять наследственные заболевания человека. За прошедший год наука в этой области продвинулась: CRISPR/Cas9 впервые помог в лечении рака человека, и ученым удалось понять источник шизофрении на генном уровне, рассказывал профессор Бостонского университета Максим Франк-Каменецкий. И это далеко не предел возможностей науки.

В обществе (особенно в СМИ) обсуждается то, к чему приведет расцвет генной инженерии. Сможем ли мы победить голод? Будет ли человек жить вечно? Появятся ли сверхумные люди? Кто-то просто считает пропагандистов генной терапии проходимцами. MIT Technology Review считает, что борьба с болезнями с помощью редактирования генома уже возможна.

Еще десять лет назад ученые исследовали лишь несколько болезней на возможность лечения генной терапией, сейчас же число достигает 40–50 заболеваний. Как замечает издание, в Европе получили разрешение регуляторов еще два вида генной терапии (Glybera для лечения дефицита липопротеинлипазы и Strimvelis для борьбы с дефицитом аденозиндезаминазы), а в США Spark Therapeutics начнет первой поставлять лечение прогрессирующей формы слепоты. Сейчас ученые также находятся в поиске генной терапии для борьбы с гемофилией и буллезным эпидермолизом. В будущем – лечение более распространенных болезней вроде Альцгеймера, диабета и сердечной недостаточности. Правда, в этих случаях перед наукой стоит особый вызов: такие болезни подразумевают не один, а несколько поврежденных генов, которые у разных людей могут быть разными, и их нам еще только предстоит научиться выделять.

Клеточный атлас

Сотрудники лаборатории Chan Zuckerberg Biohub. Фото: czbiohub.org

По прогнозу MIT Technology Review, уже через пять лет ученые составят карту человеческого организма вплоть до каждой клетки – так называемый клеточный атлас. Такая модель должна ускорить поиск новых лекарств и в целом помочь медицине и изучению человеческого тела. Для того чтобы каталогизировать 37,2 трлн клеток нашего организма, нужно каждой присвоить трехмерный код – этим занимается коллектив ученых из США, Великобритании, Швеции, Израиля, Нидерландов и Японии.

Ученые считают, что в нашем теле находится 300 различных видов клеток. Составление карты происходит на стыке трех сфер науки: клеточной микродинамики, генного секвенирования (для выделения активных в клетке генов) и новых методов маркирования и окрашивания клетки (чтобы определить ее расположение). Созданием клеточного атласа сейчас активно занимается британский Институт Сенгера, Институт Броад (партнер Гарвардского университета и Массачусетского технологического института) и созданная главой Facebook калифорнийская лаборатория Chan Zuckerberg Biohub. Марк Цукерберг и его жена Присцилла Чан обозначили главной и первой целью деятельности своей лаборатории именно создание клеточного атласа – и выделили на это $3 млрд.

Ботнет вещей

Фото: Markus Spiske / Unsplash.com

В наших домах появляется все больше умной бытовой техники. Это приятно, но то, что у большинства устройств отсутствует элементарная защита от хакеров, должно нас настораживать. Интернет вещей – один из главных трендов в технологиях, и именно поэтому над нами нависла угроза создания ботнетов. Ботнет получается, когда хакеры организованно взламывают компьютеры множества единиц бытовой техники в разных точках мира и используют их для какой-то одной цели – например, для DDоS-атаки, подбора паролей к чужой электронной почте или накручивания интернет-трафика сайта. Ботнеты даже сдаются в почасовое пользование.

Считается, что масса ботов, которые наводнили в последние годы твиттер, может частично работать как раз на основе ботнетов. Вы можете даже не подозревать, что ваша умная стиральная машина систематически лайкает твиты какого-то политика. Ботнеты появились еще на заре XXI века, но производители бытовой техники до сих пор не обеспечили системы своей техники защитой, и, как замечает MIT Technology Review, этого еще придется подождать.

Обучение с подкреплением

Пятый матч в го южнокорейского чемпиона Ли Седоля против искусственного интеллекта в Сеуле, март 2016 года. Фото: AP / TASS

Это один из видов машинного обучения, а точнее, машинного обучения с учителем, только в обучении с подкреплением учителем является сама система, а программа учится на основе ее отклика. Именно обучение с подкреплением позволило компании Alphabet (владеет Google) создать компьютер AlphaGo, который впервые в истории обыграл человека в го в марте 2016 года.

Разработками в сфере машинного обучения с подкреплением занимается Alphabet DeepMind, лаборатория Илона Маска OpenAI и Uber. Редакторы MIT Technology Review считают: еще один-два года, и мы увидим значительный прогресс в использовании обучения с подкреплением на деле. В чем именно? Например, Uber нуждается в таких разработках для того, чтобы создавать умные автопилоты в автомобилях – именно в этой сфере сейчас компьютер достовернее всего воспроизводит действия человека. Защитные программы для автомобилей, которые разрабатывает израильская Mobileye, используются многими компаниями, в том числе Tesla. Недавно Mobileye объявила, что совместно с BMW протестирует программу для беспилотного автомобиля, основанную на обучении с подкреплением, – это позволит машине учиться на своем опыте, а значит, сделает ее более безопасной.

Обсудить