Завтрашние новости

С каждым годом фантастам и футурологам приходится все сложнее – техника развивается так быстро, что опережает самые безумные и смелые фантазии. Уже можно дома печатать столовые приборы и разные безделушки, используя популярные 3D-принтеры, а с помощью очков дополненной реальности пользоваться Интернетом, в прямом смысле и пальцем не пошевелив. Влияние каких еще новых технологий мы можем ощутить если не завтра, то послезавтра?

1. Спиновые логические микросхемы

В чем соль: Принцип работы этих микросхем такой же, как и у кремниевых биполярных транзисторов. Но вместо кремния главным элементом в них является графен – двумерная модификация углерода толщиной в один атом. Слой графена располагается между двумя проводящими металлами: кобальтом и пермаллоем (сплав никеля и железа) – и исполняет роль барьера, контролирующего магнитную связь между проводниками, которую можно выравнивать параллельно или перпендикулярно. Таким образом за смену состояний отвечает спиновый момент элементарных частиц проводников.

Применение: Размеры микросхем, построенных на транзисторах с графеном, могут измеряться в нановеличинах, что позволит умещать колоссальную вычислительную мощность буквально в кармане. Возникнувшая наноэлектроника повсеместно будет применяться в робототехнике, в медицине. Не за горами появление и синтеза передовых достижений биологии и электроники. Киборги ждут нас.

Перспективы: Кажутся безграничными. Но, как известно, трудности возникают в процессе работы, и какие препятствия могут появиться на пути от разработки до промышленного производства, пока неизвестно – тонкости и детали технологии ученые держат в секрете. 

2. Опреснение морской воды графеном

В чем соль: Соль – в ее отсутствии. Lockheed Martin предложили принципиально новый подход к опреснению морской воды. Фильтр из графена будет пропускать воду на молекулярном уровне – через его поры смогут пройти только частицы воды, а все, что крупнее, в том числе и различные растворенные в ней соли, останется снаружи.

Применение: Энергозатраты такого опреснения гораздо меньше двух наиболее популярных способов получения питьевой воды из морской: дистилляция кипячением и обратный осмос. Прочность графена позволяет делать фильтры многоразовыми.

Перспективы: Lockheed Martin обещают предоставить прототип к концу 2013 года. Найти питьевую воду на планете, где водой покрыто больше 70 % поверхности, становится все сложнее и сложнее. А для некоторых регионов это практически невозможно. Если Lockheed Martin сделают то, что обещают, то бояться войн за пресную воду не стоит.

 3. Самолет FanWing 

В чем соль: FanWing не использует турбин или пропеллеров. Вместо них на протяжении всего крыла расположены барабанные роторы, внешне похожие на барабаны газонокосилок. Такие крылья сами создают сильные потоки воздуха, направленные назад и вниз, позволяя самолету взлетать с пробегом не более 15 м. 

Применение: Вес самолета составит 350 кг. Полезная нагрузка может достигать 250 кг. Необходимая мощность двигателя – меньше 100 лошадиных сил, что позволит производить их в большом количестве и по низкой цене. Одно из применений – воздушное такси. Подобные услуги предлагают авиакомпании, владеющие вертолетами, но FanWing может их сильно потеснить. Ну и срочная курьерская доставка, которая весьма актуальна в Европе. Осталось урегулировать правила пользования воздушным пространством.

Перспективы: Беспилотники FanWing уже показали свою эффективность. А первый рабочий прототип управляемого самолета с двумя местами для пассажиров будет представлен в июле этого года на авиашоу Oshkosh EAA Air Venture 2013.

4. Беспроводная передача данных со скоростью 2,5 Тбит/с

В чем соль: Уже в середине 2012 года учеными NASA установлен абсолютный рекорд по скорости передачи данных через беспроводное подключение. Чтобы «разогнать» информацию до 2,5 Тбит/с, было объединено 8 потоков по 300 Гбит/с каждый. Такую скорость получили благодаря использованию орбитального углового и спинового углового момента – исследователям удалось скомбинировать собственный (спиновый) момент частиц и момент, связанный с движением частиц (орбитальный). 

Применение: Пока что разработка носит сугубо лабораторный характер, но все-таки иметь возможность качать полноценные Blu-Ray фильмы за одну секунду – крутое достижение.

Перспективы: К сожалению, сами же разработчики говорят, что обеспечить такую скорость хотя бы на расстоянии до километра им вряд ли удастся. С другой стороны, использовать такие мощности для локального датацентра, располагающегося в одном здании, будет очень кстати – чем меньше проводов, тем меньше вероятность, что они станут причиной неисправности.

5. Рельсовая пушка с управляемыми снарядами 

В чем соль: Классическая рельсовая пушка, или рельсотрон, – перспективное оружие. Она состоит из двух параллельных электродов, называемых рельсами, на которые подается мощный постоянный ток, и снаряда (электропроводной массы), находящегося между ними и замыкающего цепь. Снаряд разгоняется под действием силы Лоренца, то есть за счет воздействия электромагнитного поля. В случае если снаряд является проводящей средой, после подачи напряжения на рельсы он разогревается и сгорает, превращаясь в токопроводную плазму, которая далее также разгоняется. В феврале 2012 года американцами был продемонстрирован предсерийный образец. Теперь они проектируют систему корректировки ведения огня при помощи GPS. 

Применение: Скорость снаряда может достигать 2520 м/с (9000 км/ч) и поражать цели на расстоянии до 115 км. В случае попадания такого снаряда во вражеский корабль можно будет хоронить и корабль, и всю команду. Наглядно эффект такого оружия показан в фантастическом боевике «Трансформеры 3» (США, 2011).

Перспективы: Пока у американцев нет таких электронных мощностей, чтобы обеспечить работу этой пушки не в лаборатории, а на корабле. Проблему должен решить выпуск эсминцев нового поколения Zumwalt, намеченный на 2015 год. Если пушка получит рабочую систему корректировки ведения огня и будет успешно размещена и испытана на корабле, то ответить ей будет тяжело. Но чем черт не шутит? Хочется верить, что и российский оборонно-промышленный комплекс еще не растерял своей силы.

Использовать первые образцы грозного оружия можно будет только против наземных и наводных целей, а значит, ядерный паритет в силе. В ближайшее время баланс вооружения останется прежним. 

6. Квантовый роутер

В чем соль: В качестве сигнала используются не электрические импульсы, а вертикально и горизонтально поляризованные фотоны. Причем используются не только два фотона, формально обозначающих 1 и 0, но и третий, который получается их наложением друг на друга. То есть передача данных происходит не в бинарном, а в тернарном (троичном) виде. При попадании на вход устройства (роутера) этот результирующий фотон декодируется в два фотона меньшей мощности, один из которых используется в качестве управляющего сигнала, определяющего назначение информационной составляющей. Сам роутер представляет собой систему полузеркальных элементов, которые работают как ворота для фотонов, пропуская их только в том направлении, в котором позволяет поляризация управляющего фотона.

Применение: Реальные устройства, работающие на тернарной логике, внесут коррективы в развитие технологий ближайших десятилетий. Объем информации и скорость ее обработки увеличится в сотни раз. По ощущению это будет похоже на переход с интернет-соединения через телефонную сеть на оптоволокно. Маленькая дверь в огромный мир неизведанного квантового Интернета.

Перспективы: Хотя эта разработка пока не вышла за пределы лаборатории, рабочий прототип существует. Квантовый роутер – вполне логичное приложение к компьютеру, обрабатывающему информацию в троичной логике. А к нему ученые пытаются приблизиться уже давно.

7. Спрей для внутреннего лечения сердечных заболеваний

В чем соль: Для непосредственного восстановления сердца можно использовать специальный биоэлектрический спрей, состоящий из клеток сердца, готовых занять место поврежденных прямо на поверхности мышцы. Для того чтобы клетки спрея правильно заполнили необходимую область, они подаются через иглу, заряженную вплоть до 30 000 В. Этот заряд позволяет расположиться клеткам в верном направлении относительно уже существующих тканей.

Применение: Данный препарат призван полностью восстанавливать одну из самых важных мышц человеческого организма – сердце. Исследователи British Heart Foundation говорят, что разработка предназначена для устранения последствий инфарктов – рубцов, которые образуются на сердце и в будущем могут стать причиной многих заболеваний, таких как инсульт.

Перспективы: По прогнозам Всемирной Организации Здравоохранения в 2030 году сердечно-сосудистые заболевания, которые и сегодня являются основной причиной смертности в развитых странах, «выкосят» около 23,6 миллиона человек. Технология, позволяющая полностью восстанавливать миокард после инфарктов, фактически нейтрализует главную угрозу здоровью и жизни взрослого населения.

8. Микрочипы в таблетках

В чем соль: Кремниевый чип с пластинами магния и меди размером с песчинку помещается в таблетку. При попадании в желудок он начинает реагировать с желудочным соком и выделяет необходимую для функционирования электроэнергию. Пока чип находится внутри организма, он передает информацию на внешнее устройство, закрепленное на поверхности тела. Оно, кстати, тоже функционирует безо всяких элементов питания. 

Применение: Главное преимущество – автоматизация сбора информации о состоянии пациента, о прохождении курса лечения и количестве принимаемых им препаратов. Однозначно позволит определить, принимает человек назначенные таблетки или нет. К тому же получать информацию изнутри без хирургического вмешательства или различных сканирований – очень заманчивая перспектива.

Перспективы: В будущем планируется получать такую информацию, как содержание сахара и другие тесты крови. К тому же разработчики говорят о своем изобретении как об альтернативе магниторезонансной томографии, применение которой может быть ограничено для людей с имплантатами или протезами.

9. Оптические метаматериалы без потери мощности потока фотонов

В чем соль: Искусственный материал для распространения пучков фотонов представляет собой накрест расположенные миниатюрные антенны. Конструкция напоминает лопасти пропеллеров. Эти антенны (вертикальная и горизонтальная) соединены через усилительную схему, расположенную внизу, под ними. Направление тока в схеме определяет направление фотонов.

Применение: Использование такого «материала» вместо классического оптоволокна позволяет передавать потоки фотонов практически без потери мощности. В используемых сейчас оптических проводниках для обеспечения движения фотонов в одном направлении используются изоляторы из дорогостоящих материалов. Они полностью гасят отраженные фотоны, но в то же время уменьшают мощность их прямого тока. Новая технология обходится без изоляторов.

Перспективы: Сделан очередной шаг в сторону увеличения пропускной способности каналов передачи данных. Единственное ограничение, о котором говорят ученые, – в скорости работы интегральной схемы, которая усиливает сигнал. Но ведь скоро появится новый вид транзисторов…

Заметки на полях

Получается, почти все составляющие квантового компьютера изобрели. Есть устройство, способное обработать троичную информацию, есть материалы, способные обеспечить передачу такого сигнала, есть транзисторы, необходимые для работы такого материала. Осталось собрать.

 10. Пространственная операционная среда

В чем соль: Если помните рабочее место главного героя фильма «Особое мнение» Спилберга, то в принципе говорить больше нечего. Перчатки, напичканные электроникой, огромный экран в качестве рабочей поверхности и несколько сенсоров, расположенных над ним. Ну и, конечно же, собственное хитрое программное обеспечение. Все это существует в реальности и зовется G-Speak Spatial Operating Environment.

Применение: Всеми желаемый способ взаимодействия с вычислительной техникой, наконец, доведен до рабочего состояния. Интересный факт: начальником отдела научных исследований компании Oblong Industries, разработавшей G-Speak, является Джон Андеркоффлер, с которым Спилберг и консультировался при использовании дизайна этого интерфейса в кино.

Перспективы: G-Speak была представлена на выставке SIGGRAPH 2012, прошедшей в Лос-Анджелесе в начале августа прошлого года. Вещь действительно завораживающая. Особенно момент, когда в процессе демонстрации человек «перетаскивает» элемент с экрана, расположенного вертикально, на маленький столик перед собой и начинает его там редактировать.

Кому будет удобен такой способ управления интерфейсом? Прежде всего, руководителям: демонстрация различных моделей и графиков становится сплошным удовольствием. Потом – архитекторам и дизайнерам, где часть работы куда удобнее проделать, манипулируя объектами как реальными физическими предметами, а не как проекциями с помощью указателя мыши 

Не надейтесь избавиться...

В ближайшие 20–30 лет мы наверняка будем использовать:

•             Персональные компьютеры

•             USB-устройства

•             Локальные хранилища данных («флешки» карты памяти)

•             Перезаряжаемые «пальчиковые» батарейки

•             Наличные – купюры и монеты

•             Wi-Fi

•             Microsoft Office

•             Лазерные принтеры

•             3,5 мм аудиовыход