В рамках подведения итогов года и анализа перспектив на будущее, издание Scientific American совместно с Всемирным экономическим форумом привлекло ведущих мировых экспертов. Их задача — выделить наиболее значимые технологические разработки 2019 года, обладающие колоссальным потенциалом для трансформации общества, экономики и окружающей среды. Ключевыми критериями отбора стали социальная значимость, экономические перспективы и потенциал влияния на нашу жизнь. Все представленные технологии находятся на ранних стадиях, но уже сегодня демонстрируют огромные возможности. Далее — адаптированный перевод статьи, в котором эксперты подробно объясняют, как эти инновации могут изменить привычный мир.
Источник: Яндекс картинки
1. Экология: Биопластик нового поколения для спасения планеты
Суть: Инновационные растворители и ферменты позволят превращать древесные отходы в прочный и полностью биоразлагаемый пластик.
Автор: Хавьер Гарсия Мартинес
Современная цивилизация немыслима без пластика. По данным Всемирного экономического форума, в 2014 году было произведено 311 миллионов тонн, а к 2050 году этот объем может утроиться. При этом перерабатывается менее 15%, а основная масса загрязняет свалки или сжигается, нанося ущерб экологии.
Биоразлагаемый пластик способен стать основой для «циркулярной» экономики, где материал создается из биомассы и после использования возвращается в природу. В отличие от традиционных нефтехимических пластиков, их биоразлагаемые аналоги состоят из полимеров, которые можно формовать. Однако существующие варианты (из кукурузы, сахарного тростника или отходов жиров) часто недостаточно прочны для широкого применения.
Прорывом стало производство пластика из целлюлозы и лигнина — основных компонентов растений. Эти материалы можно получать из непищевых культур, таких как гигантский тростник, или из отходов древесины и сельского хозяйства, что решает проблему утилизации.
Источник: Яндекс картинки
Целлюлоза — самый распространенный природный полимер, а лигнин придает растениям жесткость. Особенно важен лигнин, так как его структура содержит ароматические кольца, которые могут придавать биопластику механическую прочность, сравнимую с традиционными аналогами. Современные исследования показали, что экологически чистые ионные жидкости могут эффективно отделять лигнин от древесины. Затем специально созданные ферменты, вдохновленные природными процессами, расщепляют его на полезные компоненты.
Эти научные открытия уже легли в основу работы нескольких компаний. Например, Chrysalix Technologies (Imperial College London) использует недорогие ионные жидкости для выделения целлюлозы и лигнина. Финская MetGen Oy производит генно-инженерные ферменты для переработки лигнина различного происхождения. А компания Mobius (ранее Grow Bioplastics) создает гранулы на основе лигнина для производства биоразлагаемых цветочных горшков, сельскохозяйственной мульчи и других продуктов.
Источник: Яндекс картинки
2. Робототехника: Социальные роботы — новые члены общества
Суть: Роботы-компаньоны и помощники, оснащенные продвинутым ИИ, постепенно становятся частью нашей повседневной жизни.
Авторы: Коринна Э. Латан и Джоффри Линг
Социальные роботы, предназначенные для взаимодействия с людьми, используют искусственный интеллект для обработки данных с камер и датчиков. Достижения в области ИИ позволили воплотить принципы психологии и нейробиологии в алгоритмы. Теперь роботы могут распознавать лица, эмоции, речь и жесты, поддерживать зрительный контакт, вести осмысленный диалог и адаптироваться к поведению человека, обучаясь на основе обратной связи.
В результате социальные роботы берут на себя самые разные роли. Например, человекоподобный робот Pepper (SoftBank Robotics) высотой 120 см способен распознавать эмоции и общаться через сенсорный экран. Около 15 000 таких роботов по всему миру работают в отелях, аэропортах и магазинах, помогая с регистрацией, обслуживанием и консультациями.
Новое поколение персональных помощников, таких как Temi и Loomo (Segway Robotics), сочетает функции умных колонок с мобильностью. Loomo, к примеру, может быть как компаньоном, так и трансформироваться в самокат для перевозки.
Особенно востребованы социальные роботы в сфере ухода за пожилыми людьми. Терапевтический робот PARO в виде тюленя помогает снижать стресс у пациентов с болезнью Альцгеймера. Робот Mabu (Catalia Health) напоминает пожилым пациентам о приеме лекарств, прогулках и поддерживает связь с семьей. Социальные роботы также становятся популярными игрушками. Последняя версия робота AIBO от Sony обладает улучшенным распознаванием голоса, способна учиться трюкам и развивать уникальное поведение.
Мировой рынок потребительских роботов в 2018 году оценивался в 5,6 миллиардов долларов, а к 2025 году, по прогнозам, достигнет 19 миллиардов. Ожидается, что ежегодные продажи составят около 65 миллионов устройств.
Источник: Яндекс картинки
3. Оптоэлектроника: Миниатюрные металинзы для революции в оптике
Суть: Ультратонкие и плоские металинзы могут заменить громоздкие стеклянные линзы, открывая путь к созданию компактных оптических устройств.
Автор: Альберто Москателли
В то время как электроника стремительно уменьшается, традиционные стеклянные линзы остаются громоздкими. Решением этой проблемы стали металинзы — плоские поверхности тоньше микрона, покрытые массивами наноразмерных структур (столбиков или отверстий). При взаимодействии со светом эти структуры изменяют его свойства: поляризацию, фазу, интенсивность и направление. Точное расположение нанообъектов позволяет задавать нужные характеристики выходящему свету.
Помимо миниатюризации, металинзы потенциально могут снизить стоимость оптических компонентов, так как их производство совместимо с технологиями полупроводниковой промышленности. Это открывает возможность интеграции крошечных оптических датчиков непосредственно в электронные схемы.
Однако текущие прототипы металинз имеют недостатки: они дороги в производстве и пока не могут эффективно пропускать свет для задач, требующих высокой светосилы, например, для качественной фотографии. Несмотря на это, потенциал технологии огромен. Стартап Metalenz планирует вывести первые коммерческие продукты на рынок в ближайшие несколько лет, что может привести к появлению сверхтонких камер, микроскопов и устройств виртуальной реальности.
Источник: Яндекс картинки
4. Медицина: Терапия на основе «неупорядоченных» белков против рака и Альцгеймера
Суть: Особый класс белков с изменчивой структурой открывает новые пути для создания лекарств от заболеваний, считавшихся неизлечимыми.
Автор: Элизабет О’Дей
Ученые давно идентифицировали особый класс белков, связанных с тяжелыми заболеваниями, от рака до нейродегенеративных расстройств. Эти «внутренне неупорядоченные белки» (IDP) лишены жесткой структуры и постоянно меняют свою форму, что долгое время делало их «неуловимыми» мишенями для лекарств. Большинство существующих препаратов требуют стабильной структуры белка для взаимодействия.
Прорыв произошел в 2017 году, когда исследователи показали, что можно воздействовать на эти «нечеткие» мишени. Они обнаружили, что уже одобренный препарат трифлуоперазин способен связываться и ингибировать белок NUPR1, участвующий в развитии рака поджелудочной железы. Также были найдены молекулы, воздействующие на белок MYC (связанный с онкологией) и бета-амилоид (причастный к болезни Альцгеймера).
Важную роль IDP играют в формировании внутриклеточных структур — безмембранных органелл или «капель». Эти органеллы временно объединяют ключевые молекулы, такие как белки и РНК. Новые инструменты молекулярного редактирования, такие как Corelets и CasDrop, позволяют ученым управлять формированием этих капель, что открывает дополнительные возможности для терапии.
Фармацевтическая индустрия активно инвестирует в это направление. Компании вроде IDP Pharma, Graffinity Pharmaceuticals и Cantabio Pharmaceuticals разрабатывают терапии, нацеленные на неупорядоченные белки при миеломе, раке легких и нейродегенеративных заболеваниях. Стартап Dewpoint Therapeutics исследует сами клеточные «капли» как мишени для лекарств. Ожидается, что в ближайшие 3-5 года терапии на основе IDP могут стать новым фронтом в фармацевтике.
Источник: Яндекс картинки
5. Сельское хозяйство: «Умные» удобрения для защиты экологии
Суть: Удобрения с контролируемым высвобождением питательных веществ повысят урожайность и сократят загрязнение окружающей среды.
Автор: Джефф Карбек
Традиционные удобрения неэффективны и вредны для экологии: большая часть азота улетучивается в атмосферу, а фосфор смывается в водоемы, вызывая цветение водорослей. «Умные» удобрения решают эту проблему за счет дозированной подачи питательных веществ непосредственно растениям.
Такие удобрения представляют собой микроскопические капсулы с азотом, фосфором и другими элементами. Внешняя оболочка капсулы регулирует скорость доступа воды к содержимому, обеспечивая постепенное и длительное высвобождение. Новейшие разработки позволяют капсулам реагировать на изменения температуры, кислотности или влажности почвы, что делает подачу питательных веществ еще более точной.
Комбинируя разные типы капсул, производители могут создавать удобрения, адаптированные под конкретную культуру или регион. Компании Haifa Group и ICL Specialty Fertilizers уже предлагают такие решения.
Хотя технология контролируемого высвобождения значительно повышает эффективность, она не решает всех проблем. Производство аммиака и мочевины остается энергоемким и способствует выбросам парниковых газов. Перспективным направлением является использование более экологичных источников азота и добавление полезных микроорганизмов, которые помогают растениям лучше усваивать питательные вещества.
Спасибо за внимание! Если материал был полезен, оцените его. Ждем ваши комментарии и обсуждения!