MIT каждый год выбирает десять технологий, которые имеют наибольшее значение для человечества. 2023 год не стал исключением, поэтому мы решили бережно перевести этот большой материал для читателей Хабр.

CRISPR для высокого холестерина

За последние десять лет генно-редактирующий инструмент CRISPR стремительно развивался. Он начинался с экспериментальных лечений редких генетических нарушений и недавно расширился до клинических испытаний общих состояний, включая высокий холестерин. 

Почему это важно

Новые формы CRISPR могут пойти еще дальше, а редактирование генов поможет в лечении распространенных заболеваний.

Кто

Verve Therapeutics, Beam Therapeutics, Prime Medicine, Broad Institute.

Когда

В перспективе 10-15 лет.

Подробности

В прошлом году женщина из Новой Зеландии стала первой, кому провели генетическое лечение для постоянного снижения уровня холестерина. У женщины была сердечно-сосудистая болезнь и наследственный риск высокого холестерина. Но ученые, которые следили за экспериментом, считают, что это может помочь многим людям.

Исследование может стать переломным моментом для инструмента редактирования генов CRISPR, который они использовали. С момента первого программирования технологии для редактирования геномов прошло десять лет. CRISPR перешел от научных лабораторий к клиникам, и первые экспериментальные лечения были направлены на редкие генетические нарушения. Лечение высокого холестерина имеет более широкий потенциал.

Лечение снижения холестерина, которое разработала компания Verve Therapeutics, основывается на форме редактирования генов. Ее еще называют редактированием оснований, или «CRISPR 2.0». Это более целенаправленный подход: вместо того, чтобы делать разрезы для отключения определенных генов, ученые теперь могут заменить одно основание ДНК на другое. В теории это должно быть безопаснее, потому что сокращается вероятность возможных ошибок, которые могут возникнуть, когда ДНК восстанавливается после разреза.

Еще более новая форма CRISPR может продвинуться еще дальше. Первичное редактирование генов с помощью технологии Prime или «CRISPR 3.0» позволяет ученым вставлять участки ДНК в геном. Если это будет работать на людях, то ученые смогут заменять гены, которые вызывают заболевания.

Новые формы CRISPR расширят область применения генного редактирования для борьбы с множеством состояний, и не все из них генетические. Возможно, люди в будущем смогут добавлять гены в свой генетический код, чтобы защитить себя от высокого кровяного давления или определенных заболеваний.

На данный момент лечение с использованием CRISPR носит экспериментальный характер. Пока нет ясности, насколько они безопасны для человека. Некоторые ученые утверждают, что следует сосредоточиться на лечении пациентов с тяжелыми заболеваниями. Однако, если новые формы CRISPR действительно сработают, они могут помочь многим людям.

Искусственный интеллект, который создает изображения

2023 стал годом художников-искусственных интеллектов. Модели ПО, которые разработали Google, OpenAI и другие компании, теперь могут генерировать произведения искусства на основе всего нескольких текстовых запросов. Достаточно ввести короткое описание чего угодно, и через несколько секунд можно получить готовую картинку.

Почему это важно

AI-модели, которые генерируют изображения с помощью простых запросов, сейчас превращаются в мощные творческие и коммерческие инструменты.

Кто

OpenAI, Stability AI, Midjourney, Google.

Когда

Сейчас.

Подробности

OpenAI представила миру странные и удивительные комбинации, когда в 2021 году выпустила модель преобразования текста в изображение DALL-E. На основе короткого описания программа выдавала готовую картинку за секунды. DALL-E 2, которую представили в апреле 2022 года, стал огромным шагом вперед. Google тоже запустил свой AI для создания изображений — Imagen.

Однако самым большим изменением стала Stable Diffusion — открытая модель преобразования текста в изображение, выпущенная бесплатно британским стартапом Stability AI в августе. Stable Diffusion не только может создавать потрясающие изображения, но и был разработан для работы на (хорошем) домашнем компьютере.

Stability AI подлил масла в огонь творчества и инноваций, когда модель преобразования текста в изображение стала доступна для всех. Миллионы людей создали десятки миллионов изображений за несколько месяцев, но возникли и проблемы. Художники оказались в центре одного из самых больших потрясений за десятилетие.

Технологию уже постепенно внедряют в коммерческое программное обеспечение, например, Photoshop. Художники по визуальным эффектам и студии видеоигр изучают, как это может ускорить разработку. Технология преобразования текста в изображение уже продвинулась до преобразования текста в видео.

Пока длительность AI-сгенерированных видеоклипов, которые продемонстрировали Google и Meta за последние несколько месяцев, составляет всего несколько секунд, но скоро это изменится. Возможно, в будущем, чтобы создать фильм, достаточно будет передать сценарий картины ИИ.

Архитектура чипа, который меняет все

Сейчас происходит глубокое изменение в индустрии микросхем. Производители долгое время получали лицензии на дизайн чипов от нескольких крупных компаний. Теперь создание чипов станет доступным для всех благодаря открытому стандарту RISC-V.

Почему это важно

Конструкции компьютерных чипов дорогие и сложные в лицензировании. Благодаря стандарту RISC-V это все скоро изменится. Многие стартапы уже стали изучать новые возможности и активно использовать общедоступный бесплатный стандарт. 

Кто

RISC-V International, Intel, SiFive, SemiFive, Китайская альянс индустрии RISC-V.

Когда

Сейчас.

Подробности

Когда-нибудь задумывались, как ваш смартфон подключается к Bluetooth-динамику, если они были изготовлены разными компаниями? Дело в том, что Bluetooth — это открытый стандарт, то есть его технические характеристики общедоступны, такие как необходимая частота и протоколы кодирования данных. Можно привести еще несколько примеров программного и аппаратного обеспечения на основе открытых стандартов, например, Ethernet, Wi-Fi и PDF.

Открытый стандарт RISC-V (произносится как «риск-файв») меняет процесс создания компьютерных чипов. Компании-производители, такие как Intel и Arm, долгое время сохраняли свои чертежи в собственности. Клиенты покупали готовые чипы, которые могли иметь неактуальные для них функции, или платили больше за индивидуальный дизайн. Поскольку RISC-V — это открытый стандарт, теперь любой может бесплатно использовать его для проектирования чипа.

RISC-V определяет нормы проектирования для набора команд компьютерного чипа. Набор команд описывает базовые операции, которые может выполнять чип для изменения значений, представленных его транзисторами, например, как сложить два числа. В самом простом дизайне RISC-V имеется всего 47 инструкций. Однако RISC-V  предлагает и другие нормы дизайна для компаний, которые ищут чипы с более сложными возможностями.

Около 3 100 компаний и академических учреждений по всему миру теперь сотрудничают через некоммерческую организацию RISC-V International для установления и разработки этих норм. В феврале 2022 года Intel объявила о создании фонда на один миллиард долларов, который поддержит компании, разрабатывающие чипы на базе RISC-V.

Чипы RISC-V уже начали появляться в наушниках, жестких дисках и процессорах искусственного интеллекта, при этом уже отгружено 10 миллиардов ядер. Компании также работают над дизайнами RISC-V для дата-центров и космических аппаратов. Через несколько лет, как предсказывают сторонники RISC-V, такие чипы будут применять повсеместно.

Массовые военные дроны

Военные дроны раньше были недоступны для небольших стран из-за их высокой стоимости и строгих экспортных контрольных мер. Сейчас прогресс в области потребительской комплектации и коммуникационных технологий помог производителям дронов создавать сложные военные машины по более низким ценам.

Почему это важно

Турецкий Bayraktar TB2 и другие дешевые дроны изменили характер ведения войны с использованием дронов.

Кто

Baykar Technologies, Shahed Aviation Industries.

Когда

Сейчас.

Подробности

Десятилетия высокоточные американские беспилотники, такие как Predator и Reaper, доминировали в дроновой войне. Сейчас в военных конфликтах стали широко использовать недорогие модели из Китая, Ирана и Турции.

Некоторые новые дроны представляют собой готовые квадрокоптеры, такие как те, которые производит DJI для разведки и ближнего боя. Другие, например, иранские взрывающиеся дроны Shahed, стоят 30 000 долларов и способны выполнять миссии на дальние расстояния. Но самый заметный — это дрон Bayraktar TB2. Его производит турецкая корпорация Baykar, а стоимость беспилотников доходит до 5 миллионов долларов.

TB2 представляет собой комплекс подходящих деталей, собранных в летающем корпусе. Он развивает скорость до 222 км/ч и имеет радиус связи около 300 километров. Baykar заявляет, что он может оставаться в воздухе в течение 27 часов и передавать видео наземным станциям. TB2 становится мощным инструментом как для наведения лазерно-управляемых бомб, установленных на его крыльях, так и для управления артиллерийскими залпами с земли.

Самое главное преимущество ТВ2 — это его доступность. Их может себе позволить любая, даже самая небольшая страна. Тогда как американские дроны, такие как Reaper, дорого стоят и подвержены строгим экспортным ограничениям.

Тактические преимущества беспилотников очевидны, но такое оружие будут причинять большой ущерб мирному населению по всему миру. Турецкая армия использовала эти дроны против курдов в 2016 году. С тех пор они были использованы в Ливии, Сирии и Эфиопии и Азербайджаном во время войны против Армении.

Таблетки для аборта через телемедицину

Аборт перестал быть конституционным правом в США в 2022 году, и запреты штатов теперь мешают многим людям получить доступ к ним. В связи с этим медицинские работники и стартапы обратились к телемедицине для назначения и доставки таблеток.

Почему это важно

Медикаментозные аборты позволяют проводить безопасные аборты дома. Сейчас они становятся все более распространенным, потому что Верховный суд США в 2022 отменил решение по делу «Роу против Уэйда», которое давало женщинам право прервать беременность до тех пор, пока плод не станет жизнеспособным.

Кто

Choix, Hey Jane, Aid Access, Just the Pill, Abortion on Demand, Planned Parenthood, Plan C.

Когда

Сейчас.

Подробности

Сделать аборт в США стало сложнее, но это подтолкнуло развитие телемедицины. Во время пандемии в 2021 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США временно разрешило медработникам отправлять пациентам по почте таблетки мифепристон и мизопростол, которые при совместном приеме могут вызвать аборт. За несколько лет до этого решения FDA признало таблетки безопасными и эффективными для прекращения беременности в первом триместре, и к 2020 году они составляли более половины всех абортов в США. В конце 2021 года FDA приняло свое решение постоянным.

Через шесть месяцев Верховный суд США постановил, что аборт не является конституционным правом. Когда вступили в силу законы Штатов, запрещающие аборт, спрос на абортивные таблетки возрос.

Некоммерческие организации, такие как Aid Access и стартапы Choix, Just the Pill и Hey Jane, были готовы помочь. Пациенты регистрировались с фото-ID, консультировались с медицинским работником по видеозвонку, текстовые сообщения или приложение. Медицинский работник выписывает рецепт на таблетки, после чего его отправляли по почте пациенту.

Проблема доступности медикаментозного аборта еще не решена. Aid Access со штаб-квартирой в Европе уникальна тем, что отравляет таблетки в любой штат США, но большинство стартапов подчиняются законам штатов. Поэтому люди из 13 штатов, где запрещен аборт, и в дополнительных семи штатах, где врач должен выписать лекарства лично, должны пересекать границы штатов или создавать альтернативный почтовый адрес, чтобы получить медикаменты.

Телемедицина и доставка таблеток для аборта на дому стали одним из самых важных технологических прорывов 2023 года. В условиях ужесточения законодательства в отношении абортов в США эти технологии стали решением, которое сделало доступными медикаментозные аборты для женщин, которые нуждаются в них.

Обновление: В январе 2023 года FDA сообщило, что разрешит онлайн-аптекам и розничным аптекам выдавать таблетки для аборта пациентам, у которых есть рецепт. Это решение может расширить доступ к этим лекарства в штатах, где такой способ разрешен.

Органы по требованию

Ежедневно в США в среднем 17 человек умирают, ожидая трансплантации. Ученые генетически модифицируют свиней, органы которых могут быть пересажены человеку, и создают 3D-печать легких с использованием собственных клеток пациента.

Почему это важно

В будущем множество человеческих жизней можно будет сохранить с помощью искусственно созданных органов или органов животных.

Кто

eGenesis, Makana Therapeutics, United Therapeutics.

Когда

В перспективе 10-15 лет.

Подробности

Ежегодно в мире проводится около 130 000 пересадок органов, но гораздо больше людей умирают в ожидании попадания в список или самой операции. В 2022 году на протяжении двух месяцев 57-летний мужчина по имени Дэвид Беннетт жил с сердцем свиньи, которое билось в его груди.

Органы животных — одно из возможных решений, но пока сложно преодолеть естественное отторжение человеческого организма. Например, сахара на поверхности тканей свиньи могут вызвать атаку иммунной системы пациента. Лекарства снижают реакцию, но часто этого недостаточно, поэтому биотехнологические компании используют генное редактирование для модификации свиней: удаляют молекулы сахара и добавляют другие гены.

С помощью редактирования ДНК свиней несколько биотехнологических компаний уже создали животных, органы которых более совместимы с человеческими телами. Хотя Беннетт умер, и в пересаженном органе ученые обнаружили вирус, врачи утверждают, что у сердца свиньи не было классических признаков отторжения органа. Теперь они планируют исследования с большим количеством пациентов.

В будущем инженерия органов, возможно, вообще не будет включать животных. Ученые уже начали изучать создания сложных тканей с нуля. Некоторые из них занимаются 3D-печатью каркасов в форме легких, другие выращивают клетки-предшественники, которые имитируют определенные органы. В долгосрочной перспективе исследователи планируют выращивать индивидуальные органы на заводах.

Неважно, будут ли ученые выращивать органы у животных или создавать их на производственных мощностях, главное, что они сделают трансплантацию более доступной для людей, которым необходима помощь.

Неизбежность электромобиля

Электромобили, наконец, становятся доступным видом транспорта: батареи стали дешевле, а страны вводят строгие нормы выбросов или полностью запрещают автомобили, которые работают на бензине. Крупные автопроизводители планируют перейти полностью на электрические автомобили. Постепенно у автолюбителей появится больше причин присмотреться к этому экологичному виду транспорта.

Почему это важно

Электромобили существуют уже несколько десятилетий, но теперь они стали массовыми и это положительно отразится на экологии.

Кто

BYD, Hyundai, Tesla, Volkswagen.

Когда

Сейчас.

Подробности

Раньше продажи электромобилей медленно росли годами, но теперь они стремительно увеличились. Автомобили и грузовики, не выбрасывающие вредные вещества, в 2022 году составили 13% всех продаж новых автомобилей по всему миру. По данным Международного энергетического агентства, это втрое превышает показатели 2020 года. К концу текущего десятилетия их доля может достигнуть около 30%.

Электромобили перешли от статуса нишевого выбора к основному сегменту. Страны по всему миру принимают меры, которые вынуждают автопроизводителей перестраивать свой бизнес и производство, и поощряют потребителей перейти на электромобили. Калифорния и Нью-Йорк требуют, чтобы все новые легковые автомобили, грузовики и внедорожники были без выбросов до 2035 года, а Европейский союз находится на заключительной стадии принятия аналогичного правила.

Автомобильные компании, в свою очередь, создают новые логистические цепочки, развивают производственные мощности и выпускают все больше моделей с лучшей производительностью в разных ценовых категориях и типах продукции. Например, крошечный китайский автомобиль Hongguang Mini стал самым продаваемым электромобилем в мире. Модели различных размеров и цен от Chevrolet Bolt до Ford F-150 Lightning сейчас привлекают все больше американцев.

Из-за растущего ассортимента двух- и трехколесных транспортных средств от Hero Electric, Ather и других компаний продажи электромобилей в Индии за последний год возросли в три раза, хотя общее число все еще составляет около 430,000.

Несмотря на то, что становится ясно, что эпоха автомобилей с высоким расходом топлива угасает, развитие электротранспорта связано с некоторыми проблемами:

• большинство электромобилей сейчас достаточно дорогие, поэтому не все потребители могут себе их позволить;

• не во всех странах есть достаточное количество зарядок для транспорта;

• необходимо производить достаточное количество электроэнергии, чтобы обеспечить рост потребности в зарядке электромобилей;

• требуется масштабная работа по производству достаточного количества аккумуляторов.

Телескоп Джеймса Уэбба

Началась новая эра астрономии, когда все увидели первые захватывающие изображения далекого космоса, который сделал самый мощный космический телескоп в мире. Теперь открытия будут происходить почти так же быстро, как ученые смогут анализировать поступающие данные.

Почему это важно

Чудо точной инженерной мысли JWST может произвести революцию в представлении человечества о ранней Вселенной и дать возможность ученым быстрее делать новые открытия.

Кто

NASA, European Space Agency, Canadian Space Agency, Space Telescope Science Institute.

Когда

Сейчас.

Подробности

В декабре 2021 года, после десятилетий работы агентства, NASA запустили в космос телескоп Джеймса Уэбба (James Webb Space Telescope, JWST). Это крупнейший телескоп, когда-либо отправленный в космос. Он более чем в 100 раз мощнее своего предшественника — космического телескопа Хаббла. Телескоп создан при сотрудничестве США, Европы и Канады, а его стоимость составляет 10 миллиардов долларов.

JWST разработали специально для обнаружения инфракрасного излучения. Он может проникать сквозь пыль и заглядывать в далекое прошлое, к периоду формирования первых звезд и галактик во Вселенной.

Его главное зеркало имеет диаметр 21 фут и втрое больше диаметра зеркала Хаббла, что дает ему гораздо большую пропускную способность. Он оснащен защитным экраном размером с теннисный корт, который защищает зеркало и инструменты от тепла и света Солнца. Чтобы доставить телескоп в космос, инженеры спроектировали зеркало и защитный экран JWST таким образом, чтобы они могли сложиться и поместиться в носовую часть ракеты. 

Астрономы надеются, что с помощью телескопа они смогут восстановить историю формирования первых галактик во Вселенной после Большого Взрыва. Однако это не единственная цель JWST. Телескоп можно будет использовать для других астрономических исследований. Он может предоставить информацию о планетах в других солнечных системах, узнать состав их атмосферы.

Новые открытия будут происходить практически ежедневно. Это продолжится на протяжении всего срока службы телескопа, который ученые оценивают более чем в 20 лет.

Анализ древней ДНК

Современные инструменты геномного секвенирования позволяют считывать старые цепочки человеческой ДНК. Изучение генов древних людей расскажет ученым многое о том, кто мы такие и почему современный мир выглядит так, а не иначе. Новые технологии помогут понять жизнь обычных людей тех времен, а не только тех, кто мог позволить себе роскошные похороны.

Почему это важно

Новые методы анализа позволяют прочитать поврежденную ДНК и таким образом сделать потрясающие открытия о глубоком прошлом.

Кто

Институт имени Макса Планка по эволюционной антропологии и лаборатория Дэвида Райха в Гарвардском университете.

Когда

Сейчас.

Подробности

Долгое время ученым требовалось много времени и лучшие инструменты, чтобы изучить зубы и кости древних людей. Раньше им приходилось просматривать множество останков, чтобы найти хорошо сохраненный образец для анализа. Теперь более доступные техники и новые методы позволяют читать поврежденную ДНК с помощью коммерческих секвенаторов.

Сегодня ученые могут анализировать микроскопические следы ДНК, найденные в земле, в которую мочились неандертальцы, без необходимости использования зубов или костей. После того как генетик из Института имени Макса Планка по эволюционной антропологии Сванте Паабо получил Нобелевскую премию за свою фундаментальную работу, палеогенетика стала еще активнее развиваться.

Анализ древней ДНК привел к открытию двух вымерших видов людей: Homo luzonensis и денисовцев. У современных людей оказалось значительное количество ДНК денисовцев и неандертальцев. Количество древних человеческих особей, для которых теперь есть данные полного генома, резко возросло: с пяти в 2010 году до 5 550 в 2020 году.

Анализ ДНК доказывает, что население Индии произошло от смеси предков. Эти техники подрывают кастовую систему. ДНК с поля битвы на Сицилии возрастом 2 500 лет показала, что армии древних греков были более разнообразными, чем описывали историки.

Старые образцы также могут раскрыть современные медицинские загадки. В прошлом году ученым удалось выявить единственную мутацию, которая повышает вероятность выживания при Черной Смерти на 40%, а также является фактором риска для аутоиммунных заболеваний, таких как болезнь Крона.

Различия в традициях и верованиях культур относительно обращения с человеческими останками будут, как и прежде, создавать этические и логистические вопросы для ученых, которые стремятся работать с древней ДНК. Однако ее открытия уже переписывают историю.

Анализ древней ДНК стал мощным инструментом для изучения прошлого человечества. Он помогает лучше понять генетическую историю, происхождение  предков человека и миграции населения. Эти исследования позволяют смотреть вглубь времени и расширять понимание эволюции и разнообразия человеческой расы.

Также анализ древней ДНК имеет практическую значимость. Он может помочь в решении медицинских загадок, исследовании эпидемиологии и распространения заболеваний, а также в разработке новых методов лечения и профилактики. Это открывает новые перспективы для медицины и биологии.

Переработка аккумуляторов

Переработка может предотвратить рост гор непригодных батарей, которые попадают на свалки, и стать необходимым источником металлов для питания будущих электромобилей. Сейчас компании строят специальные объекты, которые будут извлекать литий, никель и кобальт, и передавать эти металлы обратно производителям литий-ионных батарей, помогая снизить их стоимость.

Почему это важно

Новые способы восстановления важнейших металлов в аккумуляторах могут сделать электромобили более доступными.

Кто

CATL, Umicore, Redwood Materials, Li-Cycle, Cirba.

Когда

Сейчас.

Подробности

Высокоценные металлы, извлеченные из старых ноутбуков, корродированных дрелей и электромобилей, могут питать будущие автомобили. Современные методы  переработки позволяют превратить старые батареи в новые.

С ростом популярности электромобилей востребованность литий-ионных батарей стремительно возрастает. Увеличение использования электромобилей является хорошей новостью для климата. Однако запасы металлов, которые необходимы для производства аккумуляторных ячеек, истощаются, и к 2050 году спрос на литий может вырасти в 20 раз.

Старые методы обработки отработанных батарей не справлялись с надежным извлечением достаточного количества отдельных металлов для экономически целесообразной переработки. Однако новые подходы быстро изменили ситуацию и позволили более эффективно растворять металлы и отделять их от отходов батарей.

Сегодня перерабатывающие предприятия могут восстановить почти все: кобальт, никель и более 80% лития из использованных батарей и отходов от производства батарей. Они планируют продавать эти металлы по цене, конкурентоспособной с добычей.

Китай — мировой лидер по переработке батарей, где доминируют филиалы крупных производителей аккумуляторов, таких как CATL. Американские компании, такие как Redwood Materials и Li-Cycle, быстро наращивают свои мощности при поддержке миллиардов долларов государственных и частных инвестиций.

Ожидается, что спрос на батареи будет планомерно расти в течение десятилетий. Но для удовлетворения этого спроса переработки будет недостаточно, но предприятия по переработке батарей планируют создать запас материалов, необходимых миру для достижения климатических целей.

Заключение: технологии должны приносить пользу всему человечеству

Сейчас технологии стремительно развиваются, они позволяют ученым быстрее делать открытия, сокращать количество рутинной работы, внедрять новые инициативы, которые защищают окружающую среду или делают медицину более доступной. Но в этой бесконечной гонке важно не забывать про этические соображения, нормативно-правовую базу и доступность инноваций, чтобы они приносили пользу всему человечеству.