II. Теоретическая часть
Будущее — странная вещь. Проходит десять лет, и вы вроде в будущем, но как оно приходит, заметить трудно. Оглянитесь на десять лет назад — тогда вы и подумать не могли, что не сможете жить без Интернета и смартфона в кармане. Что ждет нас в следующем десятилетии? Столетии? Тысячелетии? Будущее — настолько странная вещь, что вы можете бесконечное количество раз пытаться угадать, что будет через десять лет, и в чем-то окажетесь правы, но эта правота утонет в толчее новинок, которые снесут прошлое, как кран старое здание.
Технологии будущего и их описание.
1.1 Нанороботы
Наноро?боты — роботы, размером сопоставимые с молекулой(менее 10 нм), обладающие функциями движения, обработки и передачи информации, исполнения программ.
Нанороботы, способные к созданию своих копий, то есть самовоспроизводству, называются репликаторами. Возможность создания нанороботов рассмотрел в своей книге «Машины создания» американский учёный Эрик Дрекслер.
Другие определения описывают наноробота как машину, способную точно взаимодействовать с наноразмерными объектами или способной манипулировать объектами в наномасштабе. Вследствие этого, даже крупные аппараты, такие как атомно-силовой микроскоп можно считать нанороботами, так как он производит манипуляции объектами на наноуровне. Кроме того, даже обычных роботов, которые могут перемещаться с наноразмерной точностью, можно считать нанороботами.
Кроме слова «наноробот» также используют выражения «нанит» и «наноген», однако, технически правильным термином в контексте серьёзных инженерных исследований все равно остается первый вариант.
1.1.1 Уровень развития технологии
На данный момент (2009), нанороботы находятся в научно-исследовательской стадии создания. Некоторыми учёными утверждается, что уже созданы некоторые компоненты нанороботов. Разработке компонентов наноустройств и непосредственно нанороботам посвящен ряд международных научных конференций.
Уже созданы некоторые примитивные прототипы молекулярных машин. Например, датчик, имеющий переключатель около 1,5 нм, способный вести подсчет отдельных молекул в химических образцах[11]. Недавно университет Райса продемонстрировал наноустройства для использования их в регулировании химических процессов в современных автомобилях.
Одним из самых сложных прототипов наноробота является «DNA box», созданный в конце 2008 года международной группой под руководством Йоргена Кьемса. Устройство имеет подвижную часть, управляемую с помощью добавления в среду специфических фрагментов ДНК. По мнению Кьемса, устройство может работать как «ДНК-компьютер», т.к на его базе возможна реализация логических вентилей. Важной особенностью устройства является метод его сборки, так называемый ДНК оригами (англ.), благодаря которому устройство собирается в автоматическом режиме.
В 2010 году были впервые продемонстрированы нанороботы на основе ДНК, способные перемещаться в пространстве.
1.1.2 Технология Нанороботов
Так как нанороботы имеют микроскопические размеры, то их, вероятно, потребуется очень много для совместной работы в решении микроскопических и макроскопических задач. Рассматривают стаи нанороботов, которые не способны к репликации (т. н. «утилитарный туман») и которые способны к самостоятельной репликации в окружающей среде («серая слизь» и др. варианты).
Некоторые сторонники нанороботов в ответ на сценарий «серой слизи» высказывают мнение о том, что нанороботы способны к репликации только в ограниченном количестве и в определенном пространстве нанозавода. Кроме того, ещё только предстоит разработать процесс саморепликации, который сделает данную нанотехнологию безопасной. Кроме того, свободная саморепликация роботов является гипотетическим процессом и даже не рассматривается в текущих планах научных исследований.
Однако, имеются планы по созданию медицинских нанороботов, которые будут впрыскиваться в пациента и выполнять роль беспроводной связи на наноуровне. Такие нанороботы не могут быть получены в ходе самостоятельного копирования, так как это вероятно приведет к появлению ошибок при копировании, которые могут снизить надежность наноустройства и изменить выполнение медицинских задач. Вместо этого нанороботов планируется изготавливать на специализированных медицинских нанофабриках.
1.1.3 Конструкция нанороботов
В связи с развитием направления научных исследований нанороботов, сейчас наиболее остро стоят вопросы их конкретного проектирования. Одной из инициатив по решению этой проблемы является «Сотрудничество по разработке нанофабрик» , основанное Робертом Фрайтасом и Ральфом Меркле в 2000 году, деятельность которого сосредоточена на разработке практической программы исследований, которая направлена на создание контролируемой алмазной механосинтетической нанофабрики, которая будет способна к производству медицинских нанороботов на основе алмазных соединений.
Для этого разрабатываются технологии зондирования, управления силовыми связями между молекулами и навигации. Создаются проекты и прототипы инструментария для манипуляций, двигательного аппарата (молекулярные моторы) и "бортового компьютера"
1.1.4 Двигательный аппарат
Молекулярные двигатели — наноразмерные машины, способные осуществлять вращение при приложении к ним энергии. Главной особенностью молекулярных моторов являются повторяющиеся однонаправленные вращательные движения, происходящие при подаче энергии. Для подачи энергии используются химический, световой метод, а также метод туннелирования электронов.
Кроме молекулярных двигателей, создаются также наноэлектродвигатели, сходные по конструкции с макроскопическими аналогами, проектируются двигатели, принцип работы которых основывается на использовании квантовых эффектов.
1.1.5 Потенциальная сфера применения
Полезное применение наномашин, если они появятся, планируется в медицинских технологиях, где они могут быть использованы для выявления и уничтожения раковых клеток. Также они могут обнаруживать токсичные химические вещества в окружающей среде и измерять уровень их концентрации.
• Ранняя диагностика рака и целенаправленная доставка лекарств в раковые клетки
• Биомедицинский инструментарий
• Хирургия
• Фармакокинетика
• Мониторинг больных диабетом
• Производство посредством молекулярной сборки нанороботами устройства из отдельных молекул по его чертежам
• Военное применение в качестве средств наблюдения и шпионажа, а также в качестве оружия. Потенциальные возможности использования нанороботов в качестве оружия демонстрируются в некоторых фантастических произведениях (Терминатор 2: Судный день, День, когда остановилась Земля (фильм, 2008), Бросок кобры).
• Космические исследования и разработки (например, зонды фон Неймана) [1]
1.2 Беспилотный автомобиль Google
Беспилотный автомобиль Google — проект компанииGoogle по развитию технологии беспилотного автомобиля. В настоящий момент проект реализует лаборатория Google X. Возглавляет проект инженер Себастьян Тран, директор лаборатории искусственного интеллекта Стенфордского университета, один из создателей сервиса Google Street View. Эта команда занималась проектом Стэнли (англ. Stanley) в Стенфордском университете, который получил приз в $2 млн от Министерства обороны США, победив в 2005 году в конкурсе DARPA Grand Challenge. Команда, разрабатывающая беспилотный автомобиль, также часто называемый Гугломобиль, включает15 инженеров Google — Крис Урмсон, Майк Монтемерло, и Энтони Левандовски, которые ранее работали над проектом DARPA Grand and Urban Challenges.
1.2.1 История создания
В июне 2011 года компания Google успешно пролоббировала закон штата Невада, разрешающий использование беспилотных автомобилей на дорогах общего пользования. В Google отказались пояснить, почему выбор был сделан в пользу Невады.
В мае 2012 Департамент транспортных средств штата Невада (Nevada Department of Motor Vehicles, DMV) выдал Google соответствующую лицензию, а независимый наблюдательный комитет при DMV, осуществлявший надзор за процедурой выдачи первой лицензии на беспилотный автомобиль, утвердил дизайн номерного знака с символом бесконечности на красном фоне.
В сентябре 2012 власти штата Калифорния легализовали использование автомобилей с функцией автопилота.
1.2.2 Описание
Система использует информацию, собранную сервисом Google Street View, видеокамеры, датчик LIDAR, установленный на крыше, радары в передней части авто и датчик, подключенный к одному из задних колёс, который помогает определить позицию автомобиля на карте.
В 2010 году Google протестировал несколько автомобилей, оборудованных такой системой. В реальных условиях, без участия человека, автомобиль проехал около 1600 км полностью автономно и ещё 225 308 км с частичным участием человека. Единственное дорожно-транспортное происшествие произошло, когда другой автомобиль въехал в гуглмобиль, стоящий на светофоре. По утверждению Google, их автоматизированная система может снизить количество ДТП, травм и смертей, в то же время, используя топливо и дороги более эффективно.
В проекте участвуют 10 автомобилей: 6 Toyota Prius, 3 Lexus RX450h и 1 Audi TT, а также 12 водителей и15 инженеров.
В 2012 году компания Google сообщила в своём блоге о том, что их автомобили проехали уже 300 тысяч миль(более 480 тысяч километров) с минимальным участием человека. Это позволило компании снизить экипаж автомобилей до одного человека. Google также объявила, что пополнила парк беспилотных автомобилей гибридным кроссовером Lexus RX450h. Они необходимы для тестирования системы на участках со сложным рельефом.
В апреле 2014 года компания объявила, что их автомобили прошли почти 1 100 000 км. В конце мая, Google показал новый прототип своего беспилотного автомобиля, который не имеет ни руля, ни педалей газа и тормоза, и на 100% автономны.
1.2.3 Монетизация
У Google нет немедленных планов по монетизации системы, но в компании надеются развить бизнес-модель, в том числе по продаже лицензий автопроизводителям.
Юрист из Автотранспортной инспекции Калифорнии выразил озабоченность тем, что «данная технология намного опережает законодательство во многих областях» — закон штата гласит, что «любое транспортное средство должно управляться человеком» Согласно the New York Times, законодатели обсуждают необходимость обновления законодательства для стимулирования развития беспилотных транспортных средств, поскольку «технологии развиваются так быстро, что есть опасность опережения ими существующих законов, некоторые из которых датируются эрой каретных повозок
В конце августа 2013 года стало известно о том, что Google планирует выпуск своего собственного автомобиля, а также инвестировал $250 млн. в службу такси Uber, которую планирует укомплектовать своими беспилотными автомобилями.
1.2.4 Недостатки системы
По состоянию на март 2013 года, автомобили Google не могут передвигаться под проливным дождём и в условиях заснеженной местности. Связано это с тем, что идентификация местности производится посредством сравнения заблаговременно отснятых фотографий с результатами визуализации окружающего ландшафта сканирующими системами автомобиля. Благодаря такому подходу система может отличить пешехода от обычного телеграфного столба, но в условиях плохих погодных условий система сделать это бессильна.
По состоянию на 28 августа 2014 года автомобили Google не в состоянии распознавать временные сигналы светофора. Они не могут отличать пешеходов от полицейских или скомканную бумагу от камня. Что также немаловажно, они не умеют парковаться. Google планирует исправить эти недостатки к 2020 году.
1.2.5 Стоимость
По приблизительным подсчетам, нынешняя стоимость тестового образца беспилотного автомобиля от Google составляет 150 тысяч долларов - без налогов и пошлин. Из этой суммы только 70 тысяч долларов стоит оптический датчик LIDAR. Далеко не каждый автолюбитель может себе позволить иметь такое авто. [2]
1.3 Умный дом
У?мный дом (англ. smart home МФА: sma:t haus, также англ. intelligent building,рус. АСУЗ) — жилой дом современного типа, организованный для проживания людей при помощи автоматизации и высокотехнологичных устройств. Под «умным» домом следует понимать систему, которая обеспечивает комфорт (в том числе безопасность), и ресурсосбережение для всех пользователей. В простейшем случае она должна уметь распознавать конкретные ситуации, происходящие в доме, и соответствующим образом на них реагировать: одна из систем может управлять поведением других по заранее выработанным алгоритмам. Кроме того, от автоматизации нескольких подсистем обеспечивается синергетический эффект для всего комплекса.
Это проще понять, если представить, например, что система отопления никогда не сможет работать против системы кондиционирования. А отопление осуществляется не только по погоде, но и с учетом целого ряда других факторов. От силы ветра, по предсказанию, от времени суток (ночью комфортная температура меньше).
Можно считать, что это наиболее прогрессивная концепция взаимодействия человека (пользователей) с жилым пространством, когда в автоматизированном режиме в соответствии с внешними и внутренними условиями задаются и отслеживаются режимы работы всех инженерных систем и электроприборов.
В этом случае исключается необходимость пользоваться несколькими пультами при просмотре ТВ, десятками выключателей при управлении освещением, отдельными блоками при управлении вентиляционными и отопительными системами, системами видеонаблюдения и охранной сигнализации, моторизированными воротами и прочим.
1.3.1 История
В 1995 году разработчики технологий Java предрекали одним из основных назначений для этой технологии увеличения интеллекта бытовых приборов — например, холодильник сам будет заказывать продукты из магазина. Промышленного распространения эта идея не получила, но такие компании, как Miele и Siemens, уже выпускают бытовую технику с возможностью включения в «умный дом».
Осенью 2012 года компания Panasonic анонсировала полномасштабное производство систем управления энергией SMARTHEMS, предназначенных для «умных домов». Panasonic обещает ввести совместимость с системой HEMS во всю линейку своих бытовых приборов, таких как: кондиционеры, «умная» кухонная техника и системы горячего водоснабжения EcoCute. Новая система AiSEG позволяет связать все оборудование и домашние устройства, в единую сеть, организовав отображение информации о работе солнечных батарей, расходе электричества, газа и воды и автоматически контролируя работу бытовых приборов с помощью протокола ECHONET Lite.
