Топ-10 открытий: чем занята наука в 21 веке

Что бы не происходило, и в каком бы направлении не развивалось человечество – оно всегда двигалось вперёд. Что же направляло человека? Каков двигатель прогресса? Долго думать не приходится – человек собственными руками создал этот двигатель. Наука на протяжении истории позволяла человеку каждый раз вставать на новую ступень развития.

«Лаборатория научной журналистики» собрала научные открытия в областях искусственного интеллекта и космонавтики. Разработка системы ИИ[1] (artificial intelligence) началась ещё в 1935 году. Сейчас научный «подиум» захвачен тематикой человекоподобной машины. Первый полёт в космос был осуществлён в 1961 году. Сегодня пространство вне земной атмосферы исследуется так активно, как никогда, и искусственный интеллект – превосходное в этом подспорье.


[1] Искусственный интеллект
AR и VR

По данным Statista, рынок AR[1] и VR[2] в 2020 году оценивался в $18,8 млрд. Это в три раза больше, чем в 2016-м.

Сегодня эти технологии используют в здравоохранении — чтобы обучать хирургов или проводить операции с данными диагностики в виде голограмм и онлайн-консилиумом врачей. В начале февраля 2021 года Microsoft провела онлайн-трансляцию 12 операций, выполненных в MR — смешанной реальности. Хирурги из 13 стран смогли подключиться в режиме онлайн и видеть все данные диагностики в виде голограмм и консультировать друг друга.

В ретейле AR позволяет примерить товары, поместить мебель в интерьер перед покупкой, а также получать персонализированные предложения. К примеру, производитель игрушек Mattel (куклы Барби и др.) использует дополненную реальность для игрушечных машинок Hot Wheels. Покупатели могут направить свой смартфон на конкретную модель, чтобы поиграть с ней на любых поверхностях.

В образовании дополненная и виртуальная реальность помогают глубже вовлечь в процесс и в деталях смоделировать среду, которую изучают в классе. Технологию используют и в корпоративном обучении. Tyson Foods — международная корпорация по производству продуктов питания — применяет VR, чтобы обучать сотрудников технике безопасности на производстве. В результате производственных травм стало на 20% меньше.

Архитекторы и дизайнеры представляют проекты в масштабе 1:1 с помощью виртуальной и дополненной реальности вместо обычных 3D-рендеров. ThyssenKrupp Elevator, поставщик транспортных систем, эскалаторов и лифтов, запустил в Азии и на Ближнем Востоке и залы виртуальной реальности с демонстрацией городских транспортных решений.


[1] Augmented Reality (Дополнительная реальность)

[2] Virtual Reality (Виртуальная реальность)

В автомобильной промышленности VR позволяет инженерам экспериментировать с дизайном и конструкцией новых моделей на стадии разработки концепта. Такой подход используют, к примеру, в Hyundai.

Киберпространство

Человечество ещё в 1980-х начало перемещаться в киберпространство, оставляя физический мир. Компьютерные технологии развивались и развиваются, а виртуальная реальность приобретает всё больше схожих черт с настоящим миром. Разница между реальностью и интернет-пространством начинает размываться. Во время пандемии онлайн-мир стал заменой физическому. Киберпространство стало популярно и актуально для огромного количества людей. В связи с ростом спроса на гиперреальность, появилось больше удобств и предложений в самом интернет-пространстве.

Виртуальный блогер Lil Miquela (inst: https://instagram.com/lilmiquela?igshid=YmMyMTA2M2Y=

Виртуальный мир построен на собственной экономике, в которую каждый день вкладываются 2.5 миллиарда человек. Огромная прибыль приходиться на компьютерные игры. Между прочим, через них работа виртуального мира просматривается лучше всего. Такие игры как Fortnite, Minecraft и Roblox уже создали собственные миры, где игроки могут создавать – без преувеличений – всё что угодно. Более того, постоянно растущая популярность игрового пространства стимулирует развитие компьютерных технологий. Исследователи до сих пор не могут сойтись в одной точке зрения. Кто-то считает, что компьютерные игры – способ сбежать от реальности, кто-то полагает, что благодаря им человек может завести друзей и общаться с людьми, живущими в других странах, на других континентах. Не думаю, что стоит рассматривать киберпространство односторонне. Есть как положительные, так и отрицательные стороны. Вопрос, полагаю, состоит в том, как человек воспользуется возможностями виртуального мира.

Нейроинтерфейсы

2021 год оказался богат на медицинские изобретения: было создано много замечательных нейроинтерфейсов, которые призваны облегчить жизнь инвалидам. Одним из таких устройств стал имплантат под названием Stentrode Brain Computer Interface, который позволил парализованному человеку одной силой мысли напечатать сообщение в Твиттере. Это стало возможным благодаря тому, что нейроинтерфейс улавливает нервные импульсы человека, а компьютер с синтезатором речи превращает эти импульсы в слова.

Первое междурародное спортивное соревнование Cybathlon для спортстменов-инвалидов состоялось в 2016 году. Команды, состоящие из разработчика технологии и человека с органиченныеми возможностями (пилот) соревнуются в восьми разных дициплинах. В следующее соревнование, которое пройдет с 25 по 27 октября 2024 года уже добавлены 2-е дисциплины: гонка с использованием интеллектуальных визуальных вспомогательных технологий и гонка с использованием вспомогательных роботов. Улучшение динамического управления, повышенный функционал – вот, что потребуется от команд. Эта неопределённоть поможет участникам с большей точностью решать реальныеповседневные проблемы.

Гибридный ИИ

Технология гибридного искусственного интеллекта активно используется для оценки биомеханических параметров движения человека при реабилитации двигательных нарушений и для оптимизации профиля питания у недоношенных детей при непрерывном мониторинге уровня гликемии. Метод был разработан учёными Сибирского государственного медицинского университета (СибГМУ). ИИ позволяет управлять киберфизическими системами. Проще говоря, данная технология призвана упрощать работу системы поддержки принятия врачебных решений (СППВР). Более того, ИИ позволяет создавать СППВР в условиях небольшого количества накопленных знаний, что упрощает задачу, так как учёным не приходится тратить время на фильтрацию полезной и, наоборот, ненужной информации.

Программа AlphaFold

В 2018 году появилась программа AlphaFold, управляемая искусственным интеллектом. Разработанная дочерней компанией Google DeepMind программа обучается работе с базами данных уже экспериментально решённых структур. В 2020 году её заменила программа AlphaFold2. Данная программа используется для изучения мутаций в белковых структурах. Последняя версия AlphaFold может спроектировать форму белка от размера до внутреннего строения органического вещества.

В 2021 году альтернативная программа RoseTTAFold расшифровала структуры сотен белков, большинство из которых напрямую связаны с лекарственными препаратами.

Новый метод оценки активности гуминовых кислот

Учёные СибГМУ разработали новый метод оценки биологической активности гуминовых кислот с помощью нейросети, без использования биологических моделей и животных. Настоящим прорывом в науке можно считать моду на гуманность. Число экспериментов, в которых задействуются живые существа сокращается, однако полностью на нет не сходит.

Итак, что такое гуминовые кислоты? Это природные соединения, которые содержатся в почве, торфе и буром угле. Они используются в народной медицине и ветеринарии для лечения и профилактики многих заболеваний. Современные исследования показали, что эти вещества обладают ценными иммуномодулирующими свойствами, поэтому сегодня их популярность возросла. Однако эксперты утверждают, что не все гуминовые кислоты обладают иммуномодулирующими свойствами. Тем не менее, учёные нашли решение этой проблемы: была создана математическая модель на основе многослойного перцептрона (MLP), которая позволяет оценить иммуномодулирующую активность гуминовых веществ.

ИИ как помощник в изучении космоса экзопланеты

В марте 2009 года в космос был запущен телескоп Kepler, оснащённый алгоритмом с ИИ. Он проработал почти десятилетие. За этот период времени учёные-астрономы нашли с его помощью около 2600 экзопланет. Так, в конце 2017 года он помог обнаружить двойника Солнечной системы: планеты Kepler-80g и Kepler-90i в звёздной системе Kepler-90.

В 2018 году телескоп завершил свою миссию. Однако астрономы нашли ещё 104 экзопланеты, используя собранные им данные и информацию с телескопа Gaia.

Иллюистрация: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt, T. Pyle (IPAC), UTokyo/J. Livingston

Перед непосредственным поиском планет учёные тренировали систему с помощью данных, полученных от NASA. Они изучили 15 тысяч обработанных сигналов. В результате ИИ в 96% случаев смог определить те, которые указывают на наличие экзопланеты.

«Это как искать иголку в стоге сена», — отметил Крис Шаллу, старший инженер в Google AI, один из исследователей проекта.

Internal Ball Camera

Японское агенство аэрокосмических исследований (JAXA) создало Internal Ball Camera – дистанционно управляемый дрон, который снимает на камеру эксперименты, проводимые на борту космической станции, и отправляет их на Землю.

Все элементы Int-Ball напечатаны на 3D-принтере, передвигается он при помощи 12 пропеллеров, а ориентируется внутри МКС — по наклеенным розовым точкам-маркерам.

 JAXA’s JEM Internal Ball Camera 
Фото: https://humans-in-space.jaxa.jp/en/future/

Маленький робот (весит Int-Ball всего килограмм, диаметр — 15 см) облегчает синхронизацию работы экипажа и команды на Земле. Дрон взял на себя несколько обязанностей астронавтов и уменьшил объем их работы на 10%. Планируется, что в будущем Int-Ball сможет отслеживать запасы продуктов и чинить сломанные детали корабля.

Сейчас JAXA разрабатывает Int-Ball2. Учёные используют роботизированные технологии для повышения эффективности и безопасности космической деятельности человека путем обеспечения обратной связи с наземными технологиями.

Геологическая активность на Марсе

Возможна ли жизнь на Марсе? Пригодна ли атмосфера планеты для жизни? Когда человек сможет ступить на поверхность красного гиганта?

Учёные начали с основополагающей вещи – структуры планеты, её геологических особенностей. Какое-то время считалось, что на Марсе нет геологической активности. Однако в 2019 году стационарный зонд NASA InSight зарегистрировал на поверхности Марса первые толчки. С тех пор зонд зафиксировал 733 "марсотрясения", 35 из которых были достаточно мощными.

«Прямые сейсмические волны от землетрясения немного похожи на звук наших голосов в горах: они производят эхо, — отмечает соавтор исследования Филипп Лонйонне. — И в сигналах мы искали именно эти эхо, отраженные от ядра, или на границе коры и мантии, или даже на поверхности Марса...»

Так выглядит внутренняя структура Марса, по мнению учёных
Иллюстрация David Ducros/IPGP

Таким образом учёные выяснили, что непосредственно под зондом марсианской кора достигает 20 километров (если у неё есть два слоя) или 39 км (если этих слоёв три). Ниже коры находится мантия, которая простирается на 600 километров в глубину. Такая большая глубина мантии подтверждает гипотезу о том, что на Марсе есть лишь одна литосферная плита. Ещё глубже находится марсианское ядро. Оно абсолютно жидкое и на 200 километров крупнее, чем предполагали учёные. Исследователи считают, что ядро марса состоит из легких химических веществ (сера, кислород, углерод, водород) в силу маленькой плотности.

Вернёмся к вопросу о том, возможна ли жизнь на планете-гиганте. Учёные исследовали не только внутреннюю структуру Марса, но и внешнюю. В 2021 году на Марс слетало много космических аппаратов. Пионером года стал вертолёт Ingenuity, который взлетел над поверхностью Марса в апреле, чтобы найти на планете формы жизни.

Настоящую воду обнаружил «ЭкзоМарс», запущенный Европейским космическим агентством и Роскосмосом: аппарату удалось найти целые залежи льда в кратерах Марса. Это означает, что на планете вполне возможно развитие уникальных форм жизни, которые и должен найти Ingenuity.

Залежи льда в кратерах Марса
Фото: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_
Science/Highlights/Mars_images9

Вслед за нашим аппаратом на Марс прилетел марсоход Perseverance, который обнаружил, что знаменитые кратеры Марса возникли благодаря расплавленной вулканической магме.

Подробнее об истории исследования Марса читайте на сайте ТАСС

Космический автопилот

Это изобретение находится в разработке. Автопилот позволит

корректировать маршрут относительно орбиты и идеально приземляться.

Чтобы выбрать участок для посадки, нужно определить, насколько поверхность ровная и достаточно ли она освещена. Второе условие важно, если аппарат работает на солнечной батарее. Территория должна быть относительно гладкой и иметь доступ к свету на достаточно большом участке, если, вдруг аппарат сядет дальше от намеченной области. Самое главное: необходимо выбрать место для посадки на основе неполных и разнородных данных о планете.

Ученые уже занимаются разработкой такого ИИ. Технология основана на теории нечеткой логики. В таком случае заданные утверждения могут быть не только истинными и ложными, но еще и вероятными с большей или меньшей долей. Новая система использует информацию о рельефе, воздухе, составе почвы, а также других условиях, чтобы выбрать идеальное место для посадки марсохода.

Наш мир шагает вперёд, благодаря науке, а наша задача угнаться и справиться с этой скоростью. Наука постепенно развивает человека, преобразует его, растит новые поколения, а эти поколения в свою очередь посредством науки строят будущее. Так происходило, происходит и будет происходить. Это процесс закольцован, он повторяется каждый год, правда с одним исключением – люди как индивидуумы меняются и определяют направление, вектор науки. Наблюдение за этим процессом завораживает, потому что каждый раз составляющие пазл фрагменты предстают в другой форме, форму эту человек выбирает сам, и пазл у него – хоть и имеет постоянно квадратное обрамление – складывается каждый раз в иную, более совершенную картину мира.


Текст: Анна Эчина

Верстка: Анна Эчина

Made on
Tilda