13 научных направлений, которые навсегда изменят мир

Количество инновационных разработок растет в геометрической прогрессии.

Наши смартфоны мощнее, чем компьютеры, которые использовались для запуска миссии Аполлон-11 на Луну. Многие девайсы, без которых мы не можем представить современную жизнь, были немыслимы век назад.

Массачусетский технологический институт (МИТ) выпустил доклад, в котором в подробностях описал научные направления, нуждающиеся в открытиях. В докладе отмечается, что США придется инвестировать в разработки и исследования в этих сферах, чтобы идти в ногу с остальным миром. Впрочем, эта рекомендация касается не только Штатов.

Business Insider представляет список научных областей, открытия в которых могли бы принести огромные выгоды человечеству.

Эксперты предполагают, что киберпреступность представляет настолько серьезную опасность для общества, что нам нужен Манхэттенский проект для кибербезопасности.

В комитете МИТ считают, что разработка более безопасных систем вполне выполнима. Большинство нынешних уязвимостей уходит корнями к таким проблемным доменам, как системы авторизации с использованием одного пароля и компьютеры, запрограммированные перед подключением к сети.

Внедрение технических нововведений в аутентификации уже на подходе – двухфакторная и биометрическая системы авторизации становятся всё более популярными. Однако создание новых компьютерных систем требует намного больше усилий.

Самая недавняя большая новость о космосе – миссия межпланетной станции New Horizons прошла мимо Плутона и его спутников.

Теперь пришло время выяснить, что ещё есть там во Вселенной, кроме нас.

Как отмечается в докладе, мы будем следить за космосом, чтобы лучше понять темную материю и темную энергию, из которой состоит наша Вселенная, особенно когда будет запущен новый телескоп “Джеймс Уэбб”, который займет место Хаббла.

Изучение природы темной материи и энергии откроет новые тайны о том, как была сформирована наша Вселенная.

Пятьдесят лет назад казалось, что быстрый рост численности населения может привести к массовому голоду во всем мире. Но благодаря Зеленой революции, приведшей к значительному увеличению мировой сельскохозяйственной продукции, катастрофы удалось миновать.

Но сейчас нам нужна новая Зеленая революция. Мы должны и дальше наращивать объемы производства продовольствия. С развитием технологий мы могли бы производить более питательные продукты, которые обеспечивали бы организм всеми необходимыми витаминами и питательными веществами.

Для этого необходимо лучше понять генетику, молекулярную и клеточную биологию, биохимию и физиологию растений. Эксперты МИТ отмечают, что большинство нынешних научных исследований в области сельского хозяйства и растениеводства проводят в Китае.

Если мы сможем решить достаточно сложные проблемы, связанные с квантовыми вычислениями, то мы сможем “затмить сегодняшние суперкомпьютеры”, создать “невзламываемые распределенные системы”, найти новый способ для измерения интервалов времени, электроэнергии, магнитного поля и других явлений – всё с беспрецедентной точностью.

Создание квантового компьютера, который на данный момент является гипотетическим устройством, сможет совершить революцию в мире вычислительной техники. На сегодняшний день крупнейшие центры исследований квантовых вычислений находятся в Швейцарии, Канаде и Китае.

Авторы доклада МИТ полагают, что сегодня не следует пренебрегать исследованиями в социальных науках.

В докладе говорится, что экономические исследования необходимы для создания новых финансовых рынков. В прошлом это привело к созданию таких глобально доминирующих компаний, как Google и Amazon.

В то же время исследования в области психологии помогут понять, как содействовать распространению в обществе принципов здорового образа жизни и использовать больше данные в медицинской отрасли. Эти знания могут выявить новые способы, как ограничить раздувающиеся расходы на здравоохранение и поощрить общее экономическое развитие.

Катализаторы помогают ускорить химические реакции. Это чрезвычайно важно для энергетической промышленности, для изготовления пластмасс, фармацевтических препаратов, а также для производства других продуктов.

Но прямо сейчас химический состав и катализаторы, которые мы используем, довольно неэффективны, по крайней мере, по сравнению с некоторыми химическими реакциями, протекающими в природе.

Комитет МИТ выделил три природных процесса, которые мы могли бы попытаться сымитировать:

• Фотосинтез – процесс образования углеводов из углекислого газа и солнечного света. Искусственная версия этого процесса может помочь открыть новые способы, как побороть глобальный голод.

• Если бы мы умели преобразовывать воду в водород с использованием солнечного света, мы могли бы получить качественное водородное топливо.

• Если бы мы разработали способ, как преобразовать углекислый газ в топливо, мы могли бы использовать углеродные виды топлива, и постоянно перерабатывать их так, чтобы не провоцировать глобальное потепление.

Эти разработки ещё далеко за пределами наших нынешних возможностей. Но, как пишут авторы, “потенциальный выигрыш – не только для энергетики и окружающей среды, но и для всей химии – при условии, что правительства будут финансировать это исследование”.

Более умные и более мощные роботы и системы искусственного интеллекта становятся всё более и более распространенными в современном мире.

Прямо сейчас роботы испытывают проблемы перемещения с человеческой ловкостью. Они не в состоянии вовремя реагировать на динамически изменяющуюся информацию об окружающей среде. В ближайшем будущем достижения в области робототехники будут включать в себя большую гибкость и очувствительные возможности.

Вдобавок к более умным роботами, мы будем производить машины, которые смогут выполнять рутинную работу, которую люди не хотят делать.

Сырье всегда двигало инновации вперед, начиная с бронзового века, и заканчивая информационной эрой. Электронные схемы, оптоволокно, лазеры, фотоэлементы и светодиодные технологии изменили наш мир.

Разработка материалов нового поколения, например, кремниевых кристаллов, наноматериалов и многофункциональных материалов, требует серьезных инвестиций и исследований. Но может привести к существенному улучшению жизни.

Нынешняя литий-ионная технология является дорогой и воспламеняющейся – слишком опасной в некоторых случаях. По мере перехода к более экологически безопасным источникам энергии, новые типы аккумуляторов смогут питать все наши автомобили, дома и другие девайсы.

Поскольку световая передача данных намного быстрее, чем проводная (и дешевле), оптическое волокно уже давно доминирует в сфере телекоммуникаций. Теперь оптическая технология трансформирует вычисления, используя так называемые “фотоны” или “фотонные интегральные схемы”.

Эти новые типы оптических чипов позволяют вычислительным системам работать быстрее и при этом использовать меньше энергии.

Об энергии ядерного синтеза мечтают уже больше 50 лет, но до реальности ещё далеко.

Если мы сможем повторить процесс термоядерного синтеза на Солнце, мы навсегда изменим мир – и это стоит того.

В докладе говорится, что последние разработки в сверхпроводниковых материалах могут открыть быстрый путь к практической термоядерной энергии. Прямо сейчас исследования в этой области проводятся учеными в Китае и Южной Корее.

Правительства по всему миру продолжают инвестировать в, казалось бы, футуристическую военную технику. Вот несколько областей, где авторы доклада ожидают увидеть прорыв в ближайшем будущем:

• Новые виды маскировочных материалов, в том числе “разработка передовых наноструктурированных покрытий, которые изменяют принципы поглощения и отражения света”.

• Новые вещи, сделанные из графена или новых нанокристаллических сплавов, обладают очень высокой прочностью, наравне со сталью, но гораздо легче металла. Их можно использовать для лучшей защиты против ударных волн и баллистических осколков.

• Лазеры, которые могут обнаружить экологические опасности, такие как токсины и возбудители инфекций, наряду с новыми покрытиями для противогазов и снаряжения, которые могут уничтожить инфекцию.

Природа – это невероятно эффективный конструктор, который в состоянии собрать удивительно сложные системы.

Авторы доклада объясняют, что потенциал синтетической биологии заключается в том, что мы сможем “создать живые клетки, предназначенные для конкретных целей, так легко, как инженеры в настоящее время создают новые цифровые схемы”. Есть надежда, что “ученые смогут запрограммировать бактерии, растения или даже человеческие клетки, чтобы сделать их более продуктивными или вылечить болезнь”.

В настоящее время большинство экспериментов только отлаживает несколько биокирпичей, а это означает, что широкомасштабное использование синтетической биологии ещё впереди. Научные разработки в этой области помогут нам “спроектировать дрожжи или водоросли для производства продуктов питания или других биоматериалов”, восстановить органы или создать вирус, который бы выслеживал раковые клетки.