Опубликован список самых многообещающих технологий года
Опубликован список самых многообещающих технологий года. Некоторые из них уже применяются, другие - находятся на стадии успешных экспериментов. О новинках пишет журнал MIT Technology Review
Отказ от паролей
Взломы и утечки персональных данных стали настоящей эпидемией в киберпространстве. В этих условиях полагаться на обычный пароль становится все более опасно.
Компании все активнее переходят на биометрические способы идентификации. Система распознавания лиц Apple стала одной из первых, внедренных в массовом порядке. В марте 2021 года Microsoft объявила, что некоторые из ее клиентов могут полностью отказаться от паролей, а в сентябре предложила пользователям вообще удалить эту опцию.
Вариантов уникальной подписи, которые используются или находятся в разработке, уже около десятка. Помимо лица это радужка глаза, голос, отпечаток пальца или ладони, рисунок вен или даже ДНК. Но и здесь не все идеально. Такой пароль нельзя передать другому. Уже сейчас существуют программы, способные достоверно имитировать голос или черты лица. Злоумышленники могут переключиться с охоты за паролями на прямой шантаж человека - обладателя нужных биометрических данных.
Осенью 2021 года Европарламент призвал запретить правоохранителям использовать системы распознавания лица в общественных местах.
Машинное определение структуры белков
Почти все процессы в нашем теле идут с участием белков. А то, что делает тот или иной белок, определяется в том числе его трехмерной формой. Белок состоит из ленты аминокислот, которая сворачивается в сложный узел. Неправильно свернутый белок может запустить в организме патологические процессы, например болезнь Крейтцфельдта - Якоба.
Понимая, как работает тот или иной белок, ученые могут разрабатывать точно нацеленные лекарства и изучать действие болезней. Раньше определение трехмерной структуры и, следовательно, функции белка занимало месяцы кропотливой работы в лаборатории.
Все изменилось в конце 2020 года, когда компания DeepMind представила AlphaFold2. Это программное обеспечение на основе искусственного интеллекта, способное предсказывать форму белков с точностью до атома.
Научные группы по всему миру начали использовать AlphaFold2 для исследований рака, устойчивости к антибиотикам и COVID-19. DeepMind также создала общедоступную базу данных, которая заполняется белковыми структурами, предсказанными программой. Сейчас в ней около 800 тысяч записей, и DeepMind обещает добавить более 100 миллионов в 2022 году. Это почти каждый белок, известный науке.
Мониторинг новых вариантов SARS-CoV-2
Геном SARS-CoV-2 уже стал самым изученным из всех организмов в истории, оставив позади грипп, ВИЧ или даже наш собственный человеческий геном. На протяжении последних двух лет примерно 2 процента всех положительных мазков на COVID-19 уходил в машины для секвенирования генов. Цель: создать полную карту генома вируса SARS-CoV-2 – около 30 тысяч нуклеотидов, и посмотреть, как он меняется.
Главные вопросы сейчас – как именно SARS-CoV-2 будет эволюционировать и где ждать появления новых вариантов. Но, так или иначе, благодаря распространению секвенирования и обмену данными человечество подготовлено к новым атакам гораздо лучше, чем в начале пандемии.
Экономный майнинг криптовалют
Криптовалюты работают на блокчейне - системе записи и распространения цифровой информации, которая позволяет обмениваться данными анонимно и без посредников. В этом ее преимущество перед традиционными валютами. Но есть загвоздка: криптовалюты не выпускает банк, они появляются в результате вычислительной работы компьютеров. Это очень энергозатратно.
Один из способов оптимизации энергопотребления блокчейн-инфраструктуры предложил программист Виталик Бутерин, создатель сети Ethereum. Он считает, что можно отказаться от доказательства выполнения работы в пользу доказательства доли владения (proof of stake). В этом случае майнерам не нужно соперничать, тратя большие средства на энергию и вычислительное оборудование. Вместо этого в зависимости от единиц криптовалюты на их счету они могут участвовать в лотерее. Победители получают право проверять набор транзакций (и таким образом зарабатывать больше криптовалюты).
Новые батареи для возобновляемой энергии
Страны мира начинают все больше зависеть от солнечной и ветровой энергии, а не от ископаемого топлива. Однако поступления этой энергии неравномерны.
Одно из перспективных решений - проточные аккумуляторы на основе железных электролитов. Они мало похожи на батареи в привычном нам смысле. Это гигантские сооружения, которые приводятся в действие мощными насосами. Жидкий электролит пропускают через ядро, состоящее из положительного и отрицательного электродов, разделенных мембраной. Когда солнечные панели или ветрогенераторы вырабатывают электричество, насосы прокачивают отработанный электролит через электроды, из-за чего он заряжается и возвращается в емкость, где хранится.
В отличие от распространенных сегодня литий-ионных аккумуляторов проточные аккумуляторы используют более дешевые, доступные и нетоксичные материалы: железо, соль и воду. Еще одно отличие: в то время как производители литий-ионных аккумуляторов стремятся сделать их достаточно маленькими, чтобы втиснуть их в постоянно уменьшающиеся смартфоны и ноутбуки, каждая версия железной батареи больше предыдущей.
Но ключевое нововведение не в размере батареи, а в емкости. Проточные батареи позволяют коммунальным предприятиям накапливать гораздо больше энергии, чем это возможно с литий-ионными батареями. Один аккумулятор, построенный компанией Energy Storage Systems, имеет достаточную емкость, чтобы питать около 34 домов в США в течение 12 часов.
Лекарства от COVID-19
На разработку, синтез и тестирование новых противовирусных препаратов ушло больше времени, чем на вакцины против COVID-19. Но такой препарат все же удалось создать. Таблетка от Pfizer под названием "Нирматрелвир" ("Паксловид") снижает вероятность госпитализации на 89 процентов. Американский медицинский регулятор FDA одобрил препарат в декабре 2021 года, а правительство США заказало его на сумму 10 миллиардов долларов.
Препарат захватывает и блокирует вирусный белок, называемый протеазой. Этот белок необходим для самокопирования коронавируса SARS-CoV-2. Без него вирус не сможет размножаться. Подобные ферменты существуют и в других коронавирусах. Это означает, что препарат также может быть готовой защитой от новых, сильно мутировавших вариантов.
У препарата есть и ограничения. Так, для нужного эффекта его нужно принимать в первые дни заражения - когда человек еще может не знать о том, что у него вирус. Но даже это может предотвратить множество госпитализаций и смертей.
Вакцина против малярии
Малярийный паразит - давняя головная боль всех инфекционистов. Он умеет находить бесчисленное множество способов уклоняться от иммунитета и процветать в организме человека. Малярия убивает более 600 тысяч человек в год, большинство из которых - дети в возрасте до пяти лет.
Но в октябре прошлого года, после многих бесплодных попыток, Всемирная организация здравоохранения наконец одобрила первую в мире вакцину для борьбы с болезнью.
Вакцина GlaxoSmithKline, известная как RTS или Mosquirix, дает защиту около 50 процентов против тяжелой формы в течение года. Для детей в возрасте от пяти до 17 месяцев требуется три дозы, а четвертая доза – через 12–15 месяцев после этого. Сейчас прививку получили более чем 800 тысяч детей в Кении, Малави и Гане.
Синтетические данные для искусственного интеллекта
Синтетические наборы данных - это сгенерированные компьютером выборки, которые обладают теми же статистическими свойствами, что и реальные. По сути, подделки. Например, на сайте This Person Does Not Exists можно в один клик получить реалистичное изображение лица, которое никому не принадлежит.
Для систем машинного обучения персональные данные - единственное и ценнейшее топливо. Они учатся распознавать лица, улицы городов, технику или следы опухоли на рентгеновских снимках, обрабатывая терабайты фотографий и других материалов. Но реальные данные людей достать непросто из-за жестких требований конфиденциальности. Выход - использовать данные, похожие на настоящие.
Беспилотные автомобили и раньше обучались на смоделированных в программе улицах. Однако за последний год технология стала более доступной. Множество предприятий и институтов начали предлагать такие услуги. Например, Datagen и Synthesis AI предоставляют сгенерированные лица. Другие - данные записей для банковского дела и страхования. Проект Synthetic Data Vault, запущенный в 2021 году лабораторией Data to AI Lab Массачусетского технологического института, представил инструменты с открытым исходным кодом - их может использовать любой.
Ввод в строй термоядерных реакторов
Создать "искусственное Солнце" было мечтой физиков на протяжении десятилетий. При температурах значительно выше 100 миллионов градусов, как на Солнце, атомные ядра сталкиваются друг с другом, высвобождая при этом огромное количество энергии. Если научиться производить эти реакции контролируемым и устойчивым образом здесь, на Земле, это может стать важным источником дешевого, всегда включенного, безуглеродного электричества с использованием почти неограниченных источников топлива.
Сейчас этого пытаются добиться с помощью гигантских магнитов. Магнитное поле удерживает раскаленный газ из ионов и электронов, называемый плазмой, внутри реакторов в форме пончика (тора). Чем мощнее магниты, тем больше термоядерных реакций можно произвести в меньшей и более дешевой установке.
Главная проблема - как достичь нужной мощности и обойтись без утечек тепла. Несмотря на десятилетия исследований и миллиардные инвестиции, никто еще не построил термоядерную установку, способную производить больше энергии, чем она потребляет. Однако поиски сегодня ведут уже десятки организаций по всему миру. И в последнее время у них наметился прогресс.
Исследователям из Commonwealth Fusion Systems удалось достичь индукции магнитного поля выше 20 тесла, используя десятитонный D-образный магнит. Это рекордная величина для такого гигантского магнита. Основатели компании говорят, что этот результат позволил решить серьезную инженерную задачу, необходимую для разработки компактного и недорогого термоядерного реактора.
Сейчас компания строит завод для массового производства магнитов и закладывает основу для прототипа реактора. Если все пойдет по плану, Commonwealth планирует начать поставки термоядерной энергии в электросеть к началу 2030-х годов.
Системы удаления углекислого газа из атмосферы
Концентрация CO2 в атмосфере уже давно волнует не только климатологов, но и крупные компании и государства. Углекислый газ создает парниковый эффект и приводит к изменению климата, которое может стать необратимым уже через 10-20 лет. Больше всего сил сейчас направлено на сокращение выбросов, но существуют и технологии улавливания CO2.
В 2021 году в Исландии начал работать крупнейший в мире завод по утилизации атмосферного CO2 от компании Climeworks. Фабрика под названием "Орка" должна высасывать из атмосферы до 4 тысяч тонн углекислого газа ежегодно. Это равноценно выхлопам примерно 790 автомобилей за один год.
Специальные контейнеры с мощными вентиляторами забирают и фильтруют воздух. Углекислый газ под давлением смешивается с водой, а затем по массивным трубам перекачивается под землю для хранения. Там он вступает в реакцию с базальтовой породой и постепенно переходит в минеральную форму. Это почти гарантированно не даст ему опять попасть в атмосферу.
