Помните, на пороге 2010 года в социальных сетях были популярны видеоролики о том, какое будущее нас ждет к концу приближающегося тогда десятилетия? Летающие машины, кроссовки, которые завязываются при нажатии на кнопку, цветущие деревья на небоскребах и не только. Заманчиво, однако ничего из этого не оказалось правдой. Ко Дню российской науки мы решили поговорить с ведущими учеными МФТИ о том, что действительно может ждать науку в ближайшее десятилетие. Спойлер: летающих машин там нет.
Иван Гущин, заведующий лабораторией структурного анализа и инжиниринга мембранных систем МФТИ
Можно ожидать, что в грядущем десятилетии будут достигнуты многочисленные прорывы в использовании живых организмов для производства.
В последние годы истощение запасов природных ископаемых вместе с растущей важностью вопросов охраны окружающей среды привели к повышению интереса к использованию биокатализа и экологически чистых производств для получения химических веществ и различных материалов. К ним относятся, в частности, различные пластики, прекурсоры для химического синтеза, а также различные виды биотоплива, которые было бы предпочтительно получать из возобновляемых ресурсов. Для своей жизнедеятельности уже сейчас живые организмы синтезируют десятки тысяч различных веществ, а могли бы синтезировать гораздо больше. Успехи в системной биологии, белковом дизайне, метаболомике и генной инженерии позволяют ожидать взрывного роста в количестве технологий для биосинтеза.
В то же время живые организмы — бактерии и грибы — могут использоваться и для утилизации отходов или очистки после экологических катастроф (биоремедиации). Некоторые из них умеют разлагать токсичные вещества, такие как легкие и тяжелые фракции нефти или сложные полиароматические соединения. Другие умеют вбирать токсины — например, тяжелые металлы — в себя или превращать их в менее подвижные соединения, таким образом очищая почву или воду.
Все вместе биотехнологические подходы имеют много шансов заменить традиционные химические методы и заложить основу для действительно природолюбивого и устойчивого развития всего человечества.
Юрий Ковалев, заведующий лабораторией фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ
В 2019 года мы все узнали о черной дыре в галактике Дева А. Ученые увидели ореол света — фотонное кольцо вокруг ее тени.
Я ожидаю и надеюсь, что в новом десятилетии ученым удастся увидеть и сделать фотографию черной дыры в центре нашей галактики, Млечного Пути. Почему это так важно? Мы сможем проверить общую теорию относительности Эйнштейна в сильном гравитационном поле этой черной дыры. Это самая близкая и в то же время массивная дыра: примерно 4 миллиона солнечных масс, и нас отделяет расстояние в 28 тысяч световых лет.
Сделать данный снимок непросто, это и делает его уникальным для научных исследований. Черная дыра в центре нашей галактики имеет весьма подвижный и даже «вертлявый» характер. Вследствие разнообразных процессов, которые происходят вокруг нее, изображение тени меняется каждые полчаса. Таким образом, о ней проще снять документальный фильм, строя изображение раз в полчаса. Пока ученым такое недоступно. Также четкому снимку мешает эффект рассеивания. Радиоволны проходят через межзвездные облака и «портятся». С этим тоже предстоит разобраться.
Мы надеемся, что в ближайшее десятилетие ученые всего мира, включая Россию, при помощи новых наземных и космических телескопов смогут решить столь непростую, но важную задачу! В частности, в России уже сегодня разрабатывается для этого проект космического телескопа «Миллиметрон».
Александр Родин, руководитель лаборатории прикладной инфракрасной спектроскопии МФТИ
Я уверен, что в ближайшее десятилетие нас ждут прорывные результаты в освоении космоса, развитии многоспутниковых систем и технологий управления климатом.
В ближайшие годы будут развернуты многоспутниковые системы, которые будут решать различные задачи, в первую очередь, в области связи и в дистанционном зондировании. Подобные многофункциональные системы станут неотъемлемой частью нашей жизни. Вероятней всего, Россия будет кооперироваться с Китаем с целью создания собственного национального сегмента в международной сети. Маловероятно, что за десятилетие у нас появиться своя национальная сеть, которая решила бы стоящие перед страной задачи коммерческого характера.
Будет продолжаться освоение дальнего космоса, будет создана необходимая инфраструктура на окололунной и марсианской орбитах, и это уже не из области фантастики. В течение последних двадцати лет на Марсе постоянно работают научно-исследовательские аппараты, и освоение «красной планеты» будет продолжаться, однако человек на Марс не полетит.
Вероятнее всего, данный полет человека на Марс осуществится в двадцатилетней перспективе, но это будет однократное достижение при участии широкой международной кооперации. Освоение Венеры будет проходить не столь интенсивно, так как данная планета не столь интересна широкой публике, как Марс. Научное сообщество будет все более активно изучать экзопланеты вне Солнечной системы.
Китай будет активно развивать свою пилотируемую программу, а «Старый Свет» и США, скорее всего, откажутся от постоянного присутствия человека в космосе. МКС уже выработает в значительной мере свой ресурс, а полноценной замены ей не появится.
Велика вероятность, что будет созданы технологии управления климатом на региональном масштабе, и в перспективе это станет глобальным бизнесом, в который будут направлены значительные инвестиции, предназначенные для развития и внедрения «зеленых» технологий. В первую очередь, технологии управления климатом будут востребованы в странах Ближнего Востока, США, Китае, возможно, в российской Арктике. Публичная активность вокруг темы глобального потепления будет только нарастать, и это приведет к серьезным конфликтам и экономическим санкциям в отношении отдельных государств и компаний.
Наталья Завьялова, заведующая лабораторией моделирования механических систем и процессов МФТИ
В ближайшие 10 лет нас ждет много прорывных научных и промышленных открытий. Из них можно выделить несколько.
Например, открытие одной или нескольких многоспутниковых группировок на низкой околоземной орбите, обеспечивающих спутниковую связь. Сейчас в мире есть несколько глобальных проектов, посвященных этому направлению. После их реализации станут возможными связь и интернет в самолете, в пустыне, в Гималаях. Спасатели, альпинисты, экспедиции смогут пользоваться связью и сообщать об экстренных ситуациях.
В западном космическом обществе — создание лунной базы. Честно говоря, не знаю, удастся это или нет, но совершенно точно такие попытки будут предприниматься. Думаю, что Россия с ее огромным космическим заделом тоже присоединится к этому движению.
Глобальная цифровизация науки, промышленности и нашей повседневной жизни. Сейчас уже наработан большой багаж по самым различным алгоритмам, интенсивно развиваются вычислители для самых разных задач. В повседневной жизни это приведет к тому, что удастся часть рутинных операций перенести на роботов. Будут появляться и распространяться электронные водители, кассиры, уборщики. В промышленности будет автоматизирована значительная часть операций, это приведет к снижению стоимости продукции. А в науке мы начнем решать задачи, которые раньше было сложно решить, пользуясь только умом и аналитическими соображениями. В первую очередь, для математического моделирования это обратные задачи, оптимизационные расчеты даже для сложных случаев и построение моделей для систем очень большой размерности.
Константин Воронцов, руководитель лаборатории машинного интеллекта МФТИ
Мы будем разговаривать с вещами. И не только со своим смартфоном, который к тому времени станет еще легче и комфортнее. Узнавать новости, спрашивать совета, искать информацию, получать новые знания можно будет у кухонного стола или даже у стены. Мы привыкнем потреблять и производить информацию постоянно, и все реже будем обращаться к клавиатуре. Мы будем прямо на ходу говорить, диктовать, делиться идеями, рассылать их коллегам или друзьям, поворотом головы делать шоты с комментариями, тут же определяя, кому давать к ним доступ. Это эра персональных помощников, которые будут присутствовать незаметно и повсюду. Все это уже есть сегодня в прототипах, но пока они работают далеко не в полную силу, а через 10 лет будут более совершенны и универсальны.
Продолжится размывание границ между виртуальностью и реальностью. Можно будет спросить у своих очков: «Что это за штуковина на полке справа? Кто этим уже пользовался, и что они говорят об этом? Да, и сейчас без рекламы». Мы будем всерьез озабочены проблемой ухода миллиардов людей в виртуальный мир, более яркий и эмоционально насыщенный, но замкнутый и самодостаточный. Исследователи будут активно искать способы дегеймифицировать виртуальную жизнь людей, сделать ее социально и профессионально ориентированной.
Вокруг будет все больше беспилотного транспорта. Больше автоматизации. Меньше посредников. Многих изменений мы не будем замечать в повседневной жизни, потому что они будут касаться производства. Просто товары и услуги станут дешевле. Появится много новых профессий: к блогерам, стримерам и датасайентистам присоединятся даталейблеры, датаклинеры, бототренеры и другие, для которых еще не придумано названий, но это дело будущего.
Пару слов о том, чего не будет. Я очень надеюсь, что не будет антропоморфных роботов, дорогих и бесполезных. Надеюсь, что мы излечимся от детских фантазий и неуместных эмоций по поводу ИИ. Перестанем видеть в нем тамагочи. Перестанем осуждать инженера, который имеет полное право пинать свое «козлоногое создание» и даже разобрать его на запчасти. Послушные машины должны решать наши профессиональные задачи и улучшать качество нашей жизни. Никакой полной автономности, никакого самосознания, никакого эмоционального искусственного интеллекта. Я очень надеюсь, что исследования в области машинного интеллекта помогут человечеству поумнеть через 10 лет, и мы осознаем, где та черта, которую нам никак нельзя переступать.
Денис Кузьмин, директор Физтех-школы биологической и медицинской физики МФТИ
Среди ключевых направлений в биологии следующего десятилетия хотелось бы выделить две: редактирование генома с помощью CRISPR/Cas-систем и использование технологий искусственного интеллекта для анализа больших биологических данных.
Появление технологии CRISPR/Cas9, позволяющей проводить точное, направленное редактирование генома, стало одним из важнейших прорывов в биологии прошлого десятилетия. Она позволит по-настоящему лечить тысячи наследственных заболеваний, которые на сегодня поддаются только симптоматической терапии, а также создавать новые поколения генно-модифицированных организмов с широчайшим спектром свойств. На сегодня одной из основных проблем технологии является недостаточная точность редактирования генома, и именно поэтому ключевыми направлениями исследовательской деятельности будут разработка более избирательных синтетических аналогов Cas9 (белок, вносящий разрез в ДНК), позволяющих снизить вероятность внесения лишних разрезов в ДНК, и замена Cas9 на другие типы редактирующих белков, таких как «редакторы оснований» (белки, позволяющие менять «буквы» в ДНК) и рекомбиназы (белки, позволяющие встраивать необходимые последовательности в ДНК).
Применение технологий глубинного обучения и искусственного интеллекта для анализа больших биологических данных (в основном геномных и транскриптомных) позволяет создавать аналитические и предиктивные платформы, способные выявлять скрытые закономерности и механизмы протекания сложнейших биологических процессов. Например, аналитические системы на основе искусственного интеллекта позволят проводить молекулярную диагностику онкологии на разных стадиях и подбирать наиболее эффективные препараты для каждого конкретного пациента. Предиктивные системы будут способны предсказывать появление новых штаммов бактерий и вирусов и предупреждать возникновение эпидемий. Помимо решения сугубо практических задач, таких как повышение эффективности персонализированной терапии, внедрение технологий анализа больших биологических данных приведет к новым научным открытиям во всех областях биологии.
Павел Волчков, руководитель лаборатории геномной инженерии МФТИ
Полагаю, что в ближайшее десятилетие ученым удастся поставить на поток редактирование генома человека, который сможет в таком виде передаваться из поколения в поколение.
Что это даст человечеству? С точки зрения медицины, мы сможем редактировать геном и избавить человечество от многих заболеваний: врожденных, сердечно-сосудистых, онкологических и вирусных инфекций. Мы будем способны избавляться от болезни на генетическом уровне.
Терапия на основе редактирования генома соматических клеток и чуть позже — на стадии эмбриона войдет в практику.
Человек может стать не только более здоровым, но и более физически выносливым, талантливым и умным — мы сможем воплотить в жизнь фантастические замыслы на уровне триллера «Гаттака» о формировании совершенного человека.
Алексей Арсенин, заместитель директора Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ
В ближайшие десять лет нас ждут довольно большие перемены: большая вероятность в смене лидера научной отрасли, всеобщем роботизировании производства, соединении живой материи и электроники, что является очередным шагом к созданию искусственного мозга, и в целом мы можем наблюдать переход от эры посткремниевой электроники к господству квантовых технологий и наноматериалов.
Страны Юго-Восточной и Восточной Азии — в первую очередь, Китай, Сингапур, Южная Корея — все более утверждаются в своих позициях и соревнуются с США за лидерство в области научных исследований. Так же, как и в экономике, мы наблюдаем все большее доминирование Китая, и этому предшествует целый ряд причин. Высокотехническое производство все более смещается в Азию, что ведет к миграции научных и инженерных кадров. Пока в Азии не хватает университетов высокого уровня, и кадры для азиатской науки готовят в лучших мировых вузах, но сокращение профессорских позиций уже наблюдается в Европе. Таким образом, смещение науки в Азию наблюдается уже сейчас, и данная тенденция будет только расти.
Бороться за лидерство позволят передовые разработки в области искусственного интеллекта. Производство все больше уходит в сторону робототехники, что делает локацию не столь важной. На первый план выходят сами научные разработки, и здесь у Европы и США весьма твердые позиции.
Наука разворачивается в сторону квантовых технологий — это предполагает очередную революцию практически во всех областях, в первую очередь, в компьютерных науках: со стороны программирования — машинное обучение, искусственный интеллект, со стороны элементной базы мы уже наблюдаем предел современной электроники, так как невозможно бесконечно снижать размер транзисторов. Дальнейшее развитие технологий — за созданием квантовых компьютеров, и их разрабатывают уже сейчас.
Другой весьма прогрессивный тренд — взаимодействие живой материи и искусственного интеллекта. Вряд ли мы за ближайшие десять лет создадим искусственный мозг, но мы уже готовы соединить компьютер с мозгом. И именно за ближайшие десять лет ученые смогут создать мост между живой тканью и электроникой.
Над чем непосредственно работает Физтех, какой наш вклад в будущую науку? Это область электроники, с чем тесно связана повседневная жизнь. В настоящее время электроника, которая нас окружает, — это в основном кремниевые технологии, которые были разработаны десятки лет назад. Дальше наступит эра посткремниевой электроники. Мы ожидаем, что за ближайшие десять лет производство совершит переход на наноматериалы, которые изменят практически всю электронику. И наша задача — внести свой вклад в это радикальное и всеобщее преобразование.
Андрей Райгородский, директор Физтех-школы прикладной математики и информатики (ФПМИ) МФТИ
Наука стремительно движется вперед, но на такую короткую перспективу, как ближайшие 10 лет, легче обозначить основные тренды развития, чем степень внедрения новых технологий в производство.
Активно будут развиваться проекты в области искусственного интеллекта, но насколько высок потолок, ограничивающий возможности нынешних идей и методов, пока сказать трудно. Да и десять лет — не такой уж долгой срок для полноценного внедрения. Возможно, лет через 20–30 мы будет вживлять чипы для совершенствования мозговой деятельности, но навряд ли в ближайшее десятилетие в данном направлении будут сделаны радикальные шаги. Даже интеллектуальный транспорт без управления человеком — технология, активно развивающаяся в настоящее время, в том числе в МФТИ, — не захватит мир в столь короткий период, хотя она все больше будет входить в нашу повседневную жизнь. Многочисленные интеллектуальные помощники станут обыденностью в нашей жизни и будут занимать все более доминирующее положение в сфере услуг, в здравоохранении и в производстве.
Также большое внимание будет уделено разработкам в области квантового компьютера. Хотя еще в начале двухтысячных были радужные прогнозы, только в прошлом году было заявлено о построении компьютера, достигшего квантового превосходства, то есть решающего задачу, которая не решается на классическом компьютере. Правда, пока эта задача не имеет практического смысла. Так что на десятилетие есть два варианта развития событий:
- Радикальный: квантовые компьютеры дорастут до такой мощности, что смогут реализовать алгоритм Шора разложения на множители. В результате криптографические протоколы, основанные на RSA и других примитивах, связанных с модулярной арифметикой, станут небезопасными. Но это не значит, что все электронные платежи и защищенная почта перестанут работать. Вместо этого произойдет переход на постквантовую криптографию, основанную, например, на теории решеток.
- Консервативный: область будет развиваться теоретически и экспериментально, будет много замечательных достижений, но на практически значимую мощность квантовые компьютеры не выйдут. Возможно, будут обнаружены фундаментальные физические причины, препятствующие масштабированию выше определенного уровня.
А еще, конечно, математики докажут массу красивейших теорем😊
