Топ-10 важнейших инноваций, по мнению Билла Гейтса

Основатель корпорации Microsoft Билл Гейтс рассказал ученым о самых важных инновациях, способных повлиять на будущее человечества. Гейтс сделал подборку по просьбе журнала Technology Review, выпускаемого сотрудниками Массачуссетского технологического института. Глава Microsoft отметил существенное повышение ловкости и координации у роботов, что в итоге превратит их в полноценных домашних помощников. Также окажут персонализированную помощь и свободно разговаривающие голосовые помощники, обучающиеся по принципу нейросетей.
 

Исследователи работают над созданием нового вида туалета, который будет достаточно дёшев для развивающихся стран и сможет не только избавлять от отходов, но и утилизировать их. Билл Гейтс активно поддерживает разработки туалетов, способных перерабатывать отходы на месте, без необходимости использования большого количества воды для доставки фекалий на удаленную очистную станцию.

В 2011 г. Билл Гейтс поддержал создание конкурса на разработки в этой области. С момента запуска несколько команд представили свои опытные образцы. Все отходы обрабатываются на месте, поэтому нет необходимости в большом количестве воды, чтобы относить их в канализацию. Рассматривают также варианты с нагреванием отходов, чтобы производился богатый углеродом материал, способный удобрять почву.

Система рассчитана на десятки тысяч пользователей в день. Сейчас задача состоит в том, чтобы сделать подобные проекты более универсальными, удобными для самых разных сообществ и более массовыми.
 

Даже если мы замедлим выбросы углекислого газа, согревающий эффект парникового газа может сохраняться в течение тысяч лет. Чтобы предотвратить опасное повышение температуры, по мнению ООН, миру в этом столетии потребуется удалить из атмосферы 1 триллион тонн углекислого газа.

Канадский стартап Carbon Engineering, который был основан климатологом из Гарварда Дэвидам Кейтом в 2009 г., планирует расширить свою пилотную программу и увеличить производство синтетического топлива, используя уловленный углекислый газ в качестве ключевого ингредиента. (Билл Гейтс инвестировал в Carbon Engineering).

Расположенный в Цюрихе завод прямого захвата воздуха Climeworks будет производить метан из углекислого газа и водорода, а второй завод в Швейцарии будет продавать углекислый газ для индустрии безалкогольных напитков.

Тем не менее, если использовать его в синтетическом топливе или газировке, углекислый газ будет возвращаться обратно в атмосферу. Конечная цель — навсегда заблокировать выбросы парниковых газов. Также полученный из воздуха CO2 можно применять в углеродном волокне, полимерах или бетоне. Пока, впрочем, удаление углекислого газа из воздуха, с инженерной точки зрения, является одним из самых сложных и дорогостоящих способов борьбы с изменением климата.

Умные часы с поддержкой ЭКГ появились сравнительно недавно. Эти устройства предлагают пользователям удобство носимого устройства, при этом обладают достаточной точностью, близкой к классическим медицинским приборам.

Совместимый с Apple Watch браслет от стартапа AliveCor, способный определять мерцательную аритмию, частую причину образования тромбов и инсультов, получил разрешение FDA (Управления по контролю за продуктами и медикаментами США) в 2017 г. В прошлом году Apple выпустила собственные часы с поддержкой ЭКГ (одобрены FDA). Вскоре после этого компания Withings объявила о планах выпустить часы с функцией ЭКГ.

В современных носимых устройствах по-прежнему используется только один датчик, тогда как в реальной ЭКГ их 12. Пока что ни один из существующих носимых устройств не может обнаружить сердечный приступ, когда он наступает. Но это может вскоре измениться.

Голосовые ассистенты совершенствуются. Продвинутый синтез речи позволяют сделать взаимодействие с машинами более естественным и создать настоящих цифровых помощников. Например, технология Google Duplex может осуществлять звонки от лица человека и самостоятельно бронировать места в ресторане или салоне, имитируя разговор человека. В Китае потребители уже привыкли к AliMe Alibaba, который координирует доставку посылок по телефону и торгуется по поводу цены товаров в чате. Но всё это только начало, наметки будущего — ИИ пока работает скорее на основе статистики.

Производство мяса в лаборатории подразумевает извлечение мышечной ткани у животных и выращивание ее в биореакторах. Конечный продукт очень похож на натуральный по текстуре, ученые работают над вкусом. Ученые из Университета Маастрихта в Нидерландах, которые занимаются масштабным производством лабораторного мяса, считают, что вырастят бургер в лаборатории уже в следующем году.

Как вариант, можно делать мясо на растительной основе, как это делают Beyond Meat и Impossible Foods. Они берут белок гороха, сои, пшеницы, картофеля и растительные масла для имитации текстуры и вкуса мяса животных.

Beyond Meat построила новый завод в Калифорнии площадью 2400 кв. м и уже продала более 25 млн гамбургеров через 30 тыс. магазинов и ресторанов. В будущем бургер с таким "мясом" будет требовать в 10 раз меньше выбросов, чем обычный с настоящей говядиной.

Такое лечение побуждает естественную защиту организма уничтожать только раковые клетки, выявляя мутации, уникальные для каждой опухоли. Ученые находятся на пороге коммерциализации первой персонализированной противораковой вакцины. Если она будет работать так, как надеются, то вакцина будет запускать иммунную систему человека для выявления опухоли по уникальным мутациям — это было бы эффективное средство против многих видов рака.

Используя естественную защиту организма для избирательного уничтожения только опухолевых клеток, вакцина, в отличие от обычной химиотерапии, ограничивает повреждение здоровых клеток. Атакующие иммунные клетки также могут уничтожать отдельные раковые клетки после первоначального курса лечения.

Возможность появления таких вакцин появилась в 2008 г., спустя пять лет после завершения Human Genome Project, когда генетики опубликовали первую последовательность раковой опухолевой клетки. Дальнейшие исследования подтвердили, что все раковые клетки содержат сотни, если не тысячи специфических мутаций, большинство из которых уникальны для каждой опухоли.

Несколькими годами спустя немецкий стартап BioNTech предоставил убедительные доказательства того, что вакцина, содержащая копии таких мутаций, может катализировать иммунную систему организма на производство Т-клеток, предназначенных для поиска, атаки и уничтожения всех раковых клеток.

В декабре 2017 г. BioNTech совместно с биотехнологическим гигантом Genentech начала масштабное тестирование вакцины у онкологических больных. Продолжающееся исследование нацелено на 10 раковых заболеваний и планирует охватить 560 пациентов по всему земному шару. Обе компании разрабатывают новые технологии производства, чтобы дешево и быстро производить тысячи индивидуальных вакцин.

Microsoft отметил существенное повышение ловкости и координации у роботов, что в итоге превратит их в полноценных домашних помощников. Также окажут персонализированную помощь и свободно разговаривающие голосовые помощники, обучающиеся по принципу нейросетей.
 

Небольшое устройство, которое можно проглотить, позволяет получать детальные изображения кишечника без наркоза даже у младенцев и детей. Расстройство пищеварения EED (Environmental enteric dysfunction) может быть одной из самых распространенных болезней, о которых мало кто слышал.

Гильермо Тирни, патолог и инженер в Массачусетской больнице общего профиля (MGH) в Бостоне, разрабатывает небольшие устройства, которые можно использовать для проверки кишечника на наличие признаков EED и даже для получения биопсии тканей. В отличие от эндоскопов, они просты в использовании.

Капсулы для глотания содержат миниатюрные микроскопы. Они прикреплены к гибкому ниточкообразному тросу, который обеспечивает питание и свет при отправке изображений на консоль в виде портфеля с монитором. Это позволяет медицинскому работнику приостановить работу капсулы в местах, представляющих интерес, и вытащить ее после завершения, что позволит ее стерилизовать и использовать повторно. Хотя это звучит немногим лучше эндоскопа, команда господина Тирни разработала методику, которая, по их словам, не вызывает дискомфорта. Капсула также может включать датчики, которые способны отображать поверхность пищеварительного тракта с разрешением до одной клетки или захватывать трехмерное изображение сечений в пару миллиметров глубиной.
 

Простой анализ крови может предсказать, есть ли риск преждевременных родов у беременной женщины. Наш генетический материал находится в основном внутри клеток. Но небольшое количество "бесклеточных" молекул ДНК и РНК, выделяемых умирающими клетками, также плавают в нашей крови. У беременных этот материал представляет собой смесь нуклеиновых кислот плода, плаценты и матери.

Свободно плавающие "бесклеточные" ДНК и РНК могут предоставить информацию, которая ранее требовала инвазивных способов захвата клеток, вроде биопсии опухоли или пункции живота беременной женщины для выполнения амниоцентеза. Теперь стало проще обнаруживать и секвенировать небольшие количества бесклеточного генетического материала в крови. В последние несколько лет ученые начали разрабатывать анализы крови для рака (по обнаружению ДНК опухолевых клеток) и для предродового скрининга состояний вроде синдрома Дауна.

По словам ученых, технология, лежащая в основе анализа крови, быстрая, простая и стоит меньше $10 за измерение. Вместе с коллегами он запустил стартап Akna Dx, чтобы поставить анализ на поток.
 

Промышленные роботы все еще достаточно неуклюжи. Робот может долгое время выполнять монотонную работу, но в рамках заданных фиксированных условий. В качестве примера можно привести сборочную линию: если переместить объект всего на пару дюймов, то машина заглючит. Билл Гейтс прогнозирует, что через 3–5 лет роботы смогут научиться управлять объектами самостоятельно посредством алгоритмов самообучения. Одним из таких проектов является Dactyl, робот, который научился переворачивать игрушечный блок в своих пальцах. Нейросеть учит машину, как захватывать и успешно поворачивать блок в моделируемой среде, прежде чем манипулятор попробует справиться с задачей в реальности. Сначала ПО проводит случайные эксперименты, укрепляя связи в сети с течением времени, когда алгоритм приближается к целевому результату.
 

Новые технологии ядерных и термоядерных реакторов обещают сделать этот источник энергии более безопасным и дешевым. Среди них реакторы IV поколения, малые модульные реакторы; и, наконец, полноценные термоядерные реакторы. Небольшие модульные реакторы обычно вырабатывают десятки мегаватт энергии (для сравнения, традиционный ядерный реактор вырабатывает около 1 тыс. МВт). Такие компании, как NuScale в Орегоне, утверждают, что миниатюрные реакторы могут сэкономить деньги и снизить экологические и финансовые риски.

В области термоядерного управляемого синтеза тоже наблюдается некоторый прогресс, но ранее 2030 г. вряд ли в этой сфере что-то кардинально изменится. Многие считают, что синтез — это несбыточная мечта, но поскольку такие реакторы не могут взорваться и не создают опасных радиоактивных отходов, их появление может стать настоящим прорывом. К слову, Билл Гейтс выступает инвестором компаний TerraPower и Commonwealth Fusion Systems, занимающихся этим направлением.