Мировая пресса переполнена различными рейтингами научных открытий, которые должны «перевернуть мир». При этом множество конкретных изобретений, по сути дела, являются следствием одной технологии, только в различном применении. В том же смартфоне могут уживаться самые разные приложения, но они стали возможны лишь в связи с успехами микроэлектроники, а уже применение мощного вычислительного устройства, коим и является смартфон, – дело фантазии и знания потребностей рынка. Мы говорим о наиболее популярных технологиях нашего времени и их практическом применении. Конечно, их намного больше, и каждый может создать свой рейтинг. А сейчас – посмотрите, что получилось у нас.

Сверхпрочные материалы
Вся технологическая история человечества – это погоня за прочностью и уменьшением веса. В XIX веке стальные канаты и профильные конструкции сделали возможным строительство подвесных мостов, небоскрёбов и невиданных морских судов. В ХХ веке были созданы сплавы на основе алюминия, в которых так нуждалась авиация и без которых мы бы не увидели огромных летающих машин. Успехи в производстве стекла позволили создавать огромные здания со стеклянными внешними стенами.
Прогресс не стоит на месте, и в последние десятилетия стали широко использоваться композитные материалы. Они ещё легче и ещё прочнее, чем те, к которым мы привыкли. Исследования в области углеродных материалов – графена или нанотрубок – обещают создание необычайных конструкционных материалов. Всё это позволит реализовать целый ряд интересных проектов.

Самолёты с распростёртыми крыльями
Композитные материалы уже широко применяются в гражданской авиации. Например, в Boeing 787 Dreamliner композиты составляют до 50% силовой конструкции 787. По этому пути идут и создатели других самолётов, в том числе российского МС-21. Такие материалы позволяют сделать машину легче; появляется возможность придать крыльям самолёта наиболее выгодный аэродинамический профиль, похожий на крылья спортивного планера.
Такие самолёты гораздо легче держатся в воздухе, чем их короткокрылые собратья. В итоге – меньше затраты на топливо и выше экономическая эффективность. Это то будущее, которое уже наступает.

Города под крышей
По данным исследователей, изменения климата уже в ближайшие десятилетия приведут к тому, что во многих городах станет невозможно жить либо от страшной жары, либо от бесконечных дождей.
В любом случае логичный выход – накрыть пространство между зданиями прозрачной крышей. Стекло при этом должно быть лёгким и прочным, не мутнеть в течении длительного времени. Сами несущие конструкции должны удовлетворять особым критериям: людям не очень приятно чувствовать себя «за решёткой», а значит переплетения рам должны быть как можно менее густыми. Для этого потребуются новые композитные материалы. В Дубае планируется создать грандиозный торговый центр Mall Of The World площадью около 750 тыс. м2, который вместе с тематическим парком будет находиться под крышей, под которой будет поддерживаться с кондиционированная атмосфера. Возможно, именно этот проект даст толчок к внедрению новых конструкционных материалов.

Висячие туннели
Паромные переправы через обширные водные пространства – это неизбежное зло, от которого хочется избавиться. Один вариант – строительство мостов, другой – туннелей. Но если водных пространств много, а профиль дна очень крутой, то такой проект практически невыполним.
Альтернативная идея – это плавучий подводный туннель, который располагается ниже зоны волнения. По сути – огромная труба, в которой могут ездить машины. Этой идее очень много лет, и её реализацию останавливали практические вопросы – дело в том, что туннель неминуемо будет колебаться, и есть опасность его разрушения.
Однако с появлением новых материалов, значительно более прочных и гибких, не подверженных коррозии, такая идея становится более реальной. Известно, что в Норвегии прорабатывают технические возможности строительства таких дорог, которые бы могли заменить мосты или водные переправы. И возможно, когда-нибудь такой подводный туннель свяжет берега Кипра и Малой Азии.

3D-печать
Главный принцип объёмной печати такой же, как и обычной: нанесение материала туда, где он нужен. Мы не соскабливаем лишнюю краску с чёрного листа бумаги, чтобы обозначить буквы. Так и трёхмерная печать позволяет нанести печатный материал туда, где он должен быть, а не высверливать лишнее из сплошной болванки.
Трёхмерные принтеры развиваются очень быстро, и они могут печатать как металлом, так и бетоном. Самое интересное – они могут напечатать предмет с глухими пустотами внутри, что невозможно сделать другим способом.

Напечатайте мне дом
Трёхмерная печать зданий уже вышла за пределы экспериментальных лабораторий. Строительные 3D-принтеры ещё, конечно, не стали основными машинами на стройплощадках, но имеют на то все шансы. Особенно, если речь идёт о строительстве простого жилья в ограниченные сроки.
Сейчас специалисты из разных стран экспериментируют с материалами и формами для постройки быстровозводимых домов. В феврале 2017 года в России стали печатать круглые дома с помощью специального принтера. Эта технология позволяет быстро создавать дома площадью 38 м2.

Сердце по заказу
В сочетании с технологиями производства биоматериалов трёхмерная печать открывает новые возможности для протезирования. Основная проблема при пересадке органов связана с иммунным отторжением чужого органа. Требуется принимать специальные препараты, угнетающие иммунитет, а это, в свою очередь, провоцирует инфекционные заболевания.
Органы, напечатать которые могут специальные 3D-принтеры, используют биоматериал, получаемый от самого пациента, – его стволовые клетки. Принтер печатает из специального биоразлагаемого пластика пористый образец органа, в котором начинает циркулировать биоматериал. Постепенно живые клетки заменяют пластик. Сейчас проводятся опыты на животных, и специалисты настроены весьма оптимистично.

Роботизация
Слово «робот» появилось сто лет назад, но долгое время оставалось уделом научной фантастики. Промышленные роботы, несмотря на своё название, все же скорее статуи с компьютерным управлением. Мы ждём от устройства, называемого роботом, возможности взаимодействовать с ним путём обычного разговора.
Однако порой нам бывают действительно нужны механизмы, с которыми говорить не придётся, но которые могли бы помогать нам и выполнять наши желания без слов. Так что роботов будет всё больше. Конечно, пока решены не все вопросы, и главный – это энергетические возможности. С другой стороны, робот-станок или робот-автомашина не слишком ими ограничены.

Время экзоскелетов
Стареет каждый из нас, стареет и всё человечество в целом. Нам всё тяжелее ходить, мы становимся обузой и для родных и близких, и для общества в целом. Здесь и могут помочь системы, которые облегчают нам жизнь, делая то, что уже не могут делать ослабевшие руки и ноги.
Речь идёт об экзоскелетах – специальных устройствах, надеваемых на тело человека. Они могут предназначаться только для поддержки ног или укреплять спину и руки. Устройство считывает сигналы в ослабевших членах и даёт команду серводвигателям, которые двигают наши ноги, поворачивают корпус или помогают рукам что-либо поднять и удержать. Мировыми лидерами в этой области являются японские инженеры: их экзоскелеты уже получили мировое признание.

Робот в доме
Первыми реальными роботами, которые появились в наших домах, стали пылесосы. Однако люди хотят не только пылесос-автомат или холодильник, который сам заказывает продукты. Под выражением «домашний робот» понимают машину, с которой можно общаться вербально, которая способна не только выполнить какие-то задания по дому, но и просто составить компанию, поиграть, то есть, выполнить социальную функцию.
Специалисты понимают, что впереди ещё много проблем, однако уже существует несколько моделей роботов-нянь, например, серийный японский робот Hospi – помощник медсестры, который прошёл необходимую сертификацию.
Отдельное направление – это создание антропоморфных роботов (внешне неотличимых от человека). На данный момент здесь есть не только инженерные, но и моральные сложности. И всё же, это направление тоже весьма привлекательно для инвесторов, в силу роста числа одиноких людей в развитых странах.

В кабине беспилотника
С точки зрения математики, движение транспорта на улицах, в небе или на море гораздо лучше организовать без участия человека, с его эмоциональностью, склонностью к ошибкам и безответственности.
Поэтому практически все автогиганты и монстры цифровых технологий вроде Google разрабатывают свои варианты беспилотных автомобилей. Эти же технологии, в идеале, можно использовать и в любой другой технике, но автомобиль – это часть нашей повседневной жизни.
Разумеется, такому автомобилю проще всего ездить по улицам, где все другие автомобили – тоже роботы. Поэтому скорее всего эта технология начнёт развиваться в закрытых промзонах, аэропортах или на курортных территориях. Что будет дальше, пока трудно сказать.

Нанотехнологии
Нанотехнологии – это способы манипуляции искусственными объектами, которые по своим размерам сопоставимы с молекулами. Единого определения нанотехнологиям нет, но в общем все понимают, о чем идёт речь.
Самые сложные нанообъекты – это сверхмалые механизмы, весьма простые, которые могут выполнять простейшие действия: вращаться, вступать во взаимодействие с такими, же как они, механизмами или с какими-то определёнными частицами. Другой класс – это материалы, которые в наномире отличаются удивительными свойствами: прочностью, электропроводимостью и рядом других.
Поэтому разработка нанотехнологий в принципе может найти широкое применение в самых разных отраслях производства.

«Умные» лекарства
«Умные» лекарства – это, в частности, препараты, которые призваны взаимодействовать только с определёнными молекулами или частицами в организме человека. При этом не вступая во взаимодействие с другими, родственными субстанциями.
С применением нанотехнологий возможно создание лекарств индивидуальных, для каждого конкретного человека. Наночастицы могут быть контейнерами для специфических препаратов, их можно отправить в строго определённое место внутри человеческого тела для переноса нужного вещества. «Умные» лекарства пригодятся и для лечения онкологии, и для омоложения.

Дыхание без дыхания
Примером прорывной идеи по использованию микроскопических частиц в практической медицине является производство особых пузырей диаметром около 2 мк, которые состоят из жировых молекул. Внутри этих микропузырьков находятся молекулы кислорода.
Раствор, содержащий такие пузырьки, несёт в несколько раз больше кислорода, чем могут нести красные кровяные тельца. Поэтому, если человек получил травму с большой кровопотерей или у него отказали лёгкие, инъекция такого кислородного патрона позволит сохранить жизнь.
В Бостонском детском госпитале уже были проведены эксперименты на животных, которые показали, что липосомно-кислородные инъекции действительно могут обеспечивать организм кислородом. Причём это можно сделать в полевых условиях, чтобы дождаться специальной помощи. Энтузиасты же полагают, что возможно и другое применение таких «кислородных консервов» – например, для водолазов.

Промышленные технологии очистки воды
Проблема очистки воды для питьевых нужд или для полива сельхозкультур решается с применением нанофильтров, которые способны отделять не только вирусы (чего не могут делать обычные фильтры), но и различные опасные примеси на молекулярном уровне.
Вода, которая проходит такую очистку, становится практически дистиллированной. Тот или иной набор нанофильтров позволяет варьировать фильтруемые вещества и пропускать те, которые не стоит отсеивать. С другой стороны, это открывает возможности для получения концентратов редких элементов из рассолов и просто сточных вод.
Этими разработками занимаются многие исследовательские центры в мире. Возможно, первыми войдут в широкую практику именно промышленные методы выделения полезных элементов, так как при использовании воды с нанофильтрами есть ещё вопросы к взаимодействию самих наночастиц с организмом человека.

Генная инженерия
Модернизация генетического кода позволяет решать самые разные задачи. Основная – создание новых организмов с заданными полезными свойствами. Однако именно это пугает многих людей, которые верят, что употребляя в пищу кетчуп из помидоров с геном медузы, сами покроются щупальцами.
Этим объясняется и всемирное недоверие потребителей к генно-модифицированным организмам, и оптимизм производителей, которые считают возможным создать растения и животных, которые будут идеальными для потребителей. Конца этому спору не видно. Но есть направления, где всё выглядит совсем по-другому – генетика и медицина.

Модернизация человека
Очень долгое время за генетическое здоровье человека отвечала сама эволюция, безжалостно убивая тех, кто по каким-либо причинам не соответствовал её жёстким требованиям. Разум человека стал искать выход и нашёл его в медицине и гигиене. Но эволюция отомстила нам, позволив увеличиваться числу различных генетических заболеваний.
Современные технологии уже позволяют бороться с рядом наследственных проблем, но в перспективе речь идёт о модификации человеческого генома до рождения, то есть появится возможность родить если не идеального ребёнка, то по крайней мере без генетических заболеваний или физического несовершенства.

Информационные технологии
В произведениях «золотого века» научной фантастики, как в СССР, так и в западных странах, на фоне самых удивительных приспособлений отсутствовал всеобщий интернет. Его просто не смогли придумать в том виде, в котором он стал для нас совершенно привычной вещью. И именно интернет сделал возможным реализацию многих интересных идей, о которых в своё время если и говорили, то только как о фантастике. В настоящее время идеи для стартапов, как правило, связаны как раз с информационными технологиями. Однако большинство этих идей – лишь практическое приложение фундаментальных информационных технологий к конкретной задаче.

Предсказание покупателя
До 1960-х годов невозможно было представить себе магазин без складских помещений, в которых находились запасы тех или иных товаров. Целая армия учётчиков собирала информацию о том, какой товар и в каком количестве предпочитает потребитель. Эта система работала и в странах с рыночной экономикой, и в СССР. Но именно советская, плановая экономика безумно отставала в попытке понять вкусы потребителей. И именно поэтому под руководством Виктора Глушкова в 1962 году была поставлена задача создания общегосударственной государственной автоматизированной системы управления экономикой.
Автоматический учёт приобретаемых товаров был важнейшим элементом этой системы. Она в идеале должна была точно сообщить, сколько какого товара надо произвести и когда и кому продать. Советская бюрократия испугалась замены и свернула проект. Но идея не исчезла и возродилась в странах с рыночной экономикой.
Как только приобретение товара стало сопровождаться использованием личного платёжного средства – карточки, появилась возможность в реальном времени составить портрет потребителя тех или иных товаров. Развитие вычислительных систем позволило в известной мере предсказать, что конкретный потребитель захочет купить, а значит, стало возможным начинать производство, когда потребитель ещё не осознал своего желания. Следующая ступень – довести идею до совершенства.

Системы непрерывного мониторинга здоровья
Врачам хотелось бы знать, что происходит с пациентом в каждый конкретный момент времени. Появление кардиорегистраторов и прочей контролирующей техники очень помогло в выхаживании пациентов реанимационных отделений, но с точки зрения медиков этого было мало. Ведь гораздо лучше было бы узнать о приближающимся приступе, нежели бороться с его последствиями.
Вхождение смартфонов в нашу жизнь сделало нас подконтрольными как никогда. Они точно знают, где мы находимся, и имеют с нами связь. Остаётся подключить к ним наш организм, и тогда врач будет в реальном времени видеть, как работают важнейшие системы нашего тела. Сейчас уже создано много интересных приспособлений и написано множество программ – от примитивных до весьма профессиональных. Сердечнососудистые заболевания, диабет, нейрорасстройства – все они лечатся гораздо эффективнее, если есть постоянный контроль за состоянием пациента.

Энергетические решения
Огромное число перспективных проектов во всех отраслях затормозилось из-за отсутствия источников энергии – портативных и мощных. Современная цивилизация имеет уже немало стандартных электрогенерирующих мощностей – в виде электростанций, использующих энергию ветра и воды, приливов, тепла недр и света Солнца. Но все эти системы достаточно громоздки, чтобы применять их, например, для работы автономного робота, или для питания электрокара.
Аккумуляторы, в которые можно закачать произведённую на электростанциях энергию, слишком малоёмки – они обеспечивают работу машин на очень короткое время. Нужны новые решения, которые немедленно перевернут мир. Больше энергии в минимуме объёма – девиз энергетики будущего.

Водородная энергетика
Водород – самый распространённый элемент во вселенной. Однако в чистом виде на Земле он довольно-таки большая редкость. Дело в том, что на нашей планете есть другое вещество, которое стремится соединиться с водородом с выделением большого количества тепла. Это кислород. В результате сгорания водорода в кислороде образуется идеально чистая вода. И ничего больше.
Водород – идеальное экологически чистое топливо. Его можно производить различными способами, в том числе различными видами электролиза той же воды. В этом случае водород становится, по сути, накопителем электрической энергии, которая может быть получена самыми разными путями. А использовать его можно как в двигателях внутреннего сгорания, так и в электрокарах с топливными элементами.

Зарядить батарейку
Сложно представить себе робота – няньку или пожарного – с длинным проводом за спиной, ведущим к электрической розетке. Нужен бытовой запас энергии, и сейчас ведутся очень серьёзные работы по созданию новых типов аккумуляторных батарей.
В настоящее время перспективными считаются литий-нанофосфатные батареи, которые могут очень быстро заряжаться и радовать большой энергоотдачей. Учёные экспериментируют с литий-кислородными батареями, а также с совсем не связанными с литием – например, алюминиево-графитовыми. Последние отличаются высокой скоростью зарядки и безопасностью. Однако есть и проблемы – у таких батарей маленький выходной ток.
Кроме этого ведутся опыты над магний-серными и другими видами батарей. А возможно, что накапливать электроэнергию можно будет и каким-то другим способом.

К далёким планетам!
Без сомнения, наша цивилизация получила бы новый импульс для развития, если смогла бы не просто вырваться на орбиту Земли, но и обеспечить возможность приемлемого по времени полёта к Луне, Марсу и другим планетам и их спутникам в Солнечной системе. Основная проблема – даже самый мощный химический двигатель на водороде и кислороде не позволяет разгоняться в космосе до таких скоростей, чтобы долететь к «красной планете» хотя бы за месяц-два (сейчас на это уходит более 200 дней).
С этой целью необходимо разработать новые ракетные двигатели, работающие по иным физическим принципам, нежели нынешние. Их производство и применение поможет развитию космической отрасли и откроет новый грандиозный рынок в процессе освоения ближайших планет.

Константин Ранкс
учёный, морской геолог, журналист, радиоведущий