Прогнозировать будущее пытались ещё древние философы. Сейчас же этим занимаются, с одной стороны, учёные и экономисты, с другой — и особенно активно — писатели-фантасты.
Прогнозы на ближайшее будущее очень важны как для технологических компаний, так и для правительств государств, поэтому появилась целая наука, занимающаяся прогнозированием будущего. Эта наука называется футурологией, и сейчас футуролог стал штатной единицей в крупных технологических компаниях (как, например, известный многим Рэй Курцвейл (Raymond Kurzweil), работающий в Google), а многие госструктуры заказывают отчёты у консалтинговых компаний с описанием техно- и социальных изменений на ближайшие 20—30 лет.
Для подобных предсказаний есть масса методов, большая часть которых так или иначе основана на экстраполяции имеющихся тенденций. Что же касается далёкого будущего, эта область скорее является прерогативой писателей-фантастов. Однако в последние годы стало довольно забавно наблюдать, как сбываются предсказания, сделанные в той или иной книге, или выходят на рынок гаджеты, впервые упоминавшиеся в фантастических произведениях. Эксперты и маркетологи из крупных компаний начали массово читать фантастику в надежде найти там новую идею или новый девайс для вывода на рынок.
Цель данного текста — кратко рассказать о новых технологиях, которые ожидают нас в ближайшем будущем. Текст был написан после прочтения и обсуждения с группой единомышленников в рамках проекта «Круг чтения» книги Митио Каку (яп. 加來 道雄, англ. Michio Kaku) «Физика будущего». Её автор — учёный-физик, известный популяризатор науки и футуролог. Книга представляет собой своеобразную энциклопедию достижений современных технологий и знания в разных областях с экстраполяцией и предсказаниями на ближайшее (20—30 лет), среднее (50 лет) и далёкое (100 лет) будущее. Поскольку она была издана в 2011 году, некоторые предсказания уже сбылись, а некоторые — устарели. Поэтому одна часть приведённой здесь информации взята из книги, а другая — из различных современных интернет-источников. Нужно отметить, что как автор данного текста, так и Митио Каку в процессе предсказания будущего имели право на ошибку, поэтому не все описанные здесь технологии обязательно будут реализованы.
Конец закона Мура, или Начало новой эры
Итак, Митио Каку начинает свою книгу с предсказания конца закона Мура. Наверное, многие слышали про закон Мура (эмпирическое наблюдение, изначально сделанное Гордоном Муром (Gordon Earle Moore) в 1965 году), согласно которому (в современной формулировке) количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца (по другой версии — 18 месяцев). Это значит, что производительность наших процессоров удваивается каждые два или полтора года. Увеличение мощности компьютеров связано с уменьшением размера транзисторов. По прогнозам к концу 2017 года размер транзисторов на основе кремния составит 10 нм, и это будет предел, за которым начнут проявляться квантовые эффекты.
Что может появиться взамен «традиционных» кремниевых чипов? Так называемая некремниевая электроника, включающая в себя, возможно
- транзисторы на основе органических молекул;
- транзисторы на основе 2D-кристаллов (графена, нитрида бора, дисульфидов переходных металлов);
- процессоры на основе нуклеиновых кислот (ДНК или РНК).
Помимо изменения типа транзисторов, для повышения вычислительных мощностей изменятся алгоритмы вычислений. В арсенале средств настоящего и будущего — параллельные вычисления — способ организации компьютерных вычислений, при котором программы разрабатываются как набор взаимодействующих вычислительных процессов, работающих параллельно (одновременно). Основная сложность таких вычислений — обеспечить правильную последовательность взаимодействий между различными вычислительными процессами, а также координацию ресурсов, разделяемых между процессами. В идеале принципы работы компьютера должны приблизиться к принципам работы человеческого мозга, где за счёт высокой степени параллельности процессов с помощью малых ресурсов производится очень много вычислений.
Ещё одна область, где сейчас ведутся активные разработки, это квантовые компьютеры. Применение квантовых компьютеров значительно облегчит работу с большими массивами данных, например, в области молекулярной биологии, генетики, физики, астрономии, криптографии, лингвистики, экономики.
С дальнейшим увеличением вычислительной мощности успехи в области синхронного перевода будут расти, особенно, когда в этой сфере будет задействован искусственный интеллект. Это значительно облегчит коммуникацию между людьми, но заодно испортит карьеру переводчикам, которым придётся менять специализацию.
Разговорились как-то утюг с пылесосом, или Интернет вещей
Компьютер будущего потеряет свой «традиционный» вид. Если в конце 1990-х годов при слове компьютер у нас возникали ассоциации с системным блоком, дисплеем и клавиатурой, то современный школьник наверняка представит себе ноутбук или даже планшет. В недалёком будущем это понятие станет ещё более разнообразным. Чипы, микропроцессоры, встроенные в совершенно разные предметы, и даже в человеческое тело, будут соединяться друг с другом по беспроводной связи по мере надобности. Появится так называемый Интернет вещей (Internet of Things, IoT) — сеть физических предметов («вещей»), оснащённых встроенными технологиями для взаимодействия друг с другом и с человеком. Что же касается дисплеев, то их может быть несколько, и можно будет подключаться к внешним стационарным дисплеям или проецировать изображение на различные поверхности, или даже получать трёхмерные голограммы. При этом большинство данных будут храниться в облачных хранилищах, доступных из любой точки мира.
Для развития полноценного интернета вещей беспроводные технологии должны окончательно восторжествовать над проводами. Помимо уже используемых радиоволновых диапазонов, будут освоены терагерцовый и микроволновый диапазоны. Поскольку огромное количество умных вещей нужно будет постоянно подзаряжать, с одной стороны, будут развиваться беспроводные способы передачи энергии (ряд методов уже разработан и, например, беспроводное зарядное устройство для телефона уже можно купить в магазине); а с другой стороны, устройства с низким энергопотреблением можно будет снабжать микромеханизмами (energy harvesters), аккумулирующими побочную энергию движения, вибрации, тепла тела, разности температур или Солнца. По мере развития беспроводных технологий, Земля будет окружена инфосферой, как это предсказывали некоторые фантасты.
Ищем покемонов?
Виртуальная и дополненная реальности ассоциируются пока что у большинства людей с компьютерными играми или же с фантастическими фильмами типа «Матрицы», но, между тем, это мощный обучающий ресурс, который позволит, например, по-другому готовить молодых хирургов, проводить сложные операции, или какие-то другие работы, требующие высокой точности и квалификации на расстоянии. Так, например, американское агентство DARPA имеет в своём арсенале специальную тренировочную комнату для десантников, где покрытие пола представляет собой так называемую многомерную движущуюся дорожку, а солдат в очках виртуальной реальности и дополнительном снаряжении попадает будто бы на поле боя, где отрабатывает различные навыки в разных ситуациях.
Крепче за баранку держись, шофёр!
На тему транспорта будущего написано очень много статей и высказано очень много мнений. В целом, современные журналисты и футурологи сходятся в том, что транспорт будет экологически чистым (с электродвигателем на аккумуляторах или топливных элементах) и беспилотным.
В настоящий момент почти все крупные автогиганты работают в этих двух направлениях. Долгое время развитие электромобилей сдерживалось весом, высокой ценой и низкой ёмкостью литий-ионных аккумуляторов, но сейчас наступил тот самый переломный момент, когда цена электромобиля приближается к цене автомобиля на бензиновом двигателе того же класса. Одной зарядки автомобиля Tesla Model 3, который стоит в США 35 000 долларов, будет хватать на 350 км, а за 30 минут аккумулятор будет заряжаться на 270 километров хода (на фирменных станциях Supercharger), будет также опция быстрой замены аккумулятора.
У Tesla есть ряд конкурентов, относительно полный список их можно найти здесь, в том числе существует уже несколько относительно недорогих китайских моделей. Помимо домашних зарядных устройств для электротранспорта, по всему миру активно строятся зарядные станции, что позволит владельцам нового вида машин не волноваться во время длительных путешествий.
Электромобили уже ездят по дорогам — в Норвегии число их продаж составляет около 25% от общего числа проданных машин, а к 2025 году страна планирует полностью отказаться от производства и использования в стране автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями. Данная политика выполняется за счёт больших государственных субсидий. Примеру Норвегии собираются последовать другие европейские и азиатские страны — формируя соответствующий госзаказ и предоставляя субсидии как производителям, так и покупателям. Считается, что эти меры позволят снизить количество выхлопных газов, и улучшить экологическую обстановку.
Правда, электромобили не так уж безопасны для окружающей среды, как иногда кажется, ведь электроэнергию надо откуда-то брать, а большая её часть по-прежнему получается путём сжигания газа и угля.
Автомобили на водородных топливных элементах (их уже производят, например, компании Toyota — Toyota Mirai — и BMW — BMW Hydrogen 7) также пока очень дороги, не вполне безопасны и сложны в эксплуатации: водород взрывоопасен в смеси с воздухом, кроме того — это самый летучий из всех газов, что затрудняет его сохранение в сжиженном состоянии, делает невозможной (на данном этапе развития технологии) дозаправку в пути из канистры или другого автомобиля и требует чрезвычайно сложной и дорогостоящей инфраструктуры заправочных станций.
Было бы приятно жить в большом городе без вредных выхлопов от автотранспорта. Будем надеяться, что со временем электро- и Н2-мобили преодолеют свои детские болезни и вытеснят с дорог автомобили на двигателях внутреннего сгорания.
Технологиями беспилотного вождения также занимаются практически все ведущие автопроизводители и даже IT-компании. В целом, по количеству наезженных по дорогам часов, автопилот уже стал безопаснее, чем управляемый человеком автомобиль. Но, недавние случаи аварий Tesla, в том числе со смертельным исходом, показывают, что, во-первых, система автопилота ещё не доработана до конца, а во-вторых, что на общественное мнение любая авария влияет очень негативно, несмотря на статистику.
Какие ещё тенденции нас ждут? Например, отказ от личных автомобилей в пользу аренды или покупки поездок. Своеобразное такси без таксиста, и вообще без водителя — пример гибрида личного и общественного транспорта будущего.
Митио Каку предсказывает развитие в далёком будущем автомобилей на магнитной подушке. Это, несомненно, возможно, но всё упирается в открытие сверхпроводников, работающих при комнатной температуре. Пока очень трудно предсказать, будут ли они изобретены. А вот концепция Hyperloop (высокоскоростная левитация в вакуумной трубе) не была упомянута в книге, хотя, опираясь на современные данные, можно предположить, что есть шансы уже лет через 10 увидеть такой вид транспорта, а может быть и прокатиться на нём.
Доктор, что со мной?
На тему медицины будущего можно было бы прочитать отдельную лекцию или даже написать книгу. В последнее время в области медицины и биотехнологий прогресс идёт очень быстро, и это связано во многом с применением современных компьютерных технологий в данной сфере. Большая часть разработок, о которых говорится в «Физике будущего», так или иначе уже существует в лабораториях, правда, применению некоторых технологий активно препятствует общество.
Что бы мы хотели видеть в медицине уже сегодня? Например, онлайн-консультации врачей. Не секрет, что многие из нас занимаются самолечением и идут в больницу слишком поздно, потому что нет времени или денег. В то время как первичные консультации, базовое наблюдение пациентов, назначение анализов и передачу их результатов, и ещё ряд действий можно было бы осуществлять через интернет. Это значительно упростило бы коммуникацию пациента и врача, да и жизнь граждан. Такие сервисы есть во многих клиниках мира, но пока далеко не везде.
Искусственный интеллект в медицине уже давно применяется. Например, его начали использовать при анализе раковых клеток, при создании новых лекарств, диагностике болезней и обработке больших массивов медицинской информации. В будущем можно ожидать появление рободокторов, которые по набору симптомов и результатам анализов смогут диагностировать и лечить простые и средней тяжести случаи.
Костюм супермена
Активно развиваются различные носимые устройства, фитнес-трекеры, умная одежда. Набор простейших функций, доступных сейчас — шагомер, измерение пульса, насыщенности крови кислородом, температура тела, и различные расчёты на основании этих данных и, например, веса. Можно ожидать в будущем расширение диапазона сенсоров, повышение функциональности умной одежды, а также, развития домашних анализаторов типа компактного терагерцевого или МРТ-сканера, анализатора крови или других биологических жидкостей. Например, на протяжении уже почти 30 лет, больные сахарным диабетом ждут появления неинвазивного глюкометра. Данные с носимых устройств или диагностов могут анализироваться автоматически, без участия человека и оповещать его только в том случае, если что-то сильно изменилось. Таким образом, медицинские приборы встраиваются в интернет вещей.
Какие гены будем править?
Генетическая медицина — это ещё одно направление, которое рождается прямо на глазах. Три года назад в прессе писали про Анжелину Джоли, которой после генетического теста превентивно удалили обе груди, так как у неё присутствовал ген (передающийся по наследству), вызывающий агрессивную форму рака груди. В будущем, перед зачатием ребёнка, родители будут проходить генетический скрининг и редактировать нежелательные гены ещё на стадии эмбриона. Но, таким образом легко перейти от редактирования «больных» генов к созданию «улучшенных» людей. Эта технология несёт в себе серьёзную угрозу эскалации социального неравенства — дети «по спецпроекту» будут доступны богатым людям в развитых странах, и в результате мы получим новые «высшие» и «низшие» касты. Что же касается тех, кто уже родился с плохими генами, — современная медицина уже способна исправлять их с помощью генной терапии, правда пока, к сожалению, далеко не во всех случаях. Стоит отметить также новый (находящийся на уровне клинических испытаний) метод лечения рака, когда Т-лимфоциты больного генетически модифицируют так, что они приобретают способность избирательно уничтожать клетки опухоли.
Напечатайте мне печень!
Выращивание новых органов придёт на смену пересадке донорских.
Сейчас учёные и врачи уже могут вырастить работающую щитовидную железу (у мыши), трахею, хрящи, сосуды. В России, например, этим занимается компания 3D Bioprinting Solutions, которая, используя внеклеточный матрикс, с помощью специально разработанного 3D-принтера, наполняет его стволовыми клетками. В будущем ожидается, что из стволовых клеток пациента можно будет вырастить (или напечатать) печень, сердце, почку. Но возможен и другой подход — не выращивать орган, а сделать искусственный мини-аппарат из биосовместимых материалов, который будет имплантироваться в организм. Большие надежды возлагают на сделанное таким образом искусственное сердце. Пока самый маленький вариант умещается в рюкзаке и уже спас несколько жизней.
Киборги наступают
Огромные прорывы сейчас происходят в области биопротезирования. Этому способствуют развитие 3D-печати и биосовместимых материалов. Например, можно напечатать искусственный позвонок точно по меркам пациента и имплантировать его взамен поражённого болезнью участка позвоночника. Такой хирургией занимаются и в России. Разрабатываются роботизированные протезы для тех, кто потерял конечности. Этими протезами можно управлять с помощью мышц, нервных окончаний культи и даже силой мысли (через вживлённый в мозг имплант). Новейшие протезы содержат сенсоры, подключённые к нервным окончаниям, и человек способен тактильно чувствовать через протез. Можно надеяться, что искусственная рука Люка Скайуокера из «Звёздных войн» скоро станет реальностью. Для парализованных людей разрабатываются экзоскелеты, управляемые через нейроинтерфейсы. В особенно сложных случаях (полная парализация) возможно вживление импланта в мозг, с помощью которого человек сможет управлять, например, компьютером. Киборгизация человека постепенно становится реальность, и для инвалидов это шанс начать жить по-новому.
Доставка курьером
С развитием нанотехнологий появляется много разных типов наночастиц, способных работать курьерами для адресной доставки лекарств прямо в больной орган. Этот подход позволит значительно увеличить эффективность химиотерапии опухолей или болезней мозга, снизить побочные эффекты от лекарств. Используемый совместно с ранней диагностикой рака, он может позволить обходиться без операций.
Когда на пенсию?
Длина теломер (концевые участки линейной молекулы ДНК) в наших клетках определяет клеточный возраст и связана с биологическим возрастом. Недавно в Москву приезжала Лиз Перриш (Elizabeth «Liz» Parrish), женщина, которая утверждает, что в обход клинических испытаний сделала себе инъекции препарата, удлиняющего теломеры, и что за последующий год жизни такое удлинение произошло, что привело к омоложению её организма. К сожалению, в случае Лиз пока нет серьёзных доказательств того, что её жизнь удлинится, но вполне ожидаемо, что в ближайшем будущем появятся лекарства, которые позволят продлить жизнь и/или отсрочить старение. Это приведёт к ещё большему увеличению среднего возраста населения, вследствие которого может произойти изменение общественной психологии и даже замедление прогресса из-за психологической инерции. Подробно эта тема раскрыта в романах Айзека Азимова на примере сравнения космонитов, живущих более 200 лет, и людей.
Законы робототехники
Раз уж мы вспомнили про Азимова, создателя трёх законов робототехники, стоит поговорить и о роботах. Всех роботов можно условно поделить на действующих по программе (управляемых) и способных к самообучению. Действующие по заданной программе механизмы появились очень давно (например, музыкальные шкатулки и «роботы-автоматоны» — ещё в XVIII веке), далее они постепенно усложнялись и модифицировались. Сейчас можно выделить много разных категорий механизмов и роботов, которые сначала облегчили труд человека, а потом и вовсе исключили его из некоторых отраслей. Например, промышленные роботы работают на современных заводах и сборочных предприятиях и уже становятся причиной сокращения рабочих мест. Сельскохозяйственные роботы оснащены различными сенсорами, позволяющими определять температуру, влажность почвы, различными манипуляторами для целого комплекса сельхозработ. Транспортные роботы, например, роботележки, а также беспилотники — дроны, уже вовсю работают на складах крупных компаний и постепенно выходят на рынок доставки корреспонденции и товаров. Беспилотный КамАЗ (такие разработки ведутся на предприятии) — тоже транспортный робот, равно как и беспилотное маршрутное такси и умный автомобиль. Строительные роботы значительно упростили процесс возведения больших зданий и прокладку коммуникаций. Из бытовых роботов уже во многих домах можно встретить робопылесосы, или, реже, газонокосилки. В принципе, современная умная стиральная машина с множеством функций и программ (или умный холодильник) — это тоже робот. На очереди — робот-повар (например, от Moley Robotics). Идея роботов-зверей (собачка Aibo) для детей и одиноких людей также не покидает R&D-центры. Скоро в детские придёт умный плюшевый медведь, а пока дети довольствуются совёнком Furby. Умный дом — это тоже роботизированное пространство.
В больницы постепенно приходят роботы-хирурги. Самый известный и дорогой из них — хирургический комплекс Да Винчи, дистанционно управляемый человеком-хирургом, но постепенно появляются более простые и дешёвые доступные всем клиникам модели. И наконец, самое страшное применение робототехники — это военные роботы. Конечно, при сражении роботов двух воюющих сторон можно будет избежать ненужных жертв. Но, при применении на поле боя роботов против людей возникают серьёзные этические проблемы: как распознать своих и чужих, кого считать врагом, как отличить чужого солдата от чужого мирного жителя. Ну, и, наконец, неравенство сил в таком бою будет очевидным, что сделает сам бой похожим на массовое истребление.
Роботы, способные к самообучению, построены на принципиально других алгоритмах, нежели программируемые роботы. Например, марсоходы Curiosity и Opportunity, которые сейчас на Марсе — самообучаемые роботы, которые прокладывают себе путь по поверхности Марса, сами выбирая дорогу. Митио Каку сравнивал степень интеллекта такого робота с жуком, но за 5 лет это сравнение устарело, и, например, робот уже может иметь подобие личности, имитировать эмоции, создавать свой язык и даже общаться на уровне четырёхлетнего ребёнка. Две основные проблемы самообучаемых роботов — это распознавание объектов и здравый смысл. Например, домашний робот-слуга должен распознавать хозяев, бытовые предметы, и принимать ряд решений, например, по уборке дома, или как пользоваться незнакомыми предметами. Такой робот, несмотря на свою самостоятельность, должен быть абсолютно безопасен для окружающих людей. Поэтому, по мере развития самообучаемых роботов будет совершенствоваться робоэтика, чем недавно занялась компания Google. Они опубликовали свои 5 законов робототехники пока применительно к сервисным роботам, но ясно, что этот список будет дополняться.
За всё нужно платить
Технологический прогресс не только делает жизнь проще, но и бросает человечеству ряд вызовов.
С каждым годом мы потребляем всё больше энергии. Традиционная добыча её путём сжигания угля, нефти или газа должна уйти в прошлое, тем более что эти ресурсы невозобновимы. Митио Каку прогнозирует три основные возможности добычи энергии в будущем.
- Энергия возобновляемых природных ресурсов (ВИЭ), в первую очередь, солнечная. Её доля в мировой энергетике растёт с каждым годом, но пока она всё ещё обходится дороже, чем «традиционная». Решение этого вопроса упирается в эффективность существующих солнечных батарей, а также в менеджмент и политику государств. Большие надежды подаёт использование энергии ветра. Нужно отметить, что использование ВИЭ на данном этапе развития человечества вопрос уже не технологии, а культуры потребления, экономической политики, доступности самих батарей и оборудования.
- Атомные электростанции 3 и 4 поколений. Человечество, напуганное Трёхмильным островом, Чернобылем и Фукусимой, готово отказаться от атомной энергии, но пока ей нет альтернатив. Однако уже разработаны более безопасные, а главное, более компактные реакторы. Ключевой вопрос безопасности атомной энергии, так же как и с ВИЭ, упирается сейчас больше в политику и менеджмент, нежели в технологии.
- Термоядерная энергия. Не стоит ожидать её в ближайшем будущем, но за последние 10 лет в этом, казалось бы, безнадёжном деле, случилось много маленьких прорывов. Во Франции строится ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor — Международный термоядерный экспериментальный реактор), в этом проекте участвуют около 35 стран, плазму планируется удерживать с помощью магнитных полей. В США проводятся эксперименты по удержанию плазмы с помощью лазеров. Хотелось бы надеяться, что один из этих способов окажется удачным, технология будет разработана, доведена до применения и хотя бы в ближайшие 50—100 лет термоядерные электростанции всё же появятся.
Другой важный вызов человеку — ухудшение экологической обстановки. Это и глобальное потепление, вызванное ростом выбросов парниковых газов, и огромное количество мусора, и истощение почв. Для решения проблем экологии будущего потребуется не только вся научно-технологическая мощь современности, но и экологичное мышление на разных уровнях, начиная от понимания необходимости сортировки мусора и экономии воды и заканчивая совместными международными проектами, например, по очистке воздуха от СО2 или мирового океана от мусора.
Как жить дальше?
Какие выводы можно было бы сделать из данного обзора новых технологий? Какие советы дать читателю?
- Будьте открытым к переменам и не бойтесь новых технологий. В большинстве своём они полезны и могут здорово облегчить жизнь или работу. Следите за новинками в своей рабочей сфере, читайте обзоры в интернете.
- Работать всю жизнь по одной специальности, у вас, скорее всего, уже не получится. Ваше место могут занять роботы, или же просто ваша профессия исчезнет с рынка труда. Учёба в течение всей жизни и смена профессии несколько раз станут нормой. Способность учиться самостоятельно должна войти в привычку.
- При выборе профессии учитывайте прогнозы на будущее. Про них можно прочитать, например, в Атласе новых профессий. Но даже если вы специалист по созданию роботов, за пару десятков лет ваша работа может кардинально измениться, поэтому учёбу в течение жизни никто не отменял.
- Самостоятельно следите за здоровьем. С каждым годом для этого появляется всё больше возможностей и устройств. Даже самой продвинутой медицине трудно справляться с запущенными болезнями.
- Не забывайте об экологии. Начните с малого: экономьте воду и энергию, разделяйте мусор, меньше пользуйтесь полиэтиленовыми пакетами, обратите внимание на биоразлагаемые материалы.
- Задумайтесь о старости заранее. Мы не знаем, какая будет продолжительность жизни у нашего поколения, найдётся ли работа для тех, кому за 60, и что станет с пенсионной системой в мире, где люди живут долго.
- С развитием виртуального мира не забывайте о личных контактах. Пока ещё не придумано технологий, которые заменяли бы любовь и дружбу.
