Osvita.ua Вища освіта Students Life Технічні завдання ХХІ століття

Технічні завдання ХХІ століття

Експерти назвали головні задачі найближчого часу. У 2006 році Національна інженерна академія США за підтримки Національного наукового фонду заснувала комісію експертів, якій було доручено назвати та ранжирувати головні прикладні (практичні, технічні, інженерні) задачі, що постають перед людством

Вісімнадцять експертів, серед яких найзнаменитіші вчені на чолі з головою комісії, колишнім міністром оборони США Вільямом Перрі виділили чотири галузі, в яких лежать головні прикладні задачі. Цими галузями стали турбота про навколишнє середовище, життєзабезпечення, захист від загроз усіх видів, підвищення рівня життя.

Далі експерти назвали 14 більш конкретних задач, обґрунтувавши важливість кожної з них і представивши докази можливості її рішення (тобто підтвердивши, що задача є істинно прикладною). Комісія також постаралась указати шляхи, якими, можливо, варто рухатись до рішення задач.

Зробити використання сонячної енергії економічно виправданим

На Землю попадає лише мала частина вироблюваної Сонцем енергії, але навіть це приблизно в десять тисяч разів більше всієї енергії, виробленої людством. Це джерело енергії не вичерпається, поки в ядрі Сонця не скінчиться водень, а це відбудеться не раніше ніж через сім мільярдів років. Це екологічно чиста енергія. Проте частка сонячної енергії на енергетичному ринку зараз складає менше одного відсотка. Незважаючи на те що на Землю енергія доставляється безкоштовно, її перероблення поки коштує занадто багато. ККД сучасних комерційних сонячних батарей зазвичай складає 10-20 відсотків (в експериментальних моделях - більше). Їх активне використання в електромережах призвело б до того, що вартість електрики зросла у 3-6 разів. До цього світова економіка не готова.

Експерти вважають, що проблему можна вирішити, розробивши більш ефективні способи прийому, переробки та збереження сонячної енергії.

Навчитись використовувати енергію термоядерного синтезу

Не варто покладатись тільки на далеку термоядерну станцію - Сонце, можна самим опанувати однин із найефективніших способів виробництва енергії.

Якщо зіштовхнути ядра дейтерію (водню-2) та тритію (водню-3) з дуже великою силою, то вийде ядро гелію та вільний нейтрон, причому маса продуктів реакції буде трохи менше маси вихідних реагентів. Куди ж подінеться частина маси? Вона перейде в енергію за знаменитою формулою E = mc2.

Людство вже вміє запускати цю реакцію (наприклад, підриваючи водневі бомби). Тепер треба домогтись того, щоб ходом реакції можна було управляти, а одержувану енергію безпечно використовувати у промислових цілях. Для цього доведеться створити на Землі температуру більше 100 мільйонів градусів (більше, ніж у ядрі Сонця, - щоправда, там набагато вище тиск), вирішити масу технічних питань, переконати світ у безпеці нового методу, навчитись утримувати ядра, що зіштовхуються, магнітним полем і ще багато чого зробити. Для цього у Франції будується експериментальний міжнародний термоядерний реактор.

Навчитися зв'язувати вуглекислий газ і не випускати його в атмосферу

Альтернативні джерела енергії поки в майбутньому, а зараз на 85 відсотків ми залежимо від вуглеводнів - нафти, природного газу та вугілля. При їх спалюванні виділяється, зокрема, вуглекислий газ. Його концентрація в атмосфері неухильно зростає й викликає (хоча з цього приводу є різні думки) глобальне потеплення клімату. Не спалювати вуглеводні не можна. Виходить, треба щось робити з вуглекислим газом.

Наприклад, відразу пускати його у виробництво - газувати напої та виготовляти сухий лід. Або зберігати у виснажених нафтових родовищах (і справедливо, і корисно: нафту, що залишилася, згодом легше буде витягти). Правда, ані виробничих потреб, ані нафтових родовищ не вистачить на весь CO2. Можливо, варто зберігати діоксид вуглецю в осадових пористих гірських породах на глибині близько 800 метрів нижче рівня моря. А може, ще глибше: просто заганяти його під океанське дно. А може, примушувати реагувати з іонами кальцію, що містяться в морській воді, щоб утворювався нерозчинний вапняк.

Зменшити викиди азотовмісних сполук

Азотна проблема не така знаменита, як вуглецева, а тим часом заслуговує на серйозну увагу. Азот має парадоксальні властивості. Це один із найважливіших для життя елементів. У природі його предостатньо: чотири п'ятих усієї атмосфери - молекулярний азот (N2). Але зв'язки між атомами в цій молекулі настільки міцні, що майже ніхто не в силах їх розірвати та зв'язати азот, включити його до складу хімічно активної сполуки.

До початку ХХ століття перебороти інертність чистого азоту могли дві сили. Деякі види мікроорганізмів, які живуть на коренях бобових, могли (і можуть) засвоювати азот прямо з повітря й у такий спосіб включати його в харчовий ланцюг. Блискавки примушують азот реагувати з киснем, теж утворюючи хімічно активну сполуку. Тепер до них додалась людина, яка навчилася штучно зв'язувати чистий азот, вивчивши безліч бобових, мікромешканці яких також продовжують його зв'язувати, і стала спалювати паливо при таких температурах, що, азот, який опинився поблизу, як і при ударі блискавки, не витримує і починає реагувати з киснем.

Зв'язувати азот треба: без цього не буде добрив, що дозволяють прогодувати людство. Але врешті-решт в навколишнє середовище викидається багато азотовмісних сполук, що сприяють парниковому ефекту, руйнуванню озонового шару, випадінню кислотних дощів, перенасиченню водоймищ зв'язаним азотом. Тим часом виробництво й використання добрив можна зробити значно більш ефективним, що вже зменшить викиди азоту.

Надати всім доступ до чистої води

Кожна шоста людина з тих, хто нині живе, не має нормального доступу до чистої води. Води не вистачає для пиття та санітарних потреб, не кажучи вже про потреби сільського господарства та промисловості. При цьому прісної води на планеті достатньо, але розподілена вона вкрай нерівномірно.

Експерти покладають надію на вдосконалення опріснення води, хоча впевнені, що одного його буде недостатньо. Також доведеться очищати та повторно використовувати забруднену воду, а також зменшити споживання води, зробивши його більш ефективним.

Поліпшити інфраструктуру міст

Під інфраструктурою маються на увазі всі основні системи, що підтримують життєдіяльність у населеному пункті: водопровід, каналізація, електромережі, газопровід, транспорт. На думку експертів, міські інфраструктури в усьому світі стрімко старіють і псуються, а на їх заміну й ремонт грошей немає. Тим часом нові будівельні матеріали, можливості комп'ютерного проектування й автоматизованого будівництва відкривають широкі можливості.

Оптимізувати використання інформаційних технологій у медицині

ІТ у медицині - це можливість швидко відшукувати дані про хвороби та ліки, отримувати докладну історію хвороби пацієнта, створювати нові прилади для відстеження (нехай навіть дистанційного) стану пацієнта й багато чого іншого.

З іншого боку, це можливість завдати людині шкоду, викравши її особисті дані з медичних мереж, дрібні проблеми переходу зі старих, паперових систем (наприклад, виписування рецептів) на нові, електронні, проблеми несумісності програм і багато чого іншого.

Одним словом, як і скрізь: нові можливості - нові проблеми. Але в медицині кожна помилка, кожна втрата даних, затримка й, навпаки, кожна корисна інформація, виграна хвилина часу лікаря, як відомо, можуть коштувати надзвичайно багато.

Створити більш ефективні ліки

Люди хоч і належать до одного біологічного виду, помітно відрізняються один від одного: по-різному хворіють, по-різному одужують. Сучасні ліки виготовляються для «середнього хворого», але це означає, що для когось вони будуть працювати не найефективнішим чином.

На думку експертів, досягнення науки - у першу чергу генетики - дозволять у майбутньому створювати «особисті ліки», оптимальні для конкретної людини: ефективні, але безпечні. Для цього треба вирішити безліч теоретичних і практичних проблем: навчитися швидко збирати генетичні дані людини, обробляти їх, створювати ліки, тестувати.

Створити мислячі машини

Прогрес у цій сфері вражає, але в загальному випадку задача очевидним чином не вирішена: штучний інтелект не створено. На думку експертів, один із можливих шляхів його створення - більш ретельне вивчення та моделювання інтелекту природного - людського мозку.

Користь від штучного інтелекту очевидна. Експерти особливо підкреслюють, що якщо фізично IT створено за образом і подобою людського мозку, то, можливо, зможе використовуватись для лікування захворювань та ушкоджень мозку.

Окремої уваги ЗМІ удостоїлось пророцтво одного з експертів - Реймонда Курцвейла: до 2029 року інтелект машин зрівняється з людським. «Залізо» й «софт» розів'ються настільки, що машинам будуть доступні навіть емоції.

Запобігти ядерному терору

Що може зробити терорист, до рук якого потрапить достатня кількість урану чи плутонію, зрозуміло. Десь шістдесят років тому задача створення атомної бомби була технічно настільки складна, що її довго не могли вирішити кращі розуми планети, але тепер нарешті вона вирішена, і значна частина необхідної інформації опублікована. У домашніх умовах атомну бомбу виготовити навряд чи можна, але в лабораторії - цілком можливо. Ще простіше зробити «брудну» бомбу, головною небезпекою якої буде не енергія вибуху, а довгострокове радіоактивне забруднення.

А виходить, уважають експерти, треба дуже добре зберігати всі потенційно небезпечні речовини, зокрема охороняти ядерні реактори. Якщо зберігали погано, й бомбу все-таки виготовили, то треба вміти її виявляти та знешкоджувати. Якщо ж цього не змогли зробити, і бомба вибухнула, то треба вміти терміново вжити заходів зі зменшення кількості жертв, очищення території та пошуку злочинців.

Зробити кіберпростір безпечним

Чим більшу роль об'єднані в мережу комп'ютери відіграють у житті суспільства, тим важливіше забезпечити їх захист. Комп'ютери зберігають банківські рахунки, державні таємниці, медичні дані та управляють міською інфраструктурою. Рай для зловмисника - необхідно простежити, щоб рай залишався недоступним.

Розвивати віртуальну реальність

Віртуальна реальність - це не тільки світ комп'ютерних ігор і сюжет науково-фантастичних фільмів і книг. Це ілюзія перебування в особливому просторі, що, на думку експертів, може використовуватись у психіатрії й освіті для лікування та навчання.

Страх висоти можна лікувати, прогулюючись із пацієнтом краями скель - але не дійсних, а намальованих. У віртуальності хірурги можуть тренуватись у проведенні операцій, інженери - проводити випробування виробів, учені  - ставити експерименти. І, звичайно, там можна розважатись.

Розвивати індивідуальний підхід до навчання

Усі вчаться по-різному: хтось швидше, хтось повільніше. Комусь потрібні постійні вказівки та пояснення вчителя, хтось може засвоювати новий матеріал тільки сам. Це не кажучи вже про очевидні розходження в рівні підготовки та просто у здібностях. У системі освіти, як правило, подібні учні сортуються з подібними, але будь-яка група все одно буде неоднорідною.

На думку експертів, значну частину цих проблем може вирішити індивідуальний підхід. При сучасних можливостях представлення інформації, її пошуку, дистанційної освіти (або просто надійного зв'язку «учитель-учень»), уважають експерти, він цілком можливий.

Експерти наводять приклад, як можна вибрати найкращий спосіб подачі матеріалу конкретному учню. Використовується генетичний алгоритм (запозичений у програмістів, які, у свою чергу, запозичали його у природи): якість засвоєння матеріалу регулярно перевіряється тестами, при поганих результатах метод подачі цілком або частково міняється. Рано чи пізно неефективні компоненти повинні «вимерти», а ефективні - розвинутись.

Розробити інструменти для здійснення наукових відкриттів

Наука не може обійтись без інструментів. Біологам потрібні мікроскопи, астрономам - телескопи, фізикам - прискорювачі. Імовірно, на деякі запитання про структуру будови світу ми поки не знаємо відповідей лише тому, що не маємо достатньо потужних інструментів (відомий приклад: запуск Великого адронного колайдера мусить показати, чи адекватна стандартна модель - одна з фундаментальних сучасних теорій).

О. Бердичевський

Освіта.ua
02.06.2008

Провідні компанії та навчальні заклади Пропозиції здобуття освіти від провідних навчальних закладів України та закордону. Тільки найкращі вищі навчальні заклади, компанії, освітні курси, школи, агенції.
Коментарі
Аватар
Залишилось 2000 символів. «Правила» коментування
Ім’я: Заповніть, або авторизуйтесь
Код:
Код
Немає коментарів

Щоб отримувати всі публікації
від сайту «Osvita.ua»
у Facebook — натисніть «Подобається»

Osvita.ua

Дякую,
не показуйте мені це!