Слова для понимания будущего

Биофотоника / Biophotonics

Есть повод для национальной гордости. Сегодня термин «фотоника» используется учёными всего мира, а предложил его в 1967 году советский академик Александр Теренин в книге «Фотоника молекул красителей». Он понимал под ней «совокупность взаимосвязанных фотофизических и фотохимических процессов, происходящих при поглощении света веществом». Сейчас этим словом часто обозначают нечто аналогичное электронике, но с квантами света или другого электромагнитного излучения в главной роли.

Ну а возникшая позднее биофотоника — это дисциплина, изучающая взаимодействие биологических объектов (молекул, клеток, тканей, организмов) и фотонов. Она включает в себя хемилюминесценцию (свечение, использующее энергию химических реакций), биолюминесценцию (поглощение и рассеяние света тканями, клетками и биомолекулами), а также ряд других фотобиологических процессов, в том числе фотосинтез и зрение.

Применение у этих знаний может быть самым разнообразным. Например, есть такое направление — оптогенетика: исследование нервных клеток, возбуждаемых светом. Или совсем уж прикладная технология — лазерный скальпель, который безопаснее, стерильнее и точнее обычного.

Для чего это нужно: адресная доставка лекарств // диагностика // хирургические операции // изучение живых систем

Примеры употребления: «Зачем нужна биофотоника? Ну, во-первых, это красиво…» / «Первый в мире science-салон красоты “Биофотоника”. Наши мастера сделают цветными ваши белки с помощью испускающих свет красителей, а потом изучат их под микроскопом».

Какая структура Сколтеха этим занимается: Центр фотоники и квантовых материалов.

Брэйнмэппинг / Brainmapping

Метафорически мозг можно представить в виде очень запутанного лабиринта. Чтобы понять, как мы мыслим, почему возникают когнитивные расстройства, нужно изучить устройство лабиринта. Это пытаются сделать молекулярные биологи, генетики, физиологи, психологи etc. Они исследуют мозг каждый своими методами, собирая данные о его структуре, клеточном и биохимическом составе, работе генов, электрическом потенциале разных участков, паттернах поведения. Чтобы помочь учёным действовать сообща и, как следствие, продуктивнее, биоинформатики занялись брэйнмэппингом — составлением «карты» данных о работе мозга.

В мире есть несколько подобных проектов: российский «CoBrain-Аналитика», европейский Human Brain Project, американский Brain, японский Brain/MINDS.

Для чего это нужно: диагностика когнитивных нарушений и психических расстройств // поиск биологических основ разума // создание нейроморфного суперкомпьютера // прикладные системы искусственного интеллекта

Примеры употребления: «Продукт года — персональный помощник Сold Brain. Создан на основе человеческой брэйнмэп, с которой стёрты данные о биохимических реакциях, отвечающих за глубокие эмоциональные переживания. Помогает принимать правильные бизнес-решения — холодно, точно, без лишних чувств».

Какая структура Сколтеха этим занимается: Центр системной биомедицины и биотехнологий.

Квантовое машинное обучение / Quantum machine learning

Идея машинного обучения заключается в том, чтобы компьютеры не только выполняли команды, но и учились находить ответы на задачи, не имеющие готового решения. Например, изначально нейросеть — математическая модель, построенная по принципу работы мозга, — не способна увидеть разницу между кошкой и собакой, но когда «пропустит через себя» тысячи изображений кошек, научится отличать их от других животных.

Мы сталкиваемся с машинным обучением постоянно — когда видим контекстную рекламу, «угадавшую», что мы хотим сходить в кино; когда задаём поисковику вопрос и получаем релевантный ответ; когда видим, что плохие письма упали в спам, а хорошие остались в папке «Входящие».

Есть гипотеза, что в будущем машинное обучение станет ещё более эффективным благодаря квантовым компьютерам, использующим для передачи и обработки данных явления квантовой суперпозиции и запутанности.

В таких устройствах аналогами битов выступают кубиты, что позволяет проводить параллельные вычисления. Возьмём так называемую задачу коммивояжёра — построить наиболее выгодный маршрут, который хотя бы один раз проходит через указанные города и в конце приводит в исходную точку. Обычный компьютер решал бы эту задачу, перебирая варианты по очереди, а квантовый — параллельно, поэтому и справился бы намного быстрее.

Полноценного квантового компьютера пока нет, но учёные всего мира работают над его созданием. Квантовые алгоритмы обработки информации открывают принципиально новые возможности и могут превзойти самые эффективные классические алгоритмы, использующиеся в машинном обучении.

Для чего это нужно: распознавание изображений и речи // моделирование сложных физических процессов // создание новых лекарств // другие интеллектуальные задачи

Примеры употребления: «Мда… Когда перед тобой система квантового машинного обучения, ты со своим мозгом, основанным на банальных нейронах, испытываешь комплекс неполноценности» / 2035 год. Сообщение в криминальной хронике: «Банда неизвестных ограбила швейцарский банк. Преступники воспользовались мобильным квантовым компьютером, за три минуты перебрали все варианты кодов от замка сейфовой ячейки, нашли верный и унесли золото. Эксперты ломают голову, как предотвратить волну квантовых преступлений — болезнь нашего времени».

Какая структура Сколтеха этим занимается: Центр по научным и инженерным вычислительным технологиям для задач с большими массивами данных — международная группа учёных под руководством профессора Якоба Биамонте.

Квантовая гидродинамика / Quantum hydrodynamics

Это когда классическая гидродинамика (раздел физики, изучающий движение идеальных и реальных жидкостей и газа) встречается с квантовой механикой. Такое случается в самых разных системах: в жидком гелии и холодных атомах, полупроводниках и магнитных системах, системах равновесных и не находящихся в состоянии термодинамического равновесия.

В области квантовой гидродинамики работали многие известные учёные, в частности нобелевский лауреат Пётр Капица. Он обнаружил у гелия парадоксальное свойство: при охлаждении до температур, близких к абсолютному нулю, жидкий гелий не только не становится твёрдым, но и теряет вязкость, переходя в состояние сверхтекучести. Что интересно, если сверхтекучую жидкость налить в стакан и размешать, она будет вращаться вечно — из-за отсутствия силы трения.

Методы квантовой гидродинамики используются при изучении систем, где нарушаются законы классической физики. Обычно они имеют приставку «нано-».

Для чего это нужно: изучение физических процессов // вычислительные системы // разработка новых материалов

Примеры употребления: «Мне сегодня такую историю рассказали! Пошли два друга купаться на речку. Один залез в воду, тут его нанотечением и унесло. Утонул, бедняга. А вот разбирался бы в квантовой гидродинамике, глядишь, был бы жив» / «В жизни нужно попробовать всё: покорить Эверест, дойти на лыжах до Северного полюса, изучить основы квантовой гидродинамики».

Какая структура Сколтеха этим занимается: Центр фотоники и квантовых материалов.

Компьютерное зрение / Computer vision

Чтобы обрести способность видеть, машине недостаточно глаз — нужны ещё «мозги», которые распознают объекты и ситуации. Компьютерное зрение — область прикладных исследований и технологических разработок, связанных с этой способностью. Самая известная задача такого рода — научиться по фотографии или видео делать выводы о картинке: например, определять изображённого на ней человека или марку машины. Недавний прорыв в решении этой задачи связан с развитием метода глубокого обучения нейросетей. Его особенность в том, что человек не задаёт признаки распознаваемых объектов — нейросеть программирует себя сама, обучаясь на тысячах или миллионах примеров. Уже сейчас машины узнают многие объекты, в том числе лица, лучше людей. И конечно, они делают это во много раз быстрее и не забывают увиденное.

Для чего это нужно: идентификация личности // роботы // виртуальная реальность // системы видеонаблюдения // цифровое производство // цифровая медицина

Примеры употребления:

— Дорогая, мы с приятелем прогуляемся по лесу, поболтаем.

— Только не наговори лишнего о политике! Не думаешь же ты, что в лесу нет систем компьютерного зрения? Отслеживающие устройства теперь повсюду — они читают по губам.

Какая структура Сколтеха этим занимается: Группа компьютерного зрения.

Космическая погода / Space weather

Солнце не только светит и греет — роль любимой звезды в нашей жизни гораздо масштабнее. Любое активное событие на Солнце, например вспышка или корональный выброс масс, может серьёзно повлиять на земные процессы. Заряженные частицы, излучаемые звездой, способны вывести из строя космический корабль, спутник, систему навигации и коммуникации, парализовать транспорт и энергосистемы. Поэтому учёные бдительно следят за солнечной погодой — комплексом явлений, которые происходят на поверхности звезды и могут оказывать воздействие на нас. Более широкий и чаще употребляемый термин «космическая погода» описывает влияние не только Солнца, но и активных событий за пределами нашей звёздной системы. Высокоэнергетические частицы могут долететь до нас даже после взрыва звезды в далёкой-далёкой галактике. Правда, происходит такое намного реже.

Для чего это нужно: предсказание техногенных катастроф // выявление влияния на здоровье и поведение человека

Примеры употребления:

— Мам, я в поход с друзьями!

— Хорошо, компас не забудь.

— Да какой компас! XXI век на дворе, мам, у меня ж GPS!

— А ты прогноз космической погоды видел?!

Какая структура Сколтеха этим занимается: Космический центр.

Криспы / CRISPR systems

В 2012 году генетики впервые отредактировали геном многоклеточного организма при помощи CRISPR — иммунной системы бактерий и архей, открытой микробиологами около 30 лет назад. Однако известная сегодня как инструмент генных инженеров CRISPR/Cas9 не уникальна — подобных механизмов защиты микробов от вирусов множество, учёные называют их «криспами» и продолжают находить всё новые типы и разновидности. Система состоит из двух частей. Первая — это адаптивный модуль. Он выявляет в ДНК паразита (фага или плазмиду), пытающегося атаковать бактериальную клетку, выбирает конкретные фрагменты и вставляет их в определённое место в геноме бактерии. Вторая часть — операционная, где эти уникальные вставки «сканируются». На их основе создаётся короткая РНК-гид, которая подсказывает белку Cas9 (выполняющему роль ножниц), в каком месте нужно разрезать вражескую ДНК, чтобы спасти микроб от инфицирования и смерти.

В 2016 году в Science вышла статья российско-американской исследовательской группы, куда входили учёные из Сколтеха. В публикации рассказывалось о новой системе, где вместо Cas9 действует белок C2c1, который режет вредоносную ДНК иным способом. По мнению авторов работы, этот метод может оказаться более эффективным инструментом редактирования генома и, как следствие, терапии наследственных заболеваний.

Для чего это нужно: пренатальное лечение генетических заболеваний // выведение генетически совершенных сельскохозяйственных культур и животных

Примеры употребления: «Мама рассказывала, что я мог родиться с тяжёлым генетическим заболеванием. Но пока я был эмбрионом, меня отредактировали при помощи криспр».

Какая структура Сколтеха этим занимается: Центр системной биомедицины и биотехнологий.

Трудноизвлекаемые углеводороды / Unconventional gas and oil

Сколько бы человечество ни качало из земли нефть и газ, в недрах остаётся ещё много. Только добывать всё труднее — отсюда и термин «трудноизвлекаемые углеводороды». Речь идёт о запасах, воспользоваться которыми в данный момент нельзя — слишком сложно и дорого. Например, в мире есть немало месторождений, где нефть содержится в плотных породах типа сланцев и просто так выкачать её невозможно. То же самое с газом, который в зоне вечной мерзлоты надёжно заключён в кристаллическую решётку воды.

Чтобы сделать такие запасы доступными, учёные и инженеры разрабатывают новые методы добычи, радикально отличающиеся от традиционных.

Для чего это нужно: энергетика // химическая промышленность // любые другие области, где используются нефть и газ

Примеры употребления: «Из новостей будущего: согласно новому отчёту Review of World Energy, добыча нетрадиционных видов нефти и газа впервые в истории превысила добычу привычных углеводородов».

Какая структура Сколтеха этим занимается: Центр добычи углеводородов.

Новые материалы / New materials

Композиты, нанотрубки, сверхпроводники… Мир будущего сделан из совсем других материалов, нежели мир прошлого. Высокая физика и химия превращаются во вполне конкретные технологии, которые окружают нас повсюду. Но обыватель не всегда замечает эти перемены, ведь они происходят постепенно. Учёные в лабораториях бьются за каждый грамм, градус или рубль, делая новые материалы всё лучше и дешевле. В какой-то момент количество перейдёт в качество.

Для чего это нужно электроника: // промышленность // бытовые изделия // строительство // медицина // авиация // машиностроение и многие другие области человеческой деятельности

Примеры употребления:

— Вот раньше было хорошо. Ложка — железная, табуретка — деревянная, провод — медный… А сейчас? Кругом новые материалы, названия которых и не выговоришь, не сломав челюсти.

— Хорош ворчать! Какая разница, из чего сделано? Предметы стали легче, прочнее, экономичнее. Кстати о челюстях: так ли уж важно, как называется материал для зубного протеза? Важнее, что он крепче естественных зубов и сломать его очень непросто.

Какая структура Сколтеха этим занимается: Центр проектирования, производственных методов и материалов.

Перовскит / Perovskite

Этот минерал открыли на Урале ещё в 30-х годах XIX века и назвали в честь графа Льва Перовского, государственного деятеля, министра внутренних дел, противника крепостного права и страстного коллекционера. Больше полутора веков перовскит вызывал интерес лишь у небольшого круга минералогов. Однако в 2013 году журнал Science включил его в топ-10 самых важных научных прорывов.

Дело в том, что у этого минерала очень своеобразная кристаллическая структура, которую называют «слабоискажённой кубической решёткой». Расположение атомов в ней напоминает кубы и октаэдры, но чуть-чуть отклоняется от идеального, как в этих фигурах. Благодаря этому на основе перовскита и веществ со сходной структурой можно создавать более эффективные установки. Некоторые учёные считают, что, если в солнечных батареях вместо кремния использовать перовскит, можно достигнуть КПД в 25% и совершить переворот в энергетике.

Для чего это нужно: солнечная энергетика // высокотемпературные сверхпроводники // ионные проводники // магнитные материалы

Примеры употребления:

— Ваша светлость, мне оказали большую честь, связав сей новый минерал с моей фамилией. У перовскита большое будущее. Смею вас заверить: не пройдёт и двухсот лет, как лучшие умы России с его помощью приведут фотовольтаику к новым вершинам.

— Граф, я рад за вас. Весьма. Однако что значит эта фотовольтаика? Нет ли в ней крамолы? Не следует ли посоветоваться со сведущими в материаловедении людьми из Третьего отделения?

Какая структура Сколтеха этим занимается: Центр энергетических систем.

Поляритон / Polariton

Один из основных терминов гибридной фотоники — науки на стыке фотоники и электроники. Понять, что это такое, очень непросто. Во-первых, для этого необходимо включить воображение. А во-вторых, разобраться с такими понятиями, как полупроводник, проводник, экситон и брэгговские зеркала. Если кратко, поляритон — это квазичастица, состоящая из света и материи. А подробно мы рассказываем об этом аж на 12 полосах в рубрике «Свет» (читайте дальше).

Для чего это нужно: для создания новых, более компактных и быстрых гаджетов и компьютеров.

Примеры употребления: «Благодаря уникальным свойствам поляритонов учёные создали компьютер, работающий в десятки раз быстрее транзисторных аналогов».

Какая структура Сколтеха этим занимается: Лаборатория гибридной фотоники.

Умные электрические сети / Smart grid

А сейчас оторвитесь на секунду от чтения и посмотрите вверх — на лампочку. Попытайтесь представить, какой путь прошёл электрический ток, прежде чем у вас в комнате загорелся свет: электростанции разных типов, линии электропередачи, подстанции, трансформаторы и много чего ещё. Напоминает организм со своими законами, возможностями и угрозами.

Учёные-энергетики хотят сделать это гигантское существо более эффективным и менее уязвимым. Например, что делать с районами Сибири и Дальнего Востока, которые не подключены к центральным сетям? Или как быть с тем, что в одно время суток (недели, года) электроэнергии потребляется много, а в другое мало? Как свести к нулю вероятность внезапного отключения электричества из-за сбоя в сложной системе?

Термин «умная сеть» (smart grid) активно используется с начала 2000-х. Чёткого определения не существует, но в любом случае речь идёт о подключении к управлению электричеством компьютерных и телекоммуникационных систем или даже искусственного интеллекта. Например, традиционные счётчики, которые просто показывают, сколько киловатт вы потратили, заменят интеллектуальные датчики, способные запоминать динамику потребления, оповещать о потерях энергии, передавать данные через интернет и т. д.

Современные технологии позволяют моделировать энергетическую систему как на глобальном уровне, так и в масштабах одного дома. Более того, можно в лабораторных условиях экспериментально проверять гипотезы, связанные с более интеллектуальным распределением электричества.

Для чего это нужно электроснабжение: // экономика // внешняя торговля // экология // удалённые регионы // альтернативная энергетика // предотвращение блэкаутов

Примеры употребления: Рекламные слоганы будущего: «Умная сеть сама приглушает свет в самые интимные моменты вашей жизни» / «Если раньше, сунув два пальца в розетку, вы получали только банальный удар током, то теперь вы ещё сможете пообщаться с умной сетью».

Какая структура Сколтеха этим занимается: Центр энергетических систем.

ФФаги / Phages

В 1917 году произошла не только буржуазная и социалистическая, но и микробиологическая революция. Французский исследователь Феликс Д’Эрелль заметил, что по мере выздоровления пациентов с шигеллёзом (дизентерия, вызванная бактериями Shigella dysenteriae) в их кале повышается содержание некоего вируса. Проведя ряд экспериментов, учёный установил, что этот вирус ведёт себя как наёмный убийца — прицельно уничтожает именно шигелл, — и назвал его бактериофагом, то есть «пожирателем бактерий» (со временем стало популярно сокращённое название — фаг).

Изучением и поиском разновидностей таких вирусов занялись по всему миру, особенно в этом продвинулись советские учёные. Начала развиваться фаготерапия. Однако во время Второй мировой войны фаговые препараты вытеснил только что запущенный в массовое производство антибиотик пенициллин. Он и последовавшие за ним аналогичные лекарства уничтожали сразу несколько типов бактерий, тогда как в фаготерапии к каждому возбудителю приходилось подбирать конкретный вирус.

Однако антибиотики радовали нас не слишком долго. Уже в 1970-е годы учёные заговорили о страшной проблеме — развитии у бактерий устойчивости к препаратам. Это обстоятельство вновь пробудило интерес к пожирающим бактерии вирусам и фаготерапии.

Для чего это нужно: персонализированная медицина // лечение бактериальных инфекций // борьба с патогенами, уничтожающими сельскохозяйственные культуры // увеличение сроков хранения продуктов питания

Примеры употребления: «У вас бактериальный синусит. Не беспокойтесь. Скоро мы подберём правильный фаг, и вы сможете дышать свободно!»

Какая структура Сколтеха этим занимается: Центр системной биомедицины и биотехнологий.

Хаптика / Haptics

Рукопожатие, поцелуй, прикосновение к гладкому металлу, поглаживание кошки, надевание узких ботинок… Ощущения, возникающие при этих и любых других действиях, называются хаптикой. Это очень древнее слово, ещё Аристотель в трактате «О душе» писал: «Осязание (haphe) же получается от непосредственного соприкосновения (haptesthai) с предметами, поэтому оно и носит это название».

Для современных технологий умение управлять хаптикой не менее важно, чем звуком и изображением. Прикоснитесь к сенсорному экрану своего смартфона — что ощутили кончики ваших пальцев?

Одно из главных направлений хаптики — разработки, связанные с передачей ощущений от машины человеку. Допустим, вы копаете землю. Ваши руки прекрасно чувствуют, в глину ли в песок вошла лопата — или вовсе уткнулась в камень. А теперь возьмём экскаватор. Хотелось бы, чтоб рабочий в кабине получал от ковша сигналы аналогичные тем, что идут от лопаты при работе вручную. Или представим роботов, которыми человек управляют удалённо — как аватаром из фильма: они могли бы обследовать больных в Антарктиде, собирать образцы на Марсе, разбирать завалы в шахте. Для этого оператор должен своей кожей, руками, телом чувствовать то же самое, что и машина, которой он управляет.

А уж как вырастут продажи компьютерных игр, оснащённых передовыми хаптик-технологиями!

Для чего это нужно: виртуальная реальность // телемедицина // гаджеты // антропоморфные роботы // терапия расстройств восприятия // системы телеприсутствия

Примеры употребления: «Поздравь меня: купил новый смартфон, у него такая хаптика! Целуешь Машу через экран, а ощущения лучше, чем в жизни».

Какая структура Сколтеха этим занимается: Лаборатория интеллектуальной космической робототехники.

Центениалы / Centennials

Новые технологии создают новые поколения, делая жизненный опыт детей непохожим на опыт «предков». Центениалы — представители поколения Z, или цифрового поколения, — стали первопроходцами во многих смыслах. Они первые аборигены цифрового мира, растущие с гаджетами в руках; им первым социальные медиа заменили книги, телевизор и дворовую компанию. Наконец, это первое глобальное поколение, связанное интернетом и автоматическим переводом.

Для центениалов, не разделённых культурами и религиями, любые границы — непонятный пережиток прошлого. Социологи и психологи спорят, чем центениалы отличаются от прошлых поколений. Кто-то считает, что они не способны сосредоточиться, страдают клиповым мышлением и разучились читать. Другие доказывают, что их многозадачность и способность фильтровать информацию — как раз то, что нужно в современном мире.

Для чего это нужно: психология // социология // образование // люди // жизнь // мы

Примеры употребления:

Диалог из будущего.

Дедушка:

— Пойду пообщаюсь с друзьями!

Внук:

— С такими же древними центениалами, как ты? И вообще, дед, сколько можно сидеть в допотопном чатике с пыльного смартфона?! Попробуй уже нейросвязь наконец!

Какая структура Сколтеха этим занимается: Все.

Источник: vk.com

Комментарии: