инновации в науке и практике
Десять инновационных технологий, которые изменят нашу жизнь
Редакция Scientific American совместно с аналитиками Всемирного экономического форума опросили ведущих экспертов в области технологий, чтобы определить самые интересные и полезные инновации [1].
1. Биопластик из растительных отходов
Пластмассовый мусор, накапливающийся в Мировом океане, — причина гибели морских животных, растений и даже источник человеческих болезней (микропластик может попасть в организм через рыбу). Биопластик может решить эти проблемы, способствуя развитию циклической экономики — он разлагается и превращается в биомассу. Сегодня биопластик изготавливают из кукурузы, сахарного тростника и отработанных жиров и масел, но он не очень прочный и к тому же некрасивый.
Недавняя разработка — метод изготовления пластика из целлюлозы и лигнина (вещества, характеризующего, например, одеревенелые стенки растений). Биопластик, полученный из непищевых сортов растений (например, гигантского тростника), по качествам ничем не уступает обычной пластмассе.
2. Социальные роботы
217 тыс. профессиональных сервисных роботов было продано в 2018 году, это на 61% больше, чем в 2017-м. И продажи продолжают расти — не в последнюю очередь благодаря социальным роботам. Они нужны для взаимодействия с людьми, которым необходимы общение, уход и забота. Социальные роботы оснащены искусственным интеллектом, который помогает им «понять», как надо реагировать на информацию, полученную через камеры и датчики.
Например, человекоподобный робот Пеппер (от SoftBank Robotics) распознает лица, основные человеческие эмоции и участвует в разговоре посредством сенсорного экрана на «груди». Социальные роботы особенно нужны пожилым. Робот PARO в виде тюленя, разработанный Японским национальным институтом передовых промышленных наук и технологий, снимает стресс у людей с болезнью Альцгеймера. Он отзывается на свое имя движениями головы и реагирует на ласку. А робот Mabu (Catalia Health) напоминает престарелым людям, чтобы они чаще гуляли и принимали лекарства.
3. Металинзы
С каждым годом устройства становятся все более компактными, но их оптические компоненты уменьшаются не с такой высокой скоростью. Инженеры выяснили, какие физические законы стоят за их легкими альтернативами — металинзами. Их миниатюрность позволит уменьшить в размерах камеры, оптические датчики для интернета вещей, микроскопы и другое оборудование. Кроме того, ученые разработали металинзы, которые исправляют астигматизм у человека.
4. Потенциальное лекарство от Альцгеймера
Несколько десятилетий назад ученые обнаружили особый класс белков, вызывающих многие болезни: от рака до нейродегенеративных заболеваний. Они называются «внутренне неупорядоченные белки» (ВНБ). Они играют важную роль в частях клеток, называемых безмембранными органеллами. Ученые разработали технологию манипуляции этими органеллами, благодаря чему, вероятно, удастся найти лекарства от болезней, которые вызывают ВНБ.
5. Умные удобрения
Стандартные способы внесения удобрений часто наносят вред окружающей среде. Новая разработка — удобрения с контролируемым высвобождением веществ, которые снабжают почву веществами, когда это необходимо. Они состоят из маленьких капсул, внешняя оболочка которых замедляет проникновение воды внутрь содержимого.
6. Совместное телеприсутствие
Технология совместного телеприсутствия находится в стадии разработки, однако ведущие технологические гиганты, например, Microsoft, вкладывают деньги в развитие этой индустрии. Ожидается, что к 2025 году она будет оцениваться в несколько миллиардов долларов. Фонд XPRIZE Питера Диамандиса объявил о начале конкурса ANPR Avatar XPRIZE. Его победитель получит средства на разработку технологий, которые позволят людям ощущать присутствие друг друга, даже если они будут находиться на разных концах Земли.
7. Блокчейн против пищевых отравлений
Снизить количество пищевых отравлений можно с помощью блокчейна. Инновационный метод использования этого инструмента в промышленности применяется для отслеживания продуктов. С помощью блокчейна продавцы могут сразу же вывести испорченную еду из обращения и уничтожить лишь запасы, полученные из того же источника. Кроме того, некоторые компании начали производить упаковки с датчиками, которые контролируют качество продуктов и указывают на истекающий срок годности.
8. Безопасные ядерные реакторы
Многие производители (например, Westinghouse Electric Company, Framatome) форсируют разработку ядерного топлива, устойчивого к перегреву. Такое топливо почти не вырабатывает водород или вырабатывает его очень мало. Новейшие модели ядерных реакторов вместо воды для охлаждения используют жидкий натрий или расплавленную соль, которые не могут производить водород.
9. Хранение данных в ДНК
Жесткий диск или флешка могут потеряться или устареть, поэтому ученые нашли альтернативу традиционным носителям информации — это ДНК. Информацию об организме, которая хранится в ДНК, без труда считывают, синтезируют и копируют. А последние достижения в секвенировании (то есть, определении аминокислотной и нуклеотидной последовательности) ДНК — это использование штрих-кодирования, когда последовательность ДНК используется в качестве маркеров молекулярной идентификации. Благодаря этому ученые продвинулись в изобретении новых методов лечения и в борьбе с лекарственной устойчивостью.
10. Сетевые накопители энергии
Энергетики прогнозируют, что в течение следующего десятилетия литий-ионные аккумуляторы будут использовать чаще всего. Постоянно совершенствующиеся технологии приведут к тому, что аккумуляторы скоро смогут хранить вдвое больший запас энергии, чем есть сейчас.
Как вузам России выйти на мировой уровень в НИОКР: пять факторов успеха
В материале использованы кейсы и мнения, озвученные в рамках круглого стола образовательной платформы «Юрайт» «Наука побеждать: куда наука ведет университет» с участием проректоров российских вузов.
По данным одного из главных международных рейтингов The World University Rankings, лишь 16 российских вузов сегодня имеют вес в международном научном контексте (вошли в топ-1000). Что нужно, чтобы изменить это — в материале РБК Тренды.
1. Открытость
Наука должна быть прозрачна, исследования — открыты всем уровням заинтересованного сообщества, вне зависимости от ученой степени. Это необходимо для свободного обмена наработками между различными научными школами и странами. Открытые ресурсы, источники и научные журналы способствуют тщательному рецензированию статей и дают опору новым исследованиям. Чтобы «оживить» науку и избежать стагнации, нужна постоянная дискуссия и обмен мнениями — представить такую картину без доступности и открытости научных ресурсов невозможно.
Еще одна задача — способствовать мобильности ученых, которая сегодня однонаправлена. Часто у нас работает схема «отучился в бакалавриате, магистратуре, аспирантуре — пошел работать в вузовскую лабораторию». Но для налаживания связей и диалога научных школ, привлечения зарубежных кадров такой выход из зоны комфорта обязателен. В случае продуктивного и постоянного взаимодействия с внешним миром, обмена сотрудниками, научные исследования получат правильную «подзарядку».
2. Этичность
Сейчас в стране низкая правовая культура — считается, что нет ничего предосудительного в том, чтобы, например, скачать фильм с торрента или установить нелегальное ПО на компьютер. Примерно такая же ситуация с разными форматами научных работ. К примеру, по наблюдениям главного редактора «Юрайта» по контенту Александра Сафонова, около 70% всех публикаций, поступающих в электронное издательство, — плагиат.
«Со студенческой скамьи предполагается, что плагиат — это нормально, и потом сложно объяснить молодому ученому, что в науке надо действовать иначе», — считает Андрей Щербенок, директор-основатель Школы перспективных исследований (SAS) Тюменского государственного университета, PhD, Университет Калифорнии в Беркли.
Воспитание академической этики и неприятия плагиата, фальсификации, так называемого литературного рабства — то, с чего сегодня надо начинать готовить будущих специалистов любой области, в особенности же ученых. В мировом ученом сообществе и на законодательном уровне плагиат фактически приравнивается к интеллектуальному воровству, но в российских вузах все еще встречаются случаи покупки статей и других научных работ, публикаций в журналах для повышения публикационной активности.
3. Современные технологии
Чтобы научная деятельность была осмысленной и адекватной, нужно реализовать ее посредством новейших технологий. И речь не столько об обновлении материально-технической базы, сколько о налаживании взаимодействия между студентами и преподавателями, связей между наукой и образованием. Это задача методистов, организаторов образовательного процесса. Нужно также учить преподавателей актуальным академическим навыкам, например, навыку академического письма и азам цифровой грамотности.
На данный момент на международном уровне котируются единицы отечественных ученых, а большинство наших исследований уже не актуальны. Согласно рейтингу стран мира по уровню научно-исследовательской активности Science and Engineering Indicators 2019, Россия занимает 7-е место, но у нас практически нет «зеленых» исследований, а также инновационных технологических стартапов, на которые сегодня ориентируется мировое научное сообщество.
Налаживание сетевого взаимодействия вузов и коллективного использования сложного оборудования, которое значительно снизило бы расходы университетов, — еще один вызов. Об этом в последнее время говорят и в Минобрнауки, нацеливая Программу стратегического академического лидерства именно на формирование новых связей и кооперацию университетов между собой и другими образовательными организациями. Зачем «изобретать велосипед», если можно попросить у коллег? Например, в МГТУ им. Баумана используется радиотелескоп, на котором студенты и ученые не только Бауманки, но и других учебных заведений выполняют лабораторные работы. К его аппаратуре введен удаленный доступ, что активно использовалось весной в разгар пандемии коронавируса.
4. Ориентация на региональный запрос
Развитие узких ниш и партнерство с бизнесом — секрет востребованности у абитуриентов некоторых провинциальных вузов.
Позволить себе «классическое» многопрофильное обучение могут очень немногие учебные заведения — эта отрасль уже «забита». Для региональных вузов пришло время искать свои уникальные направления подготовки, улавливать запрос региональных предприятий и заниматься исследованиями, ради участия в которых абитуриенты готовы будут приехать учиться из столичных городов.
Это путь наибольшего сопротивления, но, возможно, и единственный шанс составить конкуренцию «классическим» гигантам. Партнерство с бизнесом и работа на развитие региона — это также залог успешного трудоустройства выпускников.
В качестве примера можно привести Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления:
«У нас в университете единственная в России аттестованная лаборатория по испытаниям авиационной техники — это фишка, за которой к нам едут студенты и аспиранты», — делится Игорь Сизов, проректор вуза по научной работе и инновациям.
5. Электронная среда
Развитие электронной вузовской среды — приоритетная задача образовательных организаций. EdTech сегодня предлагает широкие возможности для дистанта и, как показывает практика, лучше адаптироваться к удаленному обучению в период пандемии смогли те университеты, которые уже давно начали внедрять цифровые технологии. А тем, кто приступил к этому в марте, пришлось наверстывать упущенное в условиях коронавирусного цейтнота на фоне недовольства преподавателей, учащихся и их родителей.
Так, Массачусетский технологический институт (MIT) разработал собственный МООК (массовый открытый онлайн-курс) MITx с готовыми бесплатными онлайн-курсами от своих преподавателей по самым разным предметам, доступный во всем мире, а также открытый открытый ресурс с учебными материалами 2,4 тыс. учебных программ. Благодаря этим платформам учащиеся смогли безболезненно перейти на дистант, а преподаватели — почерпнуть новые форматы и идеи для онлайн-обучения, причем не только в самом MIT. Подобные платформы сегодня появляются и у нас — это, например, «Открытое образование», правда, они пока не настолько масштабны.
Отсутствие электронной среды или недостаточный ее уровень сегодня фактически ведут к профанации науки и студенческой практики. Но даже если многие исследования трудно реализовать в дистанте, это не значит, что на время пандемии их надо приостановить. Есть варианты, доказавшие свою эффективность в последние полгода, — в частности, это проведение удаленных исследований с помощью специального оборудования, как в уже упоминавшейся Бауманке.
В будущем, когда все эти вызовы станут средством, отечественные вузы смогут занять высокие позиции в мировых рейтингах по образовательной и научной составляющей, а престиж науки среди молодежи повысится.
Больше информации и новостей о трендах образования в нашем Telegram-канале. Подписывайтесь.
На острие эпохи: семь российских инноваций, которые изменят будущее
В глобальном инновационном индексе за 2019 год Россия расположилась на 46 месте из 129 возможных. При этом эксперты признают, что наша страна — один из лидеров по активности в сфере хай-тек среди стран с низким и средним доходом. По данным НИУ ВШЭ, по интенсивности затрат на инновационные технологии со стороны отраслевых предприятий Россия — в числе передовиков в мире. Более других в инновации вкладываются отечественные промышленные предприятия, следом за ними — сфера услуг, сельское хозяйство и строительство.
Не исключено, что скоро российские ученые и предприниматели будут определять ландшафт глобального рынка хай-тек. Какие из свежих отечественных разработок готовы двигать прогресс уже сейчас?
Почти живая: искусственная рука нового поколения
История MaxBionic — стартапа, который занимается изготовлением передовых бионических протезов — началась с того, что сооснователь проекта Максим Ляшко потерял руку на производстве. А всего через несколько лет MaxBionic привлекла через краудфандинг 1,5 млн руб. и стала самой многообещающей инновационной компанией 2019 года в сфере протезирования.
По фигуре: медицинский экзоскелет
Промышленными экзоскелетами уже мало кого удивишь — многие предприятия в этом году начали тестирование таких устройств, чтобы снизить риск травмирования работников. Но в ExoAtlet пошли дальше, создав экзоскелет для медицинской реабилитации. Он помогает пациентам с параличом нижних конечностей, болезнями опорно-двигательного аппарата или нервной системы передвигаться без посторонней помощи. Люди, которые еще недавно не чувствовали собственные ноги, получают возможность самостоятельно садиться и вставать, подниматься и спускаться по лестницам. В результате, их реабилитация, в том числе психологическая, проходит быстрее, а нагрузка на персонал клиник снижается.
Особенно такая помощь полезна при восстановлении детского здоровья. В сентябре 2019 года на заседании наблюдательного совета Агентства стратегических инициатив (АСИ) был представлен экзоскелет Exoatlet Bambini — новая разработка компании, предназначенная для реабилитации детей и подростков в возрасте от 4 до 13 лет как в стационаре, так и на дому. Его клинические исследования и внедрение в больницах начнутся в 2020 году.
Как закалялась сталь: установка лазерной обработки
Компания «ТермоЛазер» предоставляет услуги термического упрочнения деталей. Недавно «ТермоЛазер» и госкорпорация «Ростех» впервые представили мобильный лазерный комплекс для обработки деталей различного элементного состава и размеров. Использование технологии повышает износостойкость изделий и продлевает срок их службы в несколько раз.
Именно мобильность — главное преимущество роботизированного комплекса. Для термического упрочнения и лазерной наплавки нужны были стационарные условия. Мобильное решение «ТермоЛазера» способно обрабатывать даже крупногабаритные детали, не поддающиеся транспортировке. Это, например, компоненты бортовой обшивки кораблей. При этом не требуется дополнительной механической обработки каждой детали постфактум, которая обычно удлиняет технологический процесс.
Не жарко: система жидкостного охлаждения центров обработки данных
Непосредственное жидкостное охлаждение — еще одно изобретение российских инженеров, отобранное экспертами АСИ в 2019 году. Разработчики Inpro Technologies создали вычислительно-коммуникационный комплекс Liquid Cube, который обеспечивает термостабильный режим работы для систем хранения и обработки данных за счет погружения оборудования в диэлектризованную жидкость. Именно нетоксичная жидкость и способ ее циркуляции в «кубе» является главным секретом разработчиков.
При этом потребляется до 30% меньше электроэнергии, чем при использовании традиционных решений. Комплекс Liquid Cube позволяет ускорить в несколько раз процесс запуска информационной инфраструктуры и снизить операционные издержки на нее почти вполовину. Бизнес получил российское энергоэффективное решение и сможет обрабатывать постоянно растущие объемы информации без существенного роста энергопотребления.
Прорыв за три измерения: 5D-принтер
Волгоградский производитель «СтереоТек» выпустил принтер STE520 с долей отечественных комплектующих 94,5%, который считается первым в мире настольным 5D-принтером. Это не значит, что аппарат может напечатать время и ощущения — просто вместо трех осей координат X, Y и Z он печатает еще в двух плоскостях.
Инновационная технология аддитивной пятиосевой печати позволяет создавать более прочные изделия, чем при обычной 3D-печати. Причем, как утверждают создатели, качество печати с технологией 5Dtech не зависит от формы деталей. Правда, размер изделий пока ограничен: 15х15х15 см. Но это препятствие преодолимо, тем более что технология вызывает большой интерес со стороны авиационных и оборонных предприятий.
5Dtech стала победителем всероссийского конкурса S7 Startup Challenge от фонда «Сколково», завоевала победу на конкурсе «Битва стартапов», а также выиграла в номинации «Инновационный проект года» на конференции 3D Print Expo 2019 года.
С миру по детали: программирование роботов для детей
С помощью ROBBO обучается 50 тыс. детей в более чем 200 школах и 110 кружках в 16 странах мира: России, Финляндии, Таиланде, Великобритании, США, Испании, Вьетнаме, Китае, Казахстане, Белоруссии, Украине, Таджикистане, Израиле, Германии, Италии, а теперь и в Японии. Недавно правительство города Фукуока пригласило ROBBO открыть ROBBO Japan после победы проекта в российско-японском конкурсе технологических проектов Fukuoka Startup Day и успешного тестирования продуктов компании в школах страны.
Против солнца: Big Data для предупреждения эко-катастроф
Студенты Новосибирского государственного технического университета НЭТИ разработали автономную беспроводную система сбора данных (WDAS) для автоматического мониторинга состояния почвы, воздуха, проверки исправности трубопроводов и линий электропередач.
Система состоит из комплекса датчиков, устройства сбора данных и базовой станции. Устройства в режиме реального времени принимают данные об экологической обстановке с различных типов датчиков и передают их на базовую станцию по протоколу LoRa. А уже станция переправляет комплексный отчет по GPRS и/или GSM-каналу на сервер заказчика. Таким образом, компоненты Big Data и сенсорики позволяют отслеживать критический уровень экологического загрязнения по параметрам, которые человеку не подсчитать самостоятельно.
Впрочем, от интересной разработки до ее успешного вывода на рынок — множество препятствий. Не зря одним из ключевых ограничений для инновационного развития России эксперты называют низкий уровень коммерциализации научных разработок. Но перспективы очевидны, Россия имеет все шансы отвоевать себе место в инновационном будущем планеты.
Инновации в науке и технике
Инновации в науке и технике
В отличие от науки, где критерием отбора успешных вариантов являются главным образом внутренние критерии (например красота), в технике они зачастую будут внешними. Иными словами, значимыми здесь выступают не только собственно технические критерии (скажем, эффективность или простота изготовления), но и оригинальность, конструктивность и отсутствие негативных последствий. Кроме того, темп инноваций детерминирован в технической сфере социально-экономическими факторами.
«Инновация и проблема использования» С. Тулмин
В своей работе «Инновация и проблема использования» С. Тулмин для описания взаимодействия трёх автономных эволюционных процессов применяет ту схему, которую он создал для описания процессов развития науки, а именно: создание новых вариантов (фаза мутаций), создание новых вариантов для практического использования (фаза селекции) распространение успешных вариантов внутри каждой сферы на более широкую сферу науки и техники (фаза диффузии и доминирования). Данная схема справедлива так же для описания взаимосвязи техники и производства, причем техника отнюдь не рассматривается как прикладная наука. В данном случае философы науки пытаются перенести модели динамики науки на объяснение развития техники, что требует специального исследования.
Согласно третьей модели, наука развивалась благодаря ориентации на развитие технического инструментария и поэтому представляет собой серию попыток исследовать способ функционирования составляющих элементов этого инструментария. Так, немецкий философ Г. Бёме приводит в качестве примера теорию магнита английского ученого В.Гильберта, основанную на использовании компаса. Такие аналогии просматриваются в возникновении термодинамики на основе технического развития парового двигателя, в научных открытиях Галилея и Торричелли, которые были сделанны на основе практики инженеров, строивших водяные насосы. Отсюда Г. Бёме делает обобщающий вывод о том, что техника ни в коем случае не является применением научных законов, скорее, в технике идет речь о моделировании природы сообразно социальным функциям: «И если говорят, что наука является базисом технологии, то можно точно так же сказать, что технология дает основу науке. Существует исходное единство науки и технологии Нового времени, которое имеет свой источник в эпохе Ренессанса. Тогда механика впервые выступила как наука, как исследование природы в технических условиях (эксперимента) и с помощью технических моделей (например, часов и т.п.)». Данная модель отчасти адекватна действительной истории науки и техники, ибо прогресс науки зависел в значительной степени от изобретения соответствующих научных инструментов.
Четвертая модель противоположна, так как она исходит из того, что техника науки, т.е. измерение и эксперимент, во все эпохи обгоняет технику обыденной деятельности человека и общества. Этой точки зрения придерживался, например, французский ученый русского происхождения А.Койре, оспаривавший в своей работе «Галилей» тезис, согласно которому наука Галилея представляет собой не что иное, как продукт деятельности ремесленника или инженера. Он акцентировал внимание на том, что Галилей и Декарт никогда не были ремесленниками и не создали ничего, кроме мыслительных конструкций. Не Галилей учился у ремесленников на венецианских верфях, напротив, он научил их многому. Он был первым, кто создал первые действительно точные научные инструменты телескоп и маятник, которые были результатом физической теории. При создании своего собственного телескопа Галилей не просто усовершенствовал голландскую подзорную трубу, а исходил из оптической теории, стремясь сделать невидимое наблюдаемым, из математического расчета, стремясь достичь точности в наблюдениях и измерениях. Измерительные инструменты, которыми пользовались его предшественники, были по сравнению с приборами Галилея еще ремесленными орудиями. Новая наука заменила расплывчатые и качественные понятия аристотелевской физики системой надежных и строго количественных понятий. Заслуга великого ученого в том, что он заменил обыкновенный опыт основанным на математике и технически совершенным экспериментом. Декартовская и галилеевская наука имела огромное значение для техников и инженеров. То, что на смену миру «приблизительности» и «почти» в создании ремесленниками различных технических сооружений и машин приходит мир новой науки, мир точности и расчета, заслуга не инженеров и техников, а теоретиков и философов. Эта работа была связана с серьёзными систематическими научными (точнее, научно-техническими) исследованиями. В то же время технологические инновации вовсе не обязательно являются результатом движения, начинающегося с научного открытия. Данная модель схватила тот момент, что целый ряд технических устройств был сконструирован на основе естественнонаучных исследований, однако не обязательно, чтобы технологические инновации начинались с научного открытия.
Связь науки и техники
В результате подробного анализа выше приведенных моделей В.С.Степин, В.Г.Горохов и М.А.Розов пришли к выводу, что наиболее реалистической и исторически обоснованной моделью является та, согласно которой вплоть до конца XIX столетия регулярного применения научных знаний в технической практике не было, но это характерно для технических наук сегодня. Они пишут: «В течение XIX века отношения науки и техники частично переворачиваются в связи со «сциентификацией» техники. Этот переход к научной технике не был, однако, однонаправленной трансформацией техники наукой, а их взаимосвязанной модификацией. Другими словами, «сциентизация техники» сопровождалась «технизацией науки». Техника большую часть своей истории была мало связана с наукой; люди могли делать и делали устройства, не понимая, почему они так работают. В то же время естествознание до XIX века решало в основном свои собственные задачи, хотя часто отталкивалось от техники. Инженеры, провозглашая ориентацию на науку, в своей непосредственной практической деятельности руководствовались ею незначительно. После многих веков такой «автономии» наука и техника соединились в XVII веке, в начале научной революции. Однако лишь к XIX веку это единство приносит свои первые плоды, и только в XX веке наука становится главным источником новых видов техники и технологии». В пользу данной модели свидетельствует история науки и техники с древнейших времен до конца нашего столетия.