Квантовый компьютер, новая Земля и вода из воздуха: наука в 2017 году
JEAN-PIERRE CLATOT/AFP/GETTY IMAGES
За прошедший год ученые далеко продвинулись в борьбе с глобальной засухой, нехваткой органов для трансплантации и тяжелыми генетическими заболеваниями. Мир впервые увидел 50-кубитовый квантовый компьютер, а также новые гаджеты, отслеживающие состояние здоровья человека.
Русская служба Би-би-си подводит научные и технологические итоги года.
Заплатки для человеческого тела
Год начался с впечатляющей новости: в январе международная команда ученых во главе с Хуаном Карлосом Исписуа Бельмонте, профессором Института биологических исследований Солка (США), опубликовала в научном журнале Cell статью, объявив, что ими создан некий гибрид человека и свиньи.
Организм, имеющий два набора генетических клеток, называется химерой. В данном случае в эмбрион свиньи были подсажены человеческие стволовые клетки. В результате человеческая часть в химере составила одну на десять тысяч клеток.
UAN CARLOS IZPISUA BELMONTE
Подобный эксперимент, по мнению ученых, - это первый шаг на пути к выращиванию человеческих органов в организмах животных, а значит возможному решению проблемы нехватки органов для трансплантации.
Поиск новых материалов для ремонта человеческого тела - один из главных трендов в современной медицине. Очевидно, в будущем будут появляться все более инновационные, эргономичные и экономичные способы создания недостающих или больных органов.
- Ученые создали химеру свиньи и человека
- "Видеть хочу": как живет первый россиянин с бионическим глазом
- Человек с бионической рукой: как технологии изменили его жизнь
3D-печать этому только способствует: медикам уже удавалось напечатать с помощью особых биочернил некоторые органы, в том числе даже пульсирующую сердечную ткань. Помимо этого, появляются более сложные модели бионических протезов, некоторые из которых также печатаются на 3D-принтере.
Внеутробное вынашивание
Неонатальные инкубаторы для недоношенных или родившихся с серьезными заболеваниями младенцев - уже давно не новость. Но до успешного применения устройств, которые способны помочь развиться плоду так, как если бы он все еще находился внутри утробы, дело пока не доходило.
В апреле 2017 года ученые детской больницы при Научно-исследовательском институте Филадельфии (США) опубликовали результаты своего эксперимента в журнале Nature Communications. В своей статье они рассказали о том, что впервые смогли создать аппарат BioBag, имитирующий работу матки, и вырастили в нем недоношенного ягненка.
- Недоношенных ягнят научились выхаживать в искусственной матке
- Генетически модифицированные свиньи - доноры органов для человека?
BioBag представляет свобой пластиковую сумку со смесью теплой воды и солей, нечто схожее с амниотической жидкостью, окружающей эмбрион в утробе в естественных условиях. При этом пуповину плода подключают к специальному аппарату, вырабатывающему питательные вещества и кислород, которые обычно он получает от плаценты матери.
PARTRIDGE, E. A. ET AL. / NATURE COMMUNICATIONS
Впрочем, исследователи пока не уверены, что прибор получится применить в случае с человеком. Испытания на людях планируют начать через несколько лет.
Если же они пройдут успешно, человеческое дитя будут выхаживать в BioBag уже с 22-й недели перед помещением в привычный нам инкубатор. В нынешнем своем виде BioBag не может полностью заменить внутриутробное развитие, но кто знает, что медикам удастся создать в будущем?
Редактирование гена внутри тела человека
В ноябре в больнице Окленда 44-летний Брайан Мадо прошел первую в мире процедуру по редактированию ДНК в теле живого человека. Мадо страдает от генетического заболевания - синдрома Хантера, которое на данный момент является неизлечимым.
Надежда на то, что редактирование генома позволит Мадо не подвергать свой организм регулярной заместительной терапии, подтолкнула его к тому, чтобы поучаствовать в клинических испытаниях нового метода.
Для проведения процедуры врачи использовали так называемые "цинковые пальцы", особые белки с ионами цинка, которые "разрезают" ДНК пациента в нужном месте и вставляют туда недостающий ген. Для этого потребовалась обычная капельница.
CHILDREN'S HOSPITAL OAKLAND
Ранее ученые уже занимались редактированием генома, однако они использовали только изъятые у пациентов клетки, которые в подправленном виде впоследствии вживлялись обратно в их организм.
Другой метод редактирования генома - CRISPR/Cas9 - пока не одобрен к использованию в теле живого человека. Однако врачи уже успешно применяли его к клеткам, изъятым у раковых больных, пациентов с ВИЧ и с боковым амиотрофическим склерозом.
- Эмбрион человека избавили от дефекта при помощи коррекции ДНК
- 10 главных проблем, которые встанут перед человечеством к 2050 году
- Как генная инженерия может изменить будущее
Искусственный интеллект учится жить самостоятельно
В уходящем году искусственный интеллект с успехом осваивал различные сферы применения. Так, например, "Яндекс" стал использовать нейросети в своем онлайн-переводчике и усовершенствовал эту модель в своем поиске, а также выпустил первый российский голосовой помощник "Алиса".
В мае 2017 года программа AlphaGo от DeepMind (принадлежит Google) во второй раз победила самого сильного в мире игрока в го. На этом разработчики не остановились. После этого DeepMind выпустила новую версию программы AlphaGo - Alpha Zero, которая, обучившись играть в го самостоятельно (то есть не используя человеческий опыт), обошла в игре свою предшественницу.
- Возможно, наш мир виртуален. Но имеет ли это значение?
- Эксперт отвечает Илону Маску: искусственный интеллект не угроза
- Гарри Каспаров: "Не надо бояться искусственного разума"
Другое подразделение Google, Google AutoML, разработало программу, которая создала свой "дочерний" искусственный интеллект. В распознавании изображений он оказался эффективнее софта, созданного людьми. То есть фактически компьютер научили создавать программы, более эффективные, чем те, что пишет человек.
Но даже если эти новости не показались вам впечатляющими, к следующей сложно будет остаться равнодушными.
Летом этого года вышеупомянутая DeepMind опубликовала статью о том, как её разработчики научили искусственный интеллект гибкому поведению в моделируемых средах, в том числе - двигаться в сложной среде.
Возможно, это звучит слишком заумно, но если посмотреть видео, все становится на свои места. Упрощенно говоря, искусственный интеллект сам научился передвигаться в пространстве.
Свой среди чужих: когда язык один на всех
В сентябре уходящего года Дэвид Талбот, глава "Яндекс.Переводчика", в интервью Русской службе Би-би-си описал будущее перевода следующим образом.
"Хочется, чтобы перевод стал супербыстрым. Люди не переводят для того, чтобы перевести слова. Они переводят потому, что хотят с кем-то общаться, стремятся что-то понять. И мы должны сделать так, чтобы у них была эта возможность. Перевод должен происходить по дефолту. Тогда коммуникация станет абсолютно безграничной, а нам не нужно будет думать об использовании какого-то приложения".
- Глава "Яндекс.Переводчика" - о том, как искусственный интеллект меняет мир
- Наушники Google понимают и переводят речь на 40 языках
- Робот Атлас от Boston Dynamics первым научился делать сальто
В 2017-м сервисы перевода сделали многое для того, чтобы приблизить описанное Талботом светлое будущее.
"Яндекс" вслед за Google начал использовать нейросети в своем онлайн-переводчике. А компания Google выпустила беспроводные наушники Pixel Buds, позволяющие переводить речь в режиме реального времени. Устройство сейчас поддерживает 40 языков, но русского среди них пока нет.
В июле этого года команда инженеров из Калифорнийского университета в Сан-Диего представила в научном журнале PloS One свою новую разработку: перчатку, которая распознает язык жестов и переводит его в текст, который передается на экран смартфона или компьютера. Это не первый подобный девайс, но особенность именно этого в том, что его стоимость не превышает ста долларов.
Дивный новый мир устройств, которые всегда с тобой
Только ленивый сейчас не носит на запястье браслет фитнес-трекер или умные часы. Ажиотаж вокруг шлемов дополненной и виртуальной реальности продолжает расти.
В этом году производители так называемых носимых устройств (wearable devices), ощущая на себе пристальное внимание публики, расширяли свой ассортимент.
Стартап Magic Leap, который давно интриговал инвесторов и общественность своими секретными разработками, анонсировал VR-очки.
- Новые очки дополненной реальности Magic Leap: прорыв или нет?
- Новинки технологий на выставке потребительской электроники в Лас-Вегасе
- Возвращение "умных" очков Google: что изменилось
А компания из Кремниевой долины Willow презентовала "умный бюстгальтер" Smart Breast Pump для кормящих грудью матерей. Он позволяет сцеживать грудное молоко в любое время и в любом месте.
FREDERIC J. BROWN/AFP/GETTY IMAGES
На конференции Slush17 в Хельсинки компания Oura показала новую модель своего умного кольца - трекера сна: теперь оно позволяет не только следить за качеством сна, но и отслеживать циркадные ритмы, сердечный пульс, а также - благодаря встроенному гироскопу - физическую активность.
Производители подобных устройств не забывают о том, что такие гаджеты должны выглядеть стильно. Не менее важным становится то, согласится ли потребитель постоянно иметь при себе подобное устройство и как оно будет дополнять его образ.
Некоторые разработчики делают ставку на то, чтобы девайсы выглядели шикарно: так, например, в одном из вариантов дизайна кольцо Oura включает в себя вставку из бриллиантов. Другие стремятся к тому, чтобы человек не замечал окружающие его устройства.
Уже сейчас мы пользуемся умными очками, часами, браслетами, кольцами и подвесками, но в будущем нас ожидают умная одежда и другие гаджеты, позволяющие собирать и обрабатывать информацию о нашей жизни и состоянии здоровья.
Квантовый компьютер
Если термины "нейросети" и "искусственный интеллект" уже не пугают обывателя, то квантовый компьютер пока еще кажется чем-то из области фантастики. Однако в этом направлении сейчас буквально вершится история.
Квантовый компьютер работает на основе явлений квантовой суперпозиции и квантовой запутанности. Главный его абстрактный элемент ("строительный кирпич" всех компьютерных операций) - это кубит (бит - его аналог в обычных компьютерах).
Кубит способен находиться в двух состояниях одновременно. Это позволяет значительно быстрее совершать перебор вариантов и проводить сложные вычисления.
В июле 2017 года на Четвертой международной конференции по квантовым технологиям в Москве международная команда ученых под руководством Михаила Лукина, одного из основателей Российского квантового центра и профессора из Гарвардского университета, объявила, что создала квантовый вычислитель на базе 51 кубита.
- Создан ультратонкий магнит, необходимый для квантовых компьютеров
- Samsung и LG показали в Лас-Вегасе новые супертелевизоры
До этого лидером в квантовой гонке считалась компания Google, которая работала над системой из 49 кубитов. Система из 50 кубитов считалась рубежом.
В ноябре IBM Watson представила свой 50-кубитовый процессор. Пока еще компания не запустила квантовые компьютеры в промышленное производство, но создание такого процессора - определенно поворотный этап развития компьютерных технологий.
ERIC FEFERBERG/AFP/GETTY IMAGES
Чуть раньше, в июне 2017 года ученые из Массачусетского технологического института и Вашингтонского университета в Сиэтле заявили, что им впервые удалось создать двухмерный магнит. Они доказали, что соединение под названием трийодид хрома способно сохранять магнитные свойства даже при толщине в один атом.
Это может открыть путь к новым экспериментам в области магнетизма, к созданию тончайших электронных устройств, новых форм цифровых хранилищ и квантовых компьютеров.
Создание практических квантовых компьютеров, вполне возможно, поставит под угрозу кибербезопасность, ведь такой компьютер сможет взломать любой шифр, благодаря своей огромной мощности. Однако плюсов от создания подобного компьютера тоже следует ожидать немалых: к примеру, он позволит моделировать работу мозга и сложных квантовых систем.
Совершенно точно можно сказать, что за квантовыми компьютерами - будущее не только компьютерных технологий, но и науки в целом.
Землеподобная планета
В ноябре 2017 года команда ученых Европейской южной обсерватории (ESO) объявила, что обнаружила землеподобную планету всего в 11 световых годах от Солнечной системы. Она получила обозначение Ross 128 b.
После Проксимы b это вторая по близости к нам землеподобная планета с умеренным климатом. Температура на ее поверхности должна находиться в диапазоне примерно между -60 и 20°C, сообщили ученые. Они надеются обнаружить на ней жизнь.
M. KORNMESSER/AFP/GETTY IMAGES
По словам ученых, звезда Ross 128 движется в сторону Земли, поэтому в будущем планета Ross 128 b отберет у Проксимы b первенство в списке ближайших к Земле экзопланет. Астрономам известны тысячи похожих на Землю планет, но все они расположены значительно дальше.
В феврале 2017 года НАСА объявило, что обнаружило в 40 световых годах от Солнечной системы семь новых похожих по своим размерам на Землю планет. Ученые сделали вывод, что на них теоретически может находиться вода, а на трех из них даже может быть жизнь.
- Найдена новая землеподобная планета. Всего в 11 световых годах
- НАСА о новых экзопланетах, похожих на Землю
- В США обнаружили эссе Уинстона Черчилля об инопланетянах
Тогда замглавы директората научных миссий НАСА Томас Цурбюхен заявил, что обнаружение второй Земли - это не вопрос "если", а вопрос "когда".
Интересно, что в этих поисках астрономы используют современные наработки компьютерных технологий. Например, с помощью метода машинного обучения им удалось обнаружить планету размером с Землю, названную Кеплер-80g.
Дальнейшая интеграция быстроразвивающихся технологий должна ускорить и облегчить процесс этих поисков. Возможно, в результате сбудутся прогнозы футурологов, и человечество сможет создавать колонии на других планетах.
Вне зависимости от этого с каждым годом становится все яснее, что Земля не способна поддерживать жизнь человечества в прежних темпах. Остается искать, либо способы снизить потребление и загрязнение на этой планете, либо новый дом...
- Летающая колония в атмосфере Венеры - реальность?
- Илон Маск объявил о планах по колонизации Марса
- Как Илон Маск собирается колонизировать Марс
Нехватка пресной воды: ответ витает в воздухе
В апреле 2017 года ученые из Калифорнийского университета в Беркли и Массачусетского технологического института объявили, что создали аппарат, способный собирать 2,8 л воды в день на каждый килограмм абсорбента, который в нем используется, всего при 20% влажности воздуха.
MIGUEL RIOPA/AFP/GETTY IMAGES
Это означает, что подобным устройством можно пользоваться даже в пустыне. Аппарат впитывает влагу ночью, а днем с помощью солнечного света высвобождает ее в виде пара, который конденсируется в жидкость.
- Энергия из воздуха, виски, фекалий и другие удивительные проекты
- Города будущего: как улучшить качество воздуха?
По данным, опубликованным на сайте ООН, 40% человечества страдает от дефицита воды, и эта цифра с каждым годом только растет. При этом в земной атмосфере находится единовременно 13 трлн литров влаги, что равноценно 10% объема пресной воды во всех реках и озерах планеты.
Ученые давно пытаются придумать, как добывать из воздуха воду, однако изобретенные ранее способы были слишком энергозатратны и требовали более высокого уровня влаги в воздухе.
В этом же году американский стартап Zero Mass Water запустил продажи так называемой "гидропанели", работающей от энергии солнца. По словам компании, их устройство способно добывать из воздуха до 10 литров жидкости в день.
Кроме того, Zero Mass Water также насыщают получившуюся питьевую воду кальцием и магнием.
