duimudop: Наука

Недавнее исследование, опубликованное в журнале «Астробиология», предполагает, что существует четыре разных сценария развития цивилизации. Только один из этих сценариев ведет к ее продолжительному существованию, что делает один вопрос очень острым: «сможем ли мы справиться с изменениями, которые вносим в окружающую среду, развиваясь».

Над исследованием работал профессор физики и астрономии из Рочестерского университета Адам Фрэнк. Он утверждает, что по законам физики, любая энергоемкая цивилизация вроде нашей неизбежно получит обратную связь от планеты, которую она населяет. Чем дальше мы развиваемся, тем больше энергии мы используем, тем самым нагревая планету и вызывая изменение климата. Фактически, сегодня мы не знаем, как изменение климата может повлиять на нашу жизнь.
С этой точки зрения ученый объясняет четыре возможных пути развития нашей цивилизации и любой другой, а также то, почему мы до сих пор не встретили внеземную цивилизацию.

Четыре возможных пути

Вместе со своими коллегами Фрэнк разработал математическую модель, которая предсказывает влияние роста энергопотребления на планету. Его модель включает познания о физике, химии и динамике роста населения. Использовалась также информация о ранее существовавших цивилизациях.
В результате получилось всего четыре возможных варианта развития цивилизации. В трех из них цивилизация обречена на гибель, и только в одном возможен благоприятный для людей или других разумных организмов исход. Решающую роль играет то, в какой точке своего развития цивилизация осознает пагубность своего влияния на окружающую среду.

Все четыре вариант представлены на графиках. Черная линия обозначает рост населения цивилизации, а красная линия показывает температуру планеты.

• Первый сценарий предполагает, что развитие цивилизации так сильно преобразует планету, что 90 процентов населения не смогут на ней существовать.
• Второй сценарий предполагает, что цивилизация находит баланс между ростом населения и ростом пагубного влияния на планету. Найдя равновесие и требуемый уровень населения, при котором планета прекратит изменения, цивилизация может существовать.
• Третий сценарий представляет слишком высокий рост населения, при котором планета не способна поддерживать его необходимыми ресурсами.
• И в четвертом сценарии цивилизация понимает, что вызвала изменения планеты, с которыми нужно бороться, но это осознание приходит слишком поздно.

Почему мы до сих пор не встретили внеземную цивилизацию

Фрэнк и его команда считают, что изменение климата может быть ответом на известный вопрос, который называют парадоксом Ферми. Статистически, другие разумные цивилизации почти наверняка эволюционировали во вселенной, но, по какой-то причине, мы до сих пор не увидели доказательств этого. Возможный ответ – изменения климата не позволяют какой-либо цивилизации просуществовать достаточно долго для того, чтобы начать путешествия к далеким звездам.
Другими словами, существует барьер, который не позволяет любой цивилизации найти другую до прекращения своего существования. Если это действительно так, выходит, что ни одна из цивилизаций не смогла найти тот самый баланс, позволяющий сохранить себя и свою планету. При этом, теоретически, где-то во вселенной какие-то цивилизации задаются этим вопросом.
На Земле мы тоже можем постараться найти баланс, но лишь при том условии, что еще не слишком поздно.

Анализ нескольких десятков исследований и научных публикаций помог американским ученым выяснить эффективный метод восстановления работы конечностей после перенесенного инсульта. О своих выводах ученые поделились в журнале European Journal of Neurology.

Всего авторы работы проанализировали 29 исследований, в которых суммарно принял участие 351 постинсультный пациент, а также 152 здоровых добровольца. Выяснилось, что для восстановления работы конечностей после инсульта необходимо проводить неинвазивную микрополяризацию и магнитную стимуляцию моторных зон коры головного мозга. Кроме того, отмечают исследователи, такая стимуляция также способствует улучшению моторных навыков неосновной руки здоровых людей.
Перенесшие инсульт пациенты нередко испытывают трудности с функционированием конечностей, чаще всего рук. Реабилитация может помочь вернуть или частично восстановить нормальную работу конечностей, но только в течение первого полугода: по истечении этого периода вероятность успешного восстановления минимальна. Основным методом реабилитации до сих пор считается лечебная гимнастика, а также тренировка потерянных навыков мелкой моторики. Процесс восстановления, однако, может быть утомительным и сложным для пациента.
Другой метод, довольно многообещающий, — стимуляция коры больших полушарий. Сенсомоторные зоны головного мозга, отвечающие за обработку движений и осязаний, расположены в лобных долях вокруг центральной борозды. Будучи частью коры больших полушарий, эти зоны достаточно легко стимулировать: причем как с помощью внедряемых электродов, так и неинвазивно — при помощи транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) или же микрополяризации. При этом неинвазивная стимуляция — метод не самый точный: кора стимулируется через скальп, поэтому зачастую добиться можно только грубого, рефлективного моторного ответа.
Разумеется, для восстановления точных движений (необходимых, например, для письма или хватания предметов) стимуляция должна быть максимально точной; из-за этого задача неинвазивной стимуляции сводится к восстановлению базовых моторных навыков, а точные изучаются достаточно редко. Для того чтобы суммировать известные данные о применении неинвазивной стимуляции в реабилитации точных моторных навыков, ученые под руководством Авроры Тибо провели метаанализ исследований, посвященных применению неинвазивных методов стимуляции головного мозга для восстановления точных движений верхних конечностей у пациентов и их улучшения у здоровых людей в неосновной руке (в правой для левшей и левой для правшей).
Проанализировав данные, ученые выяснили, что ритмическая ТМС (рТМС — стимуляция короткими магнитными импульсами) эффективна в восстановлении функции конечностей постинсультных пациентов. Для здоровых участников были доступны исследования только с использованием микрополяризации: она оказалась эффективна как для них, так и для пациентов, проходящих реабилитацию.
Таким образом, методы неинвазивной стимуляции коры головного мозга могут быть эффективны для восстановления или улучшения функций конечностей. Авторы исследования надеются, что их результаты приведут к более частому использованию такого метода восстановления после инсульта на практике, а не только в рамках исследований.

Вы встречаете конец длинного дня в своей квартире в начале 2040-х годов. Вы хорошо поработали и решаете передохнуть. «Время фильмов!», говорите вы. Дом отвечает на ваши позывы. Стол распадается на сотни крошечных частей, которые заползают под вас и принимают форму кресла. Экран компьютера, за которым вы работали, растекается по стене и превращается в плоскую проекцию. Вы расслабляетесь в кресле и через несколько секунд уже смотрите фильм в домашнем кинотеатре, все в тех же четырех стенах. Кому нужно больше одной комнаты?
Это мечта работающих над «программируемой материей».

В своей последней книге об искусственном интеллекте Макс Тегмарк проводит различие между тремя уровнями вычислительной сложности для организмов. Жизнь 1.0 — это одноклеточные организмы вроде бактерий; для нее аппаратное обеспечение неотличимо от программного. Поведение бактерий закодировано в ее ДНК; ничему новому она научиться не может.
Жизнь 2.0 — это жизнь людей в спектре. Мы отчасти застряли в своем оборудовании, но можем менять собственную программу, делая выбор в процессе обучения. Например, можем выучить испанский вместо итальянского. Подобно управлению пространством на смартфоне, аппаратура мозга позволяет загружать определенный набор «покетов», но в теории вы можете изучать новое поведение, не меняя базовый генетический код.
Жизнь 3.0 отходит от этого: существа могут менять как аппаратную, так и программную оболочку при помощи обратной связи. Тегмарк видит в этом истинный искусственный интеллект — как только он научится менять свой базовый код, произойдет взрыв интеллекта. Возможно, благодаря CRISPR и другим методам редактирования генов, мы сможем использовать собственное «программное обеспечение» для изменения собственного «устройства».
Программируемая материя переносит эту аналогию на предметы нашего мира: что, если ваш диван смог бы «научиться», как стать столом? Что, если вместо армии швейцарских ножей с десятками инструментов, вы обзавелись бы единственным инструментом, который «знал» бы, как стать любым другим инструментом для ваших нужд, по вашей команде? В переполненных городах будущего на смену домам могли бы прийти апартаменты, в которых была бы одна комната. Это позволило бы сэкономить пространство и ресурсы.
Во всяком случае таковы мечты.
Поскольку создавать и производить отдельные устройства так сложно, нетрудно предположить, что описанные выше штуки, которые могут превращаться во много разных предметов, будут чрезвычайно сложными. Профессор Скайлар Тиббитс из Массачусетского технологического института называет это 4D-печатью. Его исследовательская группа определила ключевые ингредиенты для самостоятельной сборки как простой набор отзывчивых «кирпичиков», энергии и взаимодействий, из которых можно воссоздать практически любой материал и процесс. Самосборка обещает прорывы во многих отраслях, от биологии до материаловедения, информатики, робототехники, производства, транспортировки, инфраструктуры, строительства, искусства и многого другого. Даже в кулинарии и освоении космоса.
Эти проекты все еще в зачаточном состоянии, но «лаборатория самостоятельной сборки» (Self-Assembly Lab) Тиббитса и другие уже закладывают основы для их развития.
Например, есть проект по самосборке сотовых телефонов. На ум приходят жуткие фабрики, на которых круглосуточно самостоятельно собираются мобильные телефоны из 3D-печатных частей, не требуя вмешательства людей или роботов. Едва ли такие телефоны будут улетать с полок как горячие пирожки, но стоимость производства в рамках такого проекта будет ничтожной. Это доказательство концепции.
Одним из основных препятствий, которые необходимо преодолеть при создании программируемой материи, является подбор правильных фундаментальных блоков. Важен баланс. Чтобы создать мелкие детали, нужны не очень большие «кирпичики», иначе конечная конструкция будет выглядеть комковато. Из-за этого строительные блоки могут быть бесполезными для некоторых применений — например, если нужно создать инструменты для тонких манипуляций. С большими кусками может быть сложно смоделировать ряд текстур. С другой стороны, если части слишком малы, могут возникнуть другие проблемы.
Представьте себе установку, в которой каждая деталь представлена небольшим роботом. У робота должен быть источник питания и мозг или по крайней мере какой-то генератор сигналов и процессор сигналов, все в одном компактном блоке. Можно вообразить, что ряд текстур и натяжений можно моделировать, изменяя силу «связи» между отдельными единицами — стол должен быть чуть тверже, чем ваша кровать.
Первые шаги в этом направлении были сделаны теми же, кто разрабатывает модульных роботов. Очень много групп ученых работают над этим, включая MIT, Лозанну и Университет Брюсселя.
В новейшей конфигурации отдельный робот выступает в качестве центрального отдела, принимающего решения (можете называть его мозгом), а дополнительные роботы могут присоединяться по необходимости к этому центральному отделу, если нужно изменить форму и структуру общей системы. Сейчас в системе всего десять отдельных единиц, но, опять же, это доказательство концепции того, что модульной системой роботов можно управлять; возможно, в будущем небольшие версии этой же системы лягут в основу компонентов для Материала 3.0.
Легко представить, как при помощи алгоритмов машинного обучения эти рои роботов учатся преодолевать препятствия и реагировать на изменение окружающей среды легче и быстрее отдельного робота. Например, система роботов могла бы быстро перестраиваться, чтобы пуля проходила без повреждений, формируя таким образом неуязвимую систему.
Говоря о робототехнике, форма идеального робота была предметом многих дискуссий. Одно из недавних крупных соревнований по робототехнике, проведенном DARPA, Robotics Challenge выиграл робот, который может адаптироваться. Он победил известного гуманоида Boston Dynamics ATLAS простым добавлением колеса, которое позволило ему кататься.
Вместо того чтобы строить роботов в форме людей (хотя иногда это полезно), можно позволить им эволюционировать, развиваться, искать идеальную форму для выполнения поставленной задачи. Это будет особенно полезно в случае бедствия, когда дорогие роботы смогут заменить людей, но должны будут готовы адаптироваться к непредсказуемым обстоятельствам.
Многие футурологи представляют возможность создания крошечных наноботов, способных создавать что угодно из сырья. Но это не обязательно. Программируемая материя, которая может отвечать и реагировать на окружающую среду, будет полезна в любых промышленных применениях. Представьте себе трубу, которая может укрепляться или ослабляться по необходимости либо менять направление течения по команде. Либо ткань, которая может становиться более или менее плотной в зависимости от условий.
Мы все еще далеки от времен, когда наши кровати смогут трансформироваться в велосипеды. Возможно, традиционное нетехнологичное решение, как это часто бывает, будет гораздо более практичным и экономичным. Но поскольку человек пытается засунуть чип в каждый несъедобный объект, неодушевленные объекты будут становиться чуть более одушевленными с каждым годом.