10 научных трендов, которые изменят ближайшее десятилетие

Грядущее десятилетие обещает впечатляющий набор космических миссий. Программа НАСА Artemis планирует высадку первой женщины (и третьего в истории мужчины) на Луну к 2024 году — но ее, скорее всего, перенесут на 2028 год. Предполагается, что эта программа проложит путь для будущих миссий на Марс в 2030-х годах (куда, кстати, совсем скоро отправится новый марсоход). В 2024 большие планы и у Японии — они хотят отправить зонд Martian Moon eXplorer (MMX) к двум спутникам Марса, Фобосу и Деймосу. MMX приземлится на Фобосе, гравитационное притяжение которого в 1800 раз слабее, чем у Земли, чтобы собрать образцы почвы и доставить их на Землю в 2029 году. Зонд заодно высадит на красной планете марсоход и «навестит» Деймос, прежде чем вернется к нам.

«Дороги? Там, куда мы отправляемся, дороги не нужны!» — говорил Док Браун из фильма «Назад в будущее», эффектно взлетая на DeLorean DMC-12. Кто бы мог подумать, что летающие автомобили так скоро перестанут быть стереотипом из научной фантастики. Большинство летательных аппаратов, разрабатываемых в настоящее время, напоминают большие беспилотники-вертолеты с электрическим приводом. Управление, в основном, автоматизировано, поэтому водителю не потребуется лицензия пилота.

Разработчики прототипов предполагают, что летающие автомобили станут чем-то вроде машин для автопарков. Uber, например, вкладывается в разработку воздушного такси еще с 2016 года. Согласно Digital Trends, Uber рассчитывает начать коммерческое расширение уже в 2023 году. Однако, пока неясно, когда появится необходимая инфраструктура для поддержания воздушного движения. Нам с вами еще придется подождать появления ПВД — Правил Воздушного Движения.

Для нового этапа технобума нам нужен революционный прорыв в области батарей. Будущее за электричеством, а значит, достижения в области аккумуляторных технологий будут иметь решающее значение для инноваций в 2020-х годах. Следующее поколение электромобилей, солнечных панелей и смартфонов потребует «долгоиграющих» аккумуляторов, более «чистых» и эффективных еще на этапе массового производства.

В любой батарейке есть два электрода — катод и анод, они соединяются жидким электролитом, в котором ионы плавают туда-сюда. В литий-ионных аккумуляторах, которые мы используем сегодня (от ноутбуков до автомобилей Тесла), аноды, в основном, графитовые. Инженеры продолжают экспериментировать с различными материалами катодов: чаще всего используется оксид лития-кобальта — дорогой, недолговечный и, зачастую, слишком хорошо проводящий тепло. Грядущее десятилетие может быть определено поиском новых вариантов.

Научные исследования утверждают, что психоделики можно использовать для лечения различных психических заболеваний, и эти работы могут определить будущее рекреационных наркотиков. На выборах в США не только определяли, кто станет президентом — довольно много американских штатов определились с мнением о марихуане. А значит, в следующие десять лет число исследований потенциального использования психоделиков может резко возрасти.

В 2019 году на базе Университета Джона Хопкинса открылся «Центр изучения психоделиков и сознания», чтобы найти новые методы лечения зависимости, посттравматического стрессового расстройства, болезни Альцгеймера и многих других. До сих пор исследовался, в первую очередь, псилоцибин — химическое вещество в «волшебных грибах». Его можно применять в низких дозах в качестве терапии целого ряда состояний, включая никотиновую зависимость, лекарственно устойчивую депрессию и тревожность. Сегодня ученые изучают, сможет ли псилоцибин облегчить боль, например, на финальных стадиях рака.

Насекомые, амфибии, птицы и существа всех мастей исчезают с лица земли каждый день — в основном, из-за разрушения среды обитания, загрязнения и изменения климата. В ООН установили конец 2020-х годов в качестве крайнего срока для принятия серьезных мер по спасению исчезающих видов. Необходимы общие усилия по защите среды обитания, сокращению выбросов углекислоты, устранению пластиковых отходов и ограничению использования пестицидов.

Ученые творчески подходят к изучению и защите видов, получая помощь от технологических гигантов — таких как Google. Используя устройства слежения и фотоловушки, исследователи могут собирать огромный массив данных для организации природоохранных мероприятий. Предполагается, что в сортировке и анализе изображений помогут нейросети и искусственный интеллект. Есть и стартапы (такие как Conservation X), которые занимаются разработкой портативных сканеров ДНК. Они помогут бороться с браконьерами, на месте распознавая в их добыче незаконные материалы — например, рог носорога или чешую панголина.

По некоторым оценкам, в ближайшие 35 лет планете потребуется производить больше продуктов питания, чем когда-либо в истории человечества, что, несомненно, приведет к проблеме с сельскохозяйственными ресурсами. Хотя генетически модифицированные культуры существуют в той или иной форме на протяжении тысячелетий, искусственно созданные растения должны произвести фурор в следующем десятилетии. Базовые продукты питания, такие как золотой рис (вариант белого риса, обогащенный витамином А), могут стать привычными уже в середине 2030-х годов. Также сейчас разрабатывают термостойкие культуры, что очень важно в условиях глобального потепления.

У биотехнологических решений есть свои критики. По данным National Geographic, генетически модифицированные растения, в теории, могут передавать гены другим организмам в своих экосистемах. Скептики также отмечают их относительную непрактичность: к тому времени, когда ГМО станут доступны всем, кто в них нуждается, помогать будет уже поздно. Вместо этого эксперты рекомендуют вкладывать ресурсы в разработку более устойчивых методов ведения сельского хозяйства и в перераспределение ресурсов. С точки зрения калорий, планета уже производит достаточно еды, чтобы прокормить всех, и это, по мнению Verge, нельзя исправить, сосредоточившись только на производстве. Исследователи уделяют много внимания технологиям, сводящим пищевые отходы к минимуму. Они также стремятся снизить зависимость мира от продуктов, которые оставляют значительный углеродный след — таких как мясо и молочные продукты.

В предыдущие десять лет мы занимались сбором данных, в следующие — будем применять их практике. И, заодно, разбираться с растущей кучей юридических, этических и социальных последствий. Мы живем в разгар цифровой революции. Компьютеры теперь могут побеждать людей в играх, прогнозировать погоду и даже диагностировать болезни лучше, чем некоторые врачи. Трудно предположить, где искусственный интеллект «рванет» в следующий раз, но несколько компаний уже анонсировали ряд ключевых направлений. Google в начале 2020 года заявил о разработке технологии диагностики рака груди и, потенциально, других заболеваний. Несколько компаний работают над распознаванием лиц (что потенциально уничтожает приватность и конфиденциальность нашей жизни).

Многие из этих достижений стали возможными благодаря нейронным сетям — одной из форм машинного обучения, смоделированной на основе работы человеческого мозга. Сегодня сети превосходно научились выделять скрытые закономерности из массивных объемов данных, таких как медицинские записи или фотографии. Все более «сознательные» алгоритмы ставят перед нами сложные вопросы о правах личности, границах и о том, чем нам придется пожертвовать.

За последние 70 лет люди произвели более 8 миллиардов тонн пластика, большая часть которого существует до сих пор — нанося ущерб окружающей среде и причиняя вред здоровью человека. Чтобы выйти за узкие рамки повторного использования и переработки, исследователи обращаются к альтернативным технологиям, а политики разрабатывают новые законы. Одни ученые исследуют заменители пластика на основе льняного волокна, грибов и панцирей креветок. Другие пытаются модифицировать существующие пластмассовые составы, чтобы сделать их по-настоящему разлагаемыми. Сама технология переработки остро нуждается в модернизации: по данным журнала Economist, перерабатывается только около 9% пластика в мире. Одной из серьезных проблем является загрязнение, из-за которого около 25% материалов, которые мы пытаемся переработать, отправляются на свалку.

Инфекционные заболевания, в том числе, многие излечимые, остаются основной причиной смерти в бедных странах — как правило, из-за плохого и непостоянного доступа к ресурсам здравоохранения. Чтобы упростить диагностику и лечение, исследователи все чаще обращаются к простым в использовании устройствам, способным временно заменить клинику или врача-человека. В 2020 году мы все столкнулись с тем, какие последствия имеет для человечества всего один штамм неизученного вируса. Как предотвратить пандемию без отказа от глобализации? Ученые работают и над этим. В Калифорнийском университете в Беркли ученые разработали приложения для мобильных телефонов, которые могут обнаруживать патогены в биологических образцах. ВОЗ увеличила финансирование инициатив, направленных на расширение производства вакцин в странах, пораженных болезнями. Искусственный интеллект также работает на благо человечества — ученые использую его для прогнозирования — и сдерживания — вспышек инфекционных заболеваний, возникающих среди животных.

Из-за изменений климата, вызванных, во многом, деятельностью человека, прошлое десятилетие стало самым жарким за всю историю метеонаблюдений. Без серьезного снижения выбросов углекислоты в следующие десять лет мир, вероятно, увидит новую волну рекордных температур, что поставит под угрозу природные экосистемы и привычную жизнь человечества. Даже если вы живете в ледяном и мокром Петербурге, мировая экономика (включая нашу) может коллапсировать из-за пожаров, уничтожающих тропические леса, сжигающих Сибирь и растапливающих снежные шапки на полюсах.

Сегодня потребление угля перестало возрастать, так как мировые державы переходят на экологически чистые альтернативные источники энергии. Эксперты прогнозируют, что к 2030 году ветряная, солнечная и гидроэнергетика сместят уголь с первого места и станут основными источниками электроэнергии в мире. Но рынок чистой энергии не гарантирует сокращения выбросов углерода — особенно настолько существенного, чтобы спасти планету от катастрофического скачка температуры. Возобновляемые источники энергии по-прежнему занимают небольшой сегмент энергетики, а мировые потребности в электроэнергии только растут. Простого повторения достижений 2010-х годов недостаточно, необходимо ускорить темпы энергетических прорывов, пока еще есть время изменить ситуацию.