Будущее ближе, чем мы думаем. Кажущиеся современными изобретения через миг устареют, наше сознание безвозвратно перестраивается под давлением массы факторов. В преддверии научного фестиваля Science Bar Hopping, который организует Фонд инфраструктурных и образовательных программ (группа РОСНАНО) совместно с изданием «Бумага» и на котором можно будет узнать, что за будущее ждёт нас за поворотом, самиздат рассказывает три истории о привычных вещах, которые уже завтра станут совсем другими.
История первая. О том, почему скоро нам вообще не нужно будет двигаться
В 1928 году немецкий психиатр Ганс Бергер пытался исследовать шизофрению. Он подключал электроды к голове своего сына и давал ему различные несложные задания, например считать или расслабиться. Через некоторое время он начал замечать в электронном шуме, который улавливали его самописцы, некие характерные закономерности и ритмы. Так была получена первая в мире электроэнцефалограмма мозга (ЭЭГ). Сегодня на этой же технологии построено большинство нейроинтерфейсов — устройств, которые могут позволить человечеству воплотить давние мечты в реальность.
Нейроинтерфейс — это система, позволяющая обмениваться информацией между мозгом и электронным устройством напрямую, не используя мышцы, речь или любые другие привычные способы коммуникации. Это фактически управление силой мысли.
Сейчас нейроинтерфейсы используются в основном в медицинских целях. Главная цель — помочь парализованным людям. При этом используются те же принципы, которые заметил ещё Бергер. Скажем, если человека посадить перед мигающей матрицей, в клетках которой написаны буквы или цифры, и попросить его ждать подмигивания определённого символа, то на ЭЭГ можно будет заметить и выделить всплески в тот момент, когда человек будет узнавать «вспыхнувший» символ. Так можно сделать интерфейс, позволяющий человеку вводить буквы и печатать текст, просто фокусируя внимание на мигающей матрице.
По ЭЭГ можно распознать желание человека двинуть рукой или ногой. В начале 2010-х годов в США прошли успешные эксперименты с более сложными нейроинтерфейсами, требующими вживления электродов в саму кору головного мозга, — инвазивными интерфейсами. С помощью такого интерфейса удалось подключить парализованной пациентке роботизированную руку. Этой рукой она научилась управлять настолько хорошо, что могла даже ею себя кормить.
В не очень отдалённом будущем технологии должны выйти и на уровень обычного коммерческого использования. Более перспективными выглядят инвазивные интерфейсы, уже нет сомнений в том, что мозг в состоянии быстро адаптироваться и справиться с дополнительной парой конечностей или имплантов. Но пока процесс не полностью отточен, вряд ли кто-то захочет вставлять себе что-то в мозг в немедицинских целях.
У неинвазивных интерфейсов много ограничений, однако в ближайшее время быстро развиваться должны именно они. Такие устройства безопасны, их производство уже достаточно дёшево, и их массовое использование может начаться уже в ближайшие несколько лет. Примером можно считать уже существующий прототип гарнитуры, улавливающей сигналы мышц с гортани и преобразующей их в голосовые команды. Это очень близко к передаче мыслей без слов — разве что пока сигналы принимаются не напрямую с мозга, а всё-таки с мышц.
Обо всём этом, а также о том, как учёный за несколько недель с нейроинтерфейсом натренировался рулить радиоуправляемой машинкой, как использование нейроинтерфейсов влияет на развитие нашего мозга и когда мы сможем использовать телекинез, можно будет послушать в сентябре на лекции аспиранта биологического факультета МГУ Даниила Кирьянова.
История вторая. О том, как человечество лишает себя лекарств
Первый антибиотик — пенициллин — был открыт практически случайно в 1928 году, а с 1940-х годов началось его промышленное производство. Практически сразу, в течение пяти-десяти лет, появились штаммы микробов, абсолютно устойчивых к его действию. И с этого момента началась своеобразная «гонка вооружений» человека и микробов. Учёные пытались искать новые антибиотики, а затем химически их модифицировать — микробы через 10–15–20 лет адаптировались и становились резистентными к конкретной модификации.
Если на территориях стран бывшего Советского Союза антибиотики предпочитали применять лишь в крайних случаях, то в США и Западной Европе их всегда выписывали массово. По статистике, в этих странах около 30 % обращений к врачу с простудными заболеваниями заканчивались выдачей рецепта на антибиотики. Это позволяло быстро справиться с болезнью, но именно эта традиция привела к тому, что человечество оказалось на грани полной бесполезности антибиотиков.
Микробов на планете существует на несколько десятков порядков больше, чем людей. Кроме того, за них играет скорость смены поколений: если нам требуется на это около двадцати лет, то у кишечной палочки уходит на то же 20 минут. И в условиях массового и бесконтрольного распространения антибиотиков эволюция микробов и закрепление во всей популяции мутаций, вызывающих к ним резистентность, проходит очень быстро. Количество возможных модификаций лекарств велико, но всё-таки не бесконечно, а эволюция неумолима.
Последние десять лет все новые разработанные антибиотики стараются применять только для лечения госпитальных инфекций, клинических случаев и не пускать в открытую продажу в аптечную сеть. Это очень сильно замедляет развитие резистентности микробов, но только к новым препаратам. Сейчас на Западе уже имеются штаммы, устойчивые ко всем возможным вариантам антибиотиков. Тотальную резистентность человечества к антибиотикам прогнозировать сложно, но считается, что мы можем прийти к этому в ближайшие пятьдесят лет.
Проблему осознали в начале XXI века и начали разрабатывать альтернативные методы лечения. Одним из них стало лечение с помощью фагов. Фаги — вирусы, безразличные к человеческим клеткам и активные исключительно в отношении бактериальных клеток. Учёные подбирают необходимые фаги для лечения конкретных заболеваний и выпускают в готовых формах, их сейчас уже можно купить в аптеках. Проблема в том, что подобрать фаги под заболевание довольно сложно, и препараты появляются постепенно и далеко не сразу.
О том, почему антибиотики — это совсем не страшно, как в Европе придумали дезинфицировать помещения с помощью бактерий и как люди сами развивают в себе устойчивых микробов, расскажет сотрудник лаборатории микробной биотехнологии Илья Серёжкин.
История третья. О том, почему наше будущее состоит из карбона
Финал хоккейного турнира Олимпийских игр 2018 года. Сборная Россия играет против команды Германии. В овертайме Кирилл Капризов щелчком из круга вбрасывания приносит России первое в её истории хоккейное золото Олимпийских игр. На замедленном повторе видно, как клюшка, перед тем как коснуться шайбы, бьётся о лёд, изгибается и придаёт шайбе дополнительное ускорение. Такой бросок стал возможен только с появлением карбоновых клюшек: ещё 30–40 лет назад при попытке выполнить этот приём деревянная клюшка просто сломалась бы.
Человечество начало полноценно осваивать композитные материалы не так давно — во второй половине ХХ века. Изначально, из-за полностью ручной технологии производства, стоимость углепластика была настолько высокой, что из него могли делать разве что отдельные детали для военных самолетов и ракет. Сейчас процесс стал более управляемым, но не до конца.
Недавно российская компания «Аэрокомпозит» занималась проектированием крыла для нового пассажирского самолета МС-21. Провели компьютерное моделирование, создали крыло с расчётной нагрузкой 20 тонн. Сделав два крыла из одной партии исходных материалов и по одной технологии, выяснили, что реальная нагрузка на одном из них — 19 тонн, а на втором — 21 тонна. Одна из главных проблем композитов на сегодня — в отсутствии возможностей полноценно прогнозировать характеристики конечного продукта.
Однако и сейчас преимущества углепластика перевешивают сложности производства. Его удельная прочность в восемь раз превосходит сталь — это значит, что при одинаковой прочности изделие из композитных материалов будет весить в восемь раз меньше. Не случайно за самолётами из композитов стоят в очереди ведущие авиакомпании, а стоило «Макларену» сделать карбоновый болид «Формулы-1» — и всем остальным конструкторам пришлось немедленно перейти на него, несмотря на дороговизну: бороться с таким выигрышем в массе и скорости иначе было просто невозможно.
В России на композитные материалы пока что не существует даже ГОСТа. По оценкам учёных, на становление молодой науки потребуется около пятидесяти лет. Считается, что за это время должна сформироваться полноценная база знаний и методологий. И, к этому моменту объёмы производства композитных материалов должны вырасти настолько, чтобы из них можно было делать практически всё что угодно.
Экономика композитов обещает быть очень долговечной. Если сейчас стальные канализационные трубы необходимо менять каждые 25 лет, то срок годности труб из стеклопластика пока что только выясняют. Первые подобные заложили полвека назад — и пока что с ними ничего не случилось. Композиты не поддаются коррозии и окислению, могут выдерживать высокие температуры и арктический холод. Разве что не стоит их бить: именно поэтому стойки самолётных шасси до сих пор делаются из титана.Андрей Новиков, руководитель отдела методологии и образовательных программ МГТУ им. Н. Э. Баумана, расскажет о том, за сколько сегодня можно купить карбоновый автомобиль, как углепластиковые самолёты повлияют на стоимость авиаперевозок и в чём сложность научного изучения композитов.
Science Bar Hopping — это городской просветительский фестиваль, где лекции о том, как наука меняет мир, можно слушать, выпивая с друзьями и переходя из бара в бар. Его организатором уже второй раз выступает Фонд инфраструктурных и образовательных программ (группа РОСНАНО), а соорганизатором — медиакомпания «Бумага».
Фестиваль, который пройдёт 2 сентября, в два раза больше предыдущего: это 16 баров, 32 лекции, в том числе от учёных, занимающихся нанотехнологиями, 3 креативных кластера.
