Ракетная гонка, чудеса генетики и боевые роботы

«Нам нет преград ни в море, ни на суше, нам не страшны ни льды, ни облака», – легендарная цитата точно описывает текущее настроение научного сообщества. В последнее время каждый год оказывается богат на технологические прорывы, рекорды и значимые изобретения, не стал исключением и 2017-й. Характерно, что ученые уже на старте изысканий стремятся адаптировать их к коммерческому применению, что стимулирует интерес инвесторов и ускоряет прогресс. Главными «ньюсмейкерами» академических журналов и технологических выставок становятся отрасли, переживающие бум частных вложений, – космос, медицина, ИТ.

Подарки от Вселенной

Прорывом 2016 года было признано открытие гравитационных волн обсерваториями LIGO (США) и VIRGO (Италия/Франция) – его авторы получили Нобелевскую премию по физике. «Эхо» великого события распространилось и на 2017‑й. По версии журнала Science, главным свершением стало опытное наблюдение гравитационных волн от слияния двух нейтронных звезд. Это событие, произошедшее в августе, впервые позволило разом собрать обширный массив астрофизических данных. Помимо гравитационно-волновых детекторов за космической «аварией» наблюдали оптические и рентгеновские телескопы, гамма-детекторы. В совокупности получилась модель развития Вселенной в миниатюре.

Главное направление исследований дальнего космоса – поиск «землеподобных» экзопланет, на которых может существовать жизнь. В 2017 году здесь особенно повезло – в феврале НАСА сообщило о существовании семи экзопланет в 40 световых годах от Земли (система TRAPPIST‑1), осенью в Европе нашли планету Ross 128b всего в 11 световых годах. Подобные известия воодушевляют астрономов, кажется, что обнаружение второй Земли все ближе. В 2018 году на орбитальное дежурство заступят телескопы TESS (CША, запуск намечен на лето) и CHEOPS (Европа, до конца года), благодаря которым число найденных экзопланет возрастет на порядок. А через год на орбиту поднимут мегателескоп Джеймса Уэбба (стоимостью под $10 млрд, дороже, чем адронный коллайдер), который изучит атмосферу этих планет, определив, где все-таки можно встретиться с внеземной цивилизацией.

Свои достижения есть в исследованиях ближнего космоса. Зонд «Кассини» работал на орбите Сатурна с 2005 года, но на 2017‑й пришлись его главные подвиги: в рамках миссии «Гранд Финал» зонд 22 раза пролетел между кольцами Сатурна, а в заключение устремился в его атмосферу, где в сентябре героически сгорел, отослав при этом на Землю уникальные данные о необычной планете. А в октябре ученые впервые обнаружили в Солнечной системе объект, «залетевший» из других систем, – астероид вытянутой формы, не свойственной для небесных тел с известными моделями формирования. Ему дали имя Оумуамуа, в переводе с гавайского – «посланник издалека, прибывший первым».

Астероиды ценны тем, что за миллиарды лет сохранили свой первоначальный химический состав, – его изучение проясняет процесс образования звездных систем. В новом году готовятся сразу две подобные миссии: японская станция «Хаябуса‑2» доставит на Землю образцы грунта с околоземного астероида Рюгу, а американский аппарат OSIRIS-REx постарается «отщипнуть» 2 кг астероида Бенну. Запланированы и полеты аппаратов к более крупным объектам. В мае американский зонд InSight стартует к Марсу, чтобы пробурить поверхность планеты на 5 м, изучив ее геологию. В июле–августе НАСА отправит зонд Parker Solar Probe на Солнце, приблизившись к светилу на рекорд-но близкое расстояние 5,3 млн км, аппарат соберет данные для предсказания солнечных вспышек. Осенью европейское и японское космические агентства запустят два аппарата для изучения малоизвестного Меркурия (миссия BepiColombo).

Луна же становится полигоном, на котором пробуют свои силы новые участники космической гонки. В марте собственным луноходом «Чандраян‑2» должна обзавестись Индия. К концу года Китай отправит на земной спутник станцию «Чанхэ‑4», собираясь осуществить первую в истории посадку на обратной стороне Луны. В 2018 году может прилуниться и первый частный аппарат, принадлежащий компании Moon Express, желающей в будущем зарабатывать на доставке на Луну различных грузов. Соответствующее разрешение от властей США она уже получила.

Маск против Марса

Предприниматели в целом играют все большую роль в развитии космической индустрии. Самый известный из них, глава SpaceX Илон Маск, в минувшем году отпраздновал маленькую победу: в марте его компания повторно отправила в космос ранее использованную и вернувшуюся на Землю орбитальную часть ракеты Falcon 9. А в декабре повторный полет совершил корабль Dragon. Экономия от многоразовых ракет достигается существенная ($18 млн за один запуск), что и было изначальной целью Маска.

Но теперь он мыслит глобальнее. Объявив осенью 2016‑го о намерении колонизировать Марс, через год бизнесмен представил подробности проекта: для покорения Красной планеты SpaceX построит совершенно новый корабль BFR (Big Falcon Rocket), который заодно пригодится и для Луны, и для сверхскоростных земных перевозок (путешествие из Нью-Йорка в Шанхай займет 30 минут). Некоторые эксперты скептически отнеслись к идее забросить Dragon, но Маск заверил, что деньги на разработку BFR уже найдены, и в подтверждение намерений в декабре опубликовалпочти построенной Falcon Heavy – 70‑метровой сверхтяжелой ракеты, на которой и предстоит отправиться в межпланетные странствия. Первый тестовый полет Falcon Heavy ожидается до конца года.

Также Маск ранее обещал отправить в течение 2018 года на Луну двух туристов, которые уже внесли «серьезную предоплату». Есть и другой проект космического туризма – от компании Blue Origin Джеффа Безоса. Ее ракета New Shepard поднимает капсулу с пассажирами до высоты 100 км (на «границу космоса»), где те на несколько минут зависают в невесомости. Безос также намерен организовать первую «турпоездку» в 2018‑м, рапортуя об удачных испытаниях своего детища.

Но если с этими планами ясности пока нет, то как минимум одно эпохальное событие в 2018 году произойдет почти наверняка: впервые с 2011‑го, когда НАСА закрыло программу Space Shuttle, американцы отправятся на МКС с территории своей страны. Все последние годы США платили «Роскосмосу» за доставку своих астронавтов на «Союзах», но теперь российская корпорация остается не у дел. В августе астронавтов «забросит» на орбитальную станцию корабль Dragon (грузы на МКС он уже доставлял), а в ноябре первый пилотируемый полет совершит корабль Starliner производства Boeing.

А что «Роскосмос»? В 2018 году ожидается второй запуск тяжелой «Ангары-А5», сроки которого переносились уже не раз, – вновь ракета полетит с космодрома «Плесецк», а не с «Восточного», который был ради нее построен. Позитивной новостью можно считать то, что проект «Ангары» вообще жив, – год назад сообщалось, что власти готовы бросить его на полпути, переключившись на проектирование ракеты «Феникс». Сейчас же, напротив, появились планы сделать легкую версию «Ангары» многоразовой, добавив ей складные крылья.

Деньги из воздуха

Тем временем все более актуальными становятся и исследования Земли, экосистемы которой испытывают серьезное давление со стороны человека. Так, продолжающееся из-за глобального потепления таяние льдов в Антарктиде породило самое заметное природное явление последнего времени: летом от шельфового ледника откололся крупнейший из известных айсбергов «А68». Начав дрейфовать, глыба площадью 5800 км2 обнажила на морском дне колонии древних организмов, обитавших в изоляции от остального мира 120 тыс. лет. В 2018 году экспедиции на место уникальной находки снарядят Великобритания, Германия и Южная Корея.

Тем временем ООН бьет тревогу: как заявил в ноябре генсек Антониу Гутерриш, до 2020 года человечество должно сократить выбросы парниковых газов на четверть, иначе повышение средней температуры на Земле до конца XXI века превысит критическую отметку +1,5 градуса по Цельсию. В 2018 году ожидается подробный доклад организации по этой проблеме. Вероятно, активизация ООН связана с «невежественной» позицией президента США Дональда Трампа, который в июне прошлого года объявил о выходе своей страны из международных соглашений по стабилизации климата.

Впрочем, рядовые американцы заботу об экологии скорее разделяют, и в 2017 году стало известно о нескольких открытиях в области энергоэффективности. Ученые из Калифорнии и Массачусетса создали аппарат, способный производить воду в пустыне: впитывая влагу ночью, например, из песка, днем под воздействием солнечных лучей он выделяет пар, а затем конденсирует его в жидкость. Этот принцип был известен и ранее, но теперь получен рекордный результат – 2,8 литра воды на 1 кг материала-абсорбента при 20% влажности воздуха. Похожее устройство – «гидропанель» – запатентовала и уже продает американская компания Zero Mass Water. Что же до сокращения выбросов, то в мае прошлого года Singapore Airlines перевела свои лайнеры на биотопливо, добавляя в авиакеросин растительное масло. А в октябре в РАН сообщили о разработке новосибирских химиков: ими описан новый способ получения топлива из углекислого газа – по сути, из воздуха.

Человек-конструктор

Самые же громкие естественно-научные открытия состоялись в медицине. Авторитетные издания Nature и Nature Communications назвали 2017‑й годом генной инженерии. На это есть все основания. В ноябре в Калифорнии провели первую в истории операцию по редактированию ДНК в теле живого человека. «Разрезав» ДНК 44‑летнего Брайана Мадо с помощью технологии «цинковых пальцев» и добавив туда недостающий ген, врачи спасли его от неизлечимой болезни – синдрома Хантера. Все более популярной становится и альтернативная технология изменения ДНК – «Криспер». Еще в 2015 году в Китае начали опыты с «Криспер» на эмбрионах, но только в 2017‑м стало известно об успешном редактировании ДНК у зародышей с мутантными генами крови – результата добилась интернациональная команда из США и Южной Кореи. Применению этой процедуры на практике пока препятствуют этические соображения: подопытных эмбрионов после исследования умерщвляют, как ее переживут «реальные» младенцы, неизвестно.

Зато обычная генная терапия (перепрограммирование клеток пациента без изменения структуры ДНК) шагает по планете. В 2017‑м был опубликован отчет об операции с «мальчиком-бабочкой» – ребенком, который из-за наследственного заболевания потерял верхний слой кожи. Исправив в его организме «барахливший» ген LAMB3 и нарастив искусственную кожу, врачи из Италии и Германии перезапустили жизнь – теперь пациент ходит в школу и играет в футбол. В Великобритании две группы медиков экспериментировали с больными гемофилией, восстанавливая генным путем выработку белка, отвечающего за свертываемость крови, в обоих случаях результат превзошел ожидания. А в США на государственном уровне одобрили применение генных процедур Kymriah (при раке крови) и Luxturna (при редком заболевании сетчатки). «Мы находимся в поворотной точке, когда дело дошло до практического внедрения новой терапии, – заявил Скотт Готлиб, комиссар Администрации продовольствия и медикаментов США (FDA), выпустившей соответствующее разрешение. – Мы сосредоточены на выработке правильной политики, чтобы извлечь максимальную пользу из этого открытия. В 2018 году приступим к разработке процедур для различных заболеваний».

Другое направление исследований – трансплантация искусственных органов. Они уже производятся, в частности, на 3D-принтерах, и примеров успешного «пользования» бионическими органами достаточно. Медики же осваивают другие способы замены все более сложных частей организма. Так, в апреле 2017‑го команда из Научно-исследовательского института Филадельфии поделилась разработкой искусственной матки BioBag. В ней пока удалось вырастить недоношенного ягненка, эксперименты с человеческими эмбрионами начнут через несколько лет. В январе в Институте биологических исследований Солка (США) рассказали о создании гибрида человека и свиньи – некой «химеры». На данный момент это просто поросенок, в котором не более 0,001% человеческих клеток, но, увеличив эту долю до 0,1–1%, авторы исследования рассчитывают выращивать в свиньях человеческие органы. На пороге большого открытия оказались и две группы ученых из Бостона и Нью-Йорка – они получили в лаборатории стволовые клетки крови, чего не удавалось в течение предыдущих 20 лет. Похоже, искусственная кровь – дело завтрашнего дня.

Самое же радикальное достижение покорилось биологам из Исследовательского института Скриппса в Калифорнии: если ДНК живых существ состоит из двух пар оснований, A‑T и C‑G, то им удалось добавить третью пару X‑Y, тем самым расширив генетический код и создав первый полусинтетический живой организм.

Роботы наступают

Если живые организмы становятся все более синтетическими, то рукотворные изделия, наоборот, «оживают». Конечно, до репликантов, неотличимых внешне от людей, еще далеко, но прогресс в развитии искусственного интеллекта (ИИ) виден невооруженным глазом. Минувший год выдался особенно богатым на «премьеры» в этой сфере, а слово «нейросети» (алгоритмы интеллектуального анализа информации) проникло в повседневный лексикон. Даже российская компания «Яндекс» старается не отставать от ведущих трендов, интегрировав нейросети в поиск и онлайн-переводчик, а также презентовав голосового помощника Алису (аналог Сири от Apple, Алексы от Amazon и Ассистента от Google), готовую пообщаться с пользователем смартфона на любые отвлеченные темы.

Зарубежные новинки впечатляют еще больше. Так, принадлежащая Google лаборатория DeepMind разработала программу по игре в го AlphaGo Zero. Еще раньше ее старший товарищ AlphaGo победил сильнейших людей–игроков в го, но его, по крайней мере, «обучали» сотрудники лаборатории. Новая же версия AlphaGo Zero научилась игре самостоятельно, после чего разгромила саму AlphaGo. Другая «дочка» Google, Google AutoML, научила ИИ писать программы, и эти программы также оказались эффективнее своих аналогов, созданных людьми. Самое свежее направление разработок Google – обучение ИИ «гибкому поведению в моделируемых средах», то есть ориентации и безопасному передвижению в динамичном 3D-пространстве. Это то немногое, чего пока не хватает машинам, чтобы обитать в городах наравне с людьми.

Впрочем, выполнять ограниченный набор функций роботы могут уже сейчас. Робот-полицейский больше не персонаж из фантастического фильма – первый такой «страж порядка» по имени Robocop в мае 2017‑го заступил на боевое дежурство в Дубае. К 2030 году дубайцы намерены создать полицейский участок из одних роботов. В Великобритании роботы почти без помощи людей засеяли гектар ячменя и собрали урожай. В Японии робота Pepper «приняли» на работу буддийским священником. Другого робота, Kuratas, японцы запрограммировали на единоборства – после этого он сошелся в первом международном бою роботов с американским MegaBot Mk.III и проиграл.

Вообще, с каждым годом роботы становятся мобильнее и проворнее: еще недавно они с трудом держались на ногах, а теперь робот Atlas от Boston Dynamics делает сальто назад, его «одноклассник» Handle перепрыгивает препятствия на ходу. Японские роботы Kenshiro и Kengoro, имитирующие своей конструкцией анатомию человека, ловко отжимаются и приседают. Есть чем похвастать и России: прошлым летом созданный в Магнитогорске робот Федор первым в мире сел на шпагат.

Гаджет есть – ума не надо

Показательно, что наработки в области ИИ сегодня не задерживаются в лабораториях и не присваиваются спецслужбами, а почти сразу внедряются в потребительскую электронику. Последние тренды в области «гаджетостроения» легко отследить по ассортименту выставки CES, проходящей в Лас-Вегасе в начале января. В 2017‑м на ней доминировали те самые голосовые помощники и многочисленные «умные» приборы, созданные на их основе. В течение года такие «диковинки» анонсировались регулярно: от дивана (производитель Miliboo), следящего за вашим состоянием в процессе просмотра ТВ, до бюстгальтера Smart Breast Pump (Willow), автоматически сцеживающего грудное молоко; от системы датчиков (DFree) для экстренной помощи пожилым людям до наушников Pixel Buds (Google), подсказывающих своему владельцу дорогу и переводящих иностранную речь в момент разговора. Считается, что эра «интернета вещей» только наступает, правда, чтобы устройства могли обмениваться информацией друг с другом, необходимо развитие сетей 5G со скоростью соединения до 800 Мбит/сек. Кстати, в декабре стало известно, что в России развитие 5G откладывается – заявки мобильных операторов на выделение им соответствующих частот заблокировали «Роскосмос» и ФСО.

Сквозной же темой нынешней выставки CES, судя по всему, становится дополненная реальность (augmented reality – AR), о которой широкая публика узнала лишь благодаря игре PokemonGo. Корпорации всячески стимулируют разработчиков создавать приложения на основе AR: летом Google выпустил для них набор инструментов ARCore, вскоре Apple присоединилась с аналогичным проектом ARKit. Для тех, кому недостаточно «приукрасить» реальность на экране смартфона, создаются специальные очки – Magic Leap от одноименной компании (должны поступить в продажу в этом году) и Hololens от Microsoft. В Samsung же разработали AR-очки Relumino для помощи слабовидящим: устройство делает изображение на линзах более четким и красочным.

Впрочем, все эти новинки померкнут, если Samsung удастся презентовать самый революционный гаджет года – складной смартфон с гибким дисплеем с рабочим названием Galaxy Note X. Южнокорейская компания несколько лет нацеливается покорить рынок этим продуктом – первый прототип под названием Youm был представлен в 2012 году. «Когда мы решим все существующие проблемы, мы запустим этот продукт», – обещал год назад глава мобильного бизнеса Samsung Дунджин Кох. По слухам, до конца 2018‑го премьера все же состоится.

Отпусти баранку, шофер

Другая революция разворачивается в транспортной сфере. Не случайно на выставке CES‑2018 транспортный отдел представлен как никогда широко. Главный тренд – электромобилизация. В последние два-три года появилось более десятка стартапов, заявивших о готовности бороться за рынок электрокаров с Tesla Motors Илона Маска, и некоторые из них привезли свои концепт-модели в Лас-Вегас. Среди них – премиум-кроссовер FF91 от Faraday Future, EMotion от Fisker, проезжающий без подзарядки 643 км (цена также впечатляет – $129 тыс.), и китайский Byton Concept EV, ориентирующийся на бюджетный сегмент. Тем временем сам Илон Маск озаботился электротранспортом для грузовых перевозок – в ноябре он представил фуру Tesla Semi грузоподъемностью до 36 тонн и стоимостью до $200 тыс. Почти сразу поступили предзаказы со стороны крупных американских компаний: Walmart запросила 15 грузовиков, Anheuser-Busch – 40, Sysco – 50, PepsiCo – 100. Соперники у Маска будут и здесь – в июле Daimler запустил в Португалии завод по производству электрогрузовиков Fuso eCanter, а в декабре Renault скооперировалась с китайским Brilliance China Automotive, чтобы превзойти всех в массовости и дешевизне фургонов.

Междугородние же поездки в будущем рассчитывает взять на себя Hyperloop – герметичная вакуумная труба, в которой левитирующие вагоны-капсулы могут разгоняться до 1200 км/ч. Претворением в жизнь смелого проекта занимаются три компании – Hyperloop Transportation Technologies (HTT) Дирка Алборна, Hyperloop One Ричарда Брэнсона и The Boring Company Илона Маска. Первая в наступившем году рассчитывает построить опытную капсулу и начать ее испытания в Тулузе. Вторая, уже разогнав свою капсулу до 387 км/ч в прошлом году, намерена побить этот рекорд. А Маск опять всех опередил: его компания уже подписала соглашение с властями штата Мэриленд и в январе приступает к строительству первой пассажирской трассы Балтимор – Вашингтон.