Провісники майбутнього. Топ-12 інновацій, які змінюють наше життя уже зараз

7 червня 2020, 08:24
НВ Преміум
Вы также можете прочесть этот материал на русском языке

Сучасні технології дають надію на перемогу над раком, запрошують у космічні подорожі, відкривають нові математичні простори і звільняють від необхідності складати іспити з водіння.

Розробки у сфері медицини, мікробіології, генної інженерії, освоєння космосу і нових обчислювальних методів можуть принципово змінити усталене сприйняття того, в якому напрямку рухається цивілізація. І вони вже трансформують світ: завдяки реалізованим ідеям вчених майбутнє буквально вривається у нинішній день.

Відео дня

Людство сподівається на позитивні зміни та інвестує в них: сфера інновацій щорічно залучає близько $1,7 трлн, підрахували у Всесвітній організації інтелектуальної власності.

НВ за допомогою експертів визначив 12 інновацій, які змінюють наше життя уже зараз.

Полімеразна ланцюгова реакція

REUTERS / Navesh Chitrakar
Фото: REUTERS / Navesh Chitrakar

Найбільший вплив на розвиток молекулярної генетики та біотехнологій за останні роки зробила технологія циклічного копіювання ДНК — полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР). Якщо 40 років тому розшифрування і детальне вивчення одного гена могли займати п’ять років роботи і прирівнювалися до захисту дисертації, то нині ПЛР-тест виявляє присутність специфічних генів коронавірусу в організмі людини протягом доби.

У світі створено величезні бази даних розшифрованих послідовностей геномів, зокрема геноми штамів коронавірусу. І кожен житель планети має можливість у реальному часі порівнювати ці послідовності у відкритому доступі. Так, вчені впевнено можуть відрізнити нові штами від раніше описаних, «прочитати» всі зміни і пояснити причини еволюції кожного генома. «Метод ПЛР практично врятував людство від різних епідемій, до яких ми майже не були готові, — заявляє Наталія Шульга, біологиня і засновниця Українського наукового клубу. — Визначення вірусів стало величезною підмогою в їх лікуванні».

Щодня ця інновація застосовується майже в кожної біологічної лабораторії, клініці та використовується для всіх біоінженерних, більшості діагностичних і біотехнологічних робіт. Крім того, ПЛР спричинила бум у розвитку устаткування і пристроїв: за низкою оцінок, обсяг пов’язаної з нею індустрії діагностики становить понад $5,65 млрд і щороку тільки зростає.

Біонічні протези

AP
Фото: AP

Критично важливою інновацією в біомедицині експерти вважають створення біонічних протезів, які використовують високоточні технології в хірургії, біоелектронні пристрої та нові композитні матеріали.

Завдяки поєднанню досягнень із різних сфер досліджень — біології, медицини, електроніки та матеріалознавства — можна створювати протези, які не просто заміщають втрачений орган або кінцівку, а й повертають людині відчуття присутності втрати і повного контролю над протезом.

У разі використання біонічної кінцівки пацієнти відзначають відсутність фантомних болів і повне повернення функцій — завдяки всьому цьому можна навіть повноцінно займатися спортом.

Серійно подібні пристрої у 2007 році стала випускати британська компанія TouchBionics. Її продукція досить широко використовується у медицині для допомоги інвалідам, однак через невеликий попит і малу конкуренцію навіть простий біонічний протез коштує близько $25 тис. — без урахування установки і подальшої реабілітації.

Імунотерапія раку

GERARD JULIEN / AFP
Фото: GERARD JULIEN / AFP

Проблеми лікування ракових утворень пов’язані з тим, що переродження хворої клітини може відбутися у будь-якому місці у разі порушення регуляції її генома.

Такі порушення відбуваються щодня, але імунна система здатна розпізнавати і знищувати їх. Однак із часом ракові клітини можуть перемогти цей механізм, і тоді зупинити рак дуже важко.

Використання імунологічних підходів для стримування розмноження ракових клітин за останні 20 років показало хороші результати.

Це все ще дорогий метод, оскільки вимагає високоякісних лабораторій і масових стерильних імунологічних виробництв. Вартість процедури — $5−10 тис. У пацієнта беруть ракові клітини і відтворюють специфічні антитіла до них, які повертають в організм людини. Ті розпізнають хворі клітини і запускають механізм їх знищення. Метод є безболісним, нетоксичним і довгостроковим.

Редагування генів

REUTERS
Фото: REUTERS

Молекулярний «скальпель» CRISPR Cas9 — потужний інструмент редагування геномів. Основа для нього — це особливі генетичні послідовності у бактеріях, за допомогою яких можна коригувати клітини навіть вищих організмів, тобто людей. На початку 2013 року кілька груп вчених показали, що завдяки системам CRISPR можна лікувати спадкові захворювання.

Для цього потрібно виправити інформацію, збуджену мутацією. Більшість подібних хвороб викликані зміною тільки однієї «букви» ДНК, а всього в геномі людини їх 6 млрд — це тисячі книг розміром, як Війна і мир. Вчені повинні знайти «друкарську помилку» і виправити її в заданому місці, не змінивши нічого більше. Це і є завдання геномної медицини.

Аби вилікувати «неправильний» ген, потрібен точний молекулярний «скальпель», який знайде мутовану послідовність і видалить її з ДНК. Це і є CRISPR.

Завдяки йому можна лікувати «прості» генетичні захворювання: гемофілію, муковісцидоз, лейкемію. «Це повністю змінює підхід до лікування хвороб людини і співмірно з першим польотом у космос», — каже Тетяна Булигіна з Інституту мікробіології про редагування генів.

Завдяки CRISPR учені змогли видалити з людського ембріона дефект ДНК, відповідальний за хвороби серця, — унікальну процедуру провела команда дослідників зі США та Південної Кореї.

У тій частині історії з редагуванням генів, яка стосується людини, багато суперечливих етичних моментів, але видалення «інформації» про спадкові хвороби з ДНК — це прорив, важливий для всього людства. Потенційно така технологія дозволить «очистити» гени всіх людей від захворювань, що передаються у спадок. Крім того, технологія CRISPR уже перевернула американський аграрний сектор, дозволяючи створювати насіння, рослини з яких вкрай стійкі до будь-якої негоди і дають хорошу врожайність.

Вирощування і пересадка нових органів

Depositphotos
Фото: Depositphotos

У новонароджених дітей відносно часто (один випадок на 6−12 тис.) зустрічається мікротія — недорозвинення вушної раковини, яке може викликати сильне погіршення слуху. Крім того, іноді слуховий прохід повністю закритий, що викликає ще більші проблеми.

Дослідникам із Шанхайського університету Джао Тонг вдалося під час експерименту успішно пересадити п’ятьом дітям вуха, які виростили з їх власних хрящових клітин.

Методика містить сканування здорового вуха і розробку його дзеркальної моделі. Потім створюється форма, заповнена особливим біоматеріалом і всіяна крихітними отворами. З тканини недорозвиненої вушної раковини виділяються клітини, які поміщають у пори отриманої форми. Під час росту хрящової тканини матеріал усередині форми руйнується, а за 12 тижнів клітини утворюють повноцінну вушну раковину, яка замінює недорозвинену. Прооперовані діти протягом п’яти років регулярно проходитимуть огляди у медиків для підтвердження, що нове лікування дійсно ефективне.

Вивчення флори кишечника

Depositphotos
Фото: Depositphotos

Проєкт MetaHIT отримує фінансування від Європейської комісії та об'єднує 15 інститутів із восьми країн, що займаються «переписом населення» кишечника людини — середовища існування багатьох бактерій.

Їх видове різноманіття вчені намагаються вивчити, використовуючи методи генетичного аналізу. Від 70% до 80% бактерій, що населяють кишківник людини, не піддаються культивуванню і розмноженню в лабораторних умовах, тому проєкт MetaHIT вивчає їх спадковий матеріал. Основна мета проєкту — налагодити зв’язки між генами мікробіоти кишечника людини, людським здоров’ям і хворобою. Вчені зосереджені на двох розладах, що мають все більше значення в Європі: запальних захворюваннях кишківника й ожиріння.

Дослідники розшифровують нуклеотидні послідовності молекул ДНК. Йдеться про безліч одноклітинних організмів, а це сотні видів бактерій і мільйони генів. Адже мікроби людського кишечника — це до 10 трильйонів клітин загальною вагою 2 кг, що перевищує масу нашого мозку.

Виявлення зв’язку між бактеріальними генами і людськими хворобами допоможе розробити нові діагностичні та прогностичні інструменти для профілактичної і персоналізованої медицини.

Штучна їжа

AP
Фото: AP

Справжній прорив у food tech — активно розвивається індустрією харчових технологій — стався в американської компанії Beyond Meat: їй вдалося зробити м’ясо на рослинній основі, яке за смаковими ознаками не відрізняється від справжнього. Продукти Beyond Meat розійшлися усім світом, а компанія вийшла на Нью-Йоркську фондову біржу, здійснивши там справжній фурор.

Зараз рослинне м’ясо вже можна знайти на прилавках українських магазинів і в ресторанах.

Тепер з’явилися безліч невеликих стартапів, які продовжують шукати власні способи перетворення рослинних компонентів у продукт, що не відрізняється від м’яса. Так, швейцарська компанія Planted розробила штучну курятину і вже почала продавати її ресторанам. Особливо зацікавлені в цій технології жителі Азії, адже населення цього регіону стрімко зростає. А малайський стартап Phuture Foods має намір нагодувати всю Азію «свининою» з грибів, бобів і пшениці.

Інші компанії збираються вирощувати у пробірці рибу і морепродукти, відтворювати фактуру яких простіше. Технологія може стати заміною традиційному рибальству, яке стикається з наслідками перелову риби і кліматичних змін. Не забули й про вегетаріанців — компанія Good Catch уже запропонувала покупцям аналог тунця з бобових і водоростей.

І зовсім фантастичною виглядає розробка компанії Air Protein, яка пропонує незвичайний спосіб виробництва м’яса з пробірки. Вона має намір видобувати білки м’яса буквально з повітря — точніше, з вуглекислого газу, який ловитимуть і перероблятимуть особливі мікроорганізми.

Квантовий комп’ютер

Google / Handout via REUTERS
Фото: Google / Handout via REUTERS

Ідею квантового комп’ютера запропонували кілька вчених, серед яких був Річард Фейнман. У 1980-х дослідники помітили, що квантова фізика дозволяє істотно розширити можливості такої машини. Квантовий об'єкт приймає не одне з двох станів, а обидва одночасно, і це дає можливість виконувати обчислення одразу в безлічі паралельних всесвітів. Водночас як звичайний комп’ютер використовує алгоритми, кожен з яких може бути у двох станах: 0 або 1.

Перші розробки квантових комп’ютерів припали на початок 2000-х. Однак так і не вдалось вирішити найважливіше завдання — галузь не могла запропонувати таку конструкцію кубіта [квантовий розряд, або найменший елемент для зберігання інформації на квантовому комп’ютері], щоб його квантовий стан не руйнувався випадковими перешкодами під час обчислення. Лише у 2019 році стійкість кубітів підвищили настільки, що Google оголосив про досягнення «квантової переваги», — це поняття визначає межу, за якою квантовий комп’ютер вирішує завдання значно швидше класичного комп’ютера.

За заявою Google, на тестоване ними завдання у простого ПК пішло б 10 тис. років. І хоча IBM оскаржила це твердження, сказавши, що на таке рішення класичний комп’ютер витратить лише 2,5 дня, прорив зафіксували.

Квантові комп’ютери принципово змінять підхід до обчислень і допоможуть розвивати повноцінний штучний інтелект.

Самокерований автомобіль

REUTERS / Elijah Nouvelage / File Photo
Фото: REUTERS / Elijah Nouvelage / File Photo

Автопілот — не новина, адже ця технологія давно апробована в авіаіндустрії. Проте зараз виробники розробляють нові методи управління наземною машиною без втручання людини. Й автопілот вийшов на четвертий рівень, що означає практично повністю автономне водіння з невеликими обмеженнями: наприклад, забезпечений ним автомобіль може їхати тільки розміченою дорогою. Технічно, за наявності гарної за якістю дороги, розмітки, знаків, GPS-трекінгу і високодеталізованих карт він здатний повністю замінити водія.

Коронавірус прискорив впровадження автопілотів для вантажного та громадського транспорту, який зможе пересуватися регламентованими маршрутами і виділеними трасами. Найімовірніше, незабаром на автобанах буде смуга для машин, керованих автопілотом.

Наступний — п’ятий — рівень зробить реальністю повністю автоматичне керування. Так, компанія Nissan працює над технологіями управління машиною за допомогою уявних команд. Окрему програму розробки самокерованих автомобілів має компанія Alphabet [материнський холдинг Google], а в Tesla заявляють, що її електрокари з автопілотом скоро надійдуть у продаж і стануть основним продуктом компанії.

Новий Габбл

NASA Space Telescope
Фото: NASA Space Telescope

Наступного року команда інженерів NASA і компанії Northrop Grumman планує запустити у космос інноваційний телескоп Джеймса Вебба (JWST). Завдяки йому з’явиться можливість виявити світло перших зірок і галактик, сформованих після Великого вибуху, а також вивчити формування і розвиток зірок, планетних систем і походження життя.

Апарат має з’ясувати, як виглядали галактики в тимчасовому періоді, від 400 тис. років після Великого вибуху до 400 млн років після Великого вибуху. «Очікується, що новий телескоп змінить наше уявлення про природу Всесвіту», — говорить Дар’я Доброчеєва, науковиця Головної астрономічної обсерваторії НАН України.

Телескоп зможе виявити відносно холодні екзопланети (на них можливе життя) з температурою поверхні, що практично дорівнює земній. У зону його детального спостереження потрапить понад двадцять найближчих до Сонця зірок.

А інфрачервоні інструменти JWST використовують для вивчення водних світів Європи (супутник Юпітера) й Енцелада (супутник Сатурна) — там стануть шукати метан, метанол, етан, тобто ознаки існування умов для розвитку різних форм органічного життя.

Корабель для підкорення Марсу

NASA / Bill Ingalls / Handout via REUTERS
Фото: NASA / Bill Ingalls / Handout via REUTERS

Друге десятиліття XXI століття, схоже, ознаменується підкоренням планет Сонячної системи. Хоча на головне питання — чи є життя на Марсі? — поки відповісти не вдалося: зараз вчені досліджують цю планету дистанційно.

Але незабаром земляни зможуть зайнятися своїми дослідженнями на місці завдяки місії Ілона Маска, що має намір послати на Червону планету пілотований космічний корабель. Зараз цей апарат — Starship — проходить тести. Його розробка стартувала у 2010 році, коли команда Маска представила перші проєкти ракет-носіїв великої вантажопідйомності Falcon. Через два роки створили проєкт двигуна Raptor, призначений для Starship, а в 2014-му пройшли його перші випробування.

Свій корабель Маск збирається відправити на Марс у 2022 році з вантажем, а у 2024-му — вже з екіпажем.

Експерти припускають, що незабаром між Землею, Місяцем і Марсом курсуватиме цілий космічний флот, а шлях на Червону планету займе не більше 150 діб. Президент США Дональд Трамп уже заявив про створення космічних збройних сил, які будуть відстоювати інтереси його країни в космосі.

Чарівний графен

Reuters
Фото: Reuters

Двомірний графен — матеріал із графітової плівки товщиною всього лише як один шар атомів вуглецю — відкрили у 2004 році. Але тільки останніми роками вчені почали творити завдяки йому справжні чудеса.

Італійські дослідники з Університету Тренто та їх колеги з Центру з розробки з використанням графена Кембриджського університету змогли «нагодувати» графеном павуків, після чого ті стали виробляти павутину в кілька разів міцнішу за звичайну. Подібним чином діяли і китайські дослідники: нагодувавши графеном шовкопряд, вони отримали міцну шовкову нитку, яка проводить електрику. Завдяки їй можна буквально впроваджувати в одяг електроніку — навушники, телефони тощо.

Графену пророкують велике майбутнє: з нього почнуть робити суперміцні матеріали і використовуватимуть у розумних контактних лінзах, настінних покриттях, біосенсорах і нейроінтерфейсах. А виробники взуття і спортивних товарів зможуть випускати шкарпетки й устілки, що розпізнають силу тиску в тій чи іншій частині підошви завдяки графену.

Обсяг ринку графенових технологій, за прогнозами, виросте за кілька років усоте.

Хто допомагав НВ у складанні рейтингу інновацій: Тетяна Булигіна, науковиця Інституту мікробіології та вірусології ім. академіка Заболотного НАН України; Дарина Доброчеєва, науковиця Головної астрономічної обсерваторії НАН України; Яна Ібрагімова, засновниця CAPS Business School; Олена Лівінська, біологиня; Алекс Ліссітса, президент асоціації Український клуб аграрного бізнесу; Євген Найштетік, засновник Lorton Investments, інвестиційної компанії у сфері медичних і біологічних стартапів; Олександр Снідалов, віцепрезидент софтверної компанії Ciklum; Сергій Шарапов, завідувач лабораторією Інституту теоретичних досліджень ім. Боголюбова НАН України; Наталія Шульга, засновниця Українського наукового клубу; Рауль Чілачава, журналіст і ведучий проекту Дві кінські сили.

Читайте цей матеріал у свіжому номері журналу НВ № 21 від 5 червня 2020 року.

poster
Підписатись на щоденну email-розсилку
матеріалів розділу Техно
Розсилка про те як технології змінють світ
Щопонеділка

Приєднуйтесь до нас у соцмережах Facebook, Telegram та Instagram.

Показати ще новини
Радіо НВ
X