Самые примечательные научные открытия 2024 года

Журнал Time представил свой рейтинг из 200 лучших изобретений 2024 года ^[1]. Изобретения в нем очень различаются по сложности и степени важности. Тут и сиденье для унитаза с искусственным интеллектом ^[2], и вряд ли инновационная для россиян возможность платить налоги сразу в банковском приложении ^[3]. Некоторые вещи сильно отражают дух и проблемы времени, такие  как специальный чехол, чтобы положить в него телефон, когда идешь в театр или школу ^[4] (да, и такое в списке). Но много и действительно новаторских устройств из сфер робототехники, медициныы и аэрокосмонавтики. 

В целом изобретения разделены на более чем 25 категорий от искусственного интеллекта ^[5] до воспитания детей. Рассмотрим хотя бы по одной примечательной разработке в каждой категории и подробнее расскажем о самых интересных. 

Развлечения и игры: вперед в прошлое 

Не сказать, что в этой области есть что-то действительно примечательное, но любопытен контраст отмеченных The Time изобретений. 

Во-первых, это Segway GoKart Pro 2 ^[6] — это многофункциональное транспортное средство, которое сочетает в себе возможности управляемого карта, игрового симулятора и самоката. Оно способно развивать скорость до 43 км/ч на трассе, а также может быть использовано в помещении как игровой симулятор, подключаясь к консоли или ПК. Кроме того, после снятия двигателя и задней части колеса, устройство превращается в обычный самокат.

Во-вторых, это Tecno Pocket Go ^[7] — игровая система, включающая в себя гарнитуру дополненной реальности и компактный контроллер-компьютер с Windows 11. Очки создают иллюзию 215-дюймового экрана, а технология отслеживания положения головы, вибрация и адаптивная поза обеспечивают полное погружение в игру. Система совместима с различными устройствами, такими как телефон и телевизор.

Но также отмечена электронная книга Palma от китайской компании Boox ^[8]. Это компактное устройство, предназначенное исключительно для чтения и прослушивания аудиоконтента. Благодаря чёрно-белому экрану и отсутствию сотовой связи, Palma помогает пользователям сосредоточиться, избегая отвлекающих факторов современных смартфонов. Несмотря на работу под управлением Android, низкая частота обновления экрана делает большинство развлекательных приложений менее функциональными. 

Медицина: передовые методы наконец получают одобрение FDA

В списке Time к медицине напрямую относится две категории: 

Домашнее Здоровье

Отмечено не меньше четырех устройств, связанных с гинекологией и фертильностью, а также устройство без экрана для медитации ^[9]. Но вот что можно назвать более передовыми решениями:

BeamO от Withings ^[10]— это многофункциональный медицинский прибор, напоминающий пульт от телевизора, который способен измерять температуру тела, прослушивать легкие, сканировать сердце и проверять уровень кислорода ^[11] в крови. Данные передаются в приложение, где пользователи могут отслеживать здоровье до восьми человек и делиться результатами с врачом для дистанционной диагностики. Ожидается, что гаджет получит необходимые сертификаты и начнет продаваться без рецепта до конца года.

Также Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США одобрило первую домашнюю вакцину против гриппа — назальный спрей FluMist ^[12], ранее доступный только по назначению врача. Спрей содержит ослабленный вирус гриппа, стимулирующий иммунную систему ^[13], и теперь доступен в Штатах для заказа онлайн всем, кто младше 50 лет. 

Медицинская Помощь

Большая часть исследований из этой категории связана с лечением онкологии, но есть прогресс и по другим заболеваниям. 

Casgevy использует технологию CRISPR (о ней мы уже подробно писали ^[14]) для редактирования кроветворных стволовых клеток пациентов с серповидноклеточной анемией ^[15] (SCD) и трансфузионно-зависимой бета-талассемией (TDT). Это стимулирует производство фетального гемоглобина, который обладает более высокими показателями переноса кислорода, чем взрослый гемоглобин. Эта терапия помогает уменьшить симптомы SCD и потребность ^[16] в регулярных переливаниях крови. Клинические испытания показали, что 93,5% пациентов с SCD не испытывали болевых кризов в течение как минимум года после терапии. В декабре 2023 года эта терапия стала первым методом лечения на основе CRISPR, одобренным FDA. 

AlzPath разработала первый коммерчески доступный анализ крови на ptau217 ^[17], ранний маркер нейродегенерации, связанный с болезнью Альцгеймера. Врачи могут использовать этот тест для раннего выявления склонных к болезни пациентов. Это особенно важно, поскольку лечение наиболее эффективно на начальных стадиях заболевания. В 2024 году компания лицензировала свое антитело для Roche, что позволит интегрировать анализ в диагностическую платформу Roche. Анализ получил статус «Прорыв в медицине» от FDA, что ускоряет его разработку и проверку.

Среди других важных прорывов — принципиально новый препарат от шизофрении, который воздействует не на дофаминовую, а на мускариновую нервную систему, ^[18]а также технология выявления аутизма в младенчестве.  ^[19]

Экспериментальные: от замены GPS до лабораторного хлопка 

В этом направлении действительно много интересных задумок, вот лишь некоторые из них: 

Проект AQNav ^[20], который использует квантовые магнитометры для надежного определения местоположения без GPS. Технология отслеживает волны в земной коре, сопоставляя их с известными картами, и способна противостоять любым попыткам подмены GPS-сигнала. По заявлениям изобретателей, пришлось бы возвести дополнительные скалы размером с планету, чтобы исказить сигнал. 

Культивируемый хлопок ^[21], которые не нужно выращивать классическим способом. Нужна лишь одна клетка растения с фермы, а потом она будет размножаться и делиться в ферментных резервуарах, как дрожжи. 

Стартап Arbor, основанный Брэдом Хартвигом, бывшим ученым-ракетчиком и пилотом SpaceX ^[22]. Брэд разработал систему на основе кислородно-топливного сгорания для переработки органических отходов в дешевую энергию. Процесс также улавливает углерод и производит чистую воду. Энергетическая установка размером с грузовой контейнер может производить до пяти мегаватт энергии в год достаточных для снабжения 4000 домов. Arbor недавно заключил партнерство с Microsoft на продажу углеродных квот, начиная с 2027 года.

Экология и гуманитарная помощь: все больше ИИ

В список попало очень много изобретений, направленных на улучшение окружающей среды или жизни нуждающихся людей — от жителей районов без воды до инвалидов по слуху:

Устойчивость

Это различные инициативы в области экологической и климатической устойчивости. 

Atmo создает модели прогнозирования погоды, ^[23] которые используют искусственный интеллект для анализа климатических данных за последние 60 лет. Эти модели в 40 000 раз быстрее, в 100 раз детальнее и на 50% точнее традиционных моделей на базе суперкомпьютеров. Прогнозы выдаются за считанные секунды, что особенно полезно в условиях быстроразвивающихся климатических катастроф. Atmo сотрудничает с различными организациями, включая Министерство обороны США и правительство Филиппин, стремясь предоставить точные прогнозы погоды миллиардам людей по всему миру.

В список попало сразу два изобретения, помогающих очищать окружающую среду от пер- и полифторалкильных веществ (PFAS), связанных с риском развития рака. 

Обработка почвы SourceStop от Regenesis ^[24] помогает очищать почву. Технология доступна в твердой и жидкой формах, адсорбирует загрязняющие вещества, действуя как углеродный фильтр для почвы и предотвращая попадание PFAS в грунтовые воды. Продукт уже показал эффективность, снизив концентрацию PFAS в почве более чем на 99%, и подходит для площадей от нескольких сотен квадратных метров до нескольких акров сельскохозугодий.

Gradiant же представила систему ForeverGone ^[25], которая очищает воду. Система использует миллиарды микропузырьков для отделения PFAS от молекул воды, а затем очищает полученную пену с помощью электродов, уничтожая PFAS. Среди клиентов Gradiant коммунальные предприятия и крупные компании, такие как Coca-Cola и BMW.

Зеленая энергетика

Наблюдается прогресс в разработке аккумуляторов, в том числе в виде создания 25-летней батареи ^[26]. Но интереснее способ получения энергии при помощи силы гравитации.  Система хранения энергии EVx Gravity Energy Storage System от Energy Vault ^[27]использует силу гравитации и массивные блоки для накопления и высвобождения энергии. Она устойчива к суровым погодным условиям и высоким температурам, а также исключает риск химического возгорания. Первый коммерческий проект был подключен к электросети в Китае, а сотрудничество с архитектурной фирмой Skidmore, Owings & Merrill предполагает использование этой системы в небоскребах для автономного энергоснабжения.

Социальное благо

Всемирная организация здравоохранения недавно рекомендовала две новые вакцины против малярии, одной из которых является R21/Matrix-M, разработанная исследователями из Оксфорда и Индийского института сывороток ^[28]. Вакцина, выпущенная в 2023 году, нацелена на антиген малярии R21 и усилена адъювантом от Novavax для улучшения иммунного ответа. Компания Serum начала поставку первых доз стоимостью менее 4 долларов за инъекцию в мае 2024 года, планируя ежегодные поставки от 50 до 60 миллионов доз в Африку. 

Также можно отметить новый особый фильтр для воды ^[29] и цифровую платформу, ^[30] для отслеживания того, в какой степени разные компании косвенно способствуют детской смертности. 

Специальные возможности

OrCam Hear ^[31]— это наушники с искусственным интеллектом для людей с нарушениями слуха ^[32]. Устройство способно выделять голоса на фоне шума в оживленной комнате. Пользователь может выбрать направление звука, на котором хочет сосредоточиться, с помощью приложения на телефоне. Наушники были обучены на сотнях тысяч часов аудиозаписей и помогут людям, испытывающим трудности с пониманием речи на фоне шума, участвовать в общественных мероприятиях.

Робототехника и коммуникации для спасения людей

Робототехника. Это чуть ли не самая разносторонняя категория. Наиболее интересными можно считать такие разработки: 

Symani — первая система микрохирургических роботов, одобренная FDA. Она оснащена запястными роботизированными руками с семью степенями гибкости, что позволяет выполнять сложные операции с высокой точностью. У хирургов хотя бы немного, но подрагивают руки при операциях, и устройство полностью гасит эти колебания. MMI, производитель Symani, работает над версией с искусственным интеллектом для автоматизации стандартных процедур.

Pit Viper 360 от Bounce Imaging ^[33] — это тепловизионная камера размером с футбольный мяч. Она предназначена для использования в опасных ситуациях, таких как захват заложников и ликвидация последствий стихийных бедствий, особенно при возникновении завалов. Камера использует шесть тепловизоров с широкой зоной обзора и высокую частоту обновления для съемки труднодоступных мест. Акселерометр определяет ориентацию камеры, чтобы понимать, как расположены объекты на фото по отношению к земле. 

Коммуникации. Пока что более 2,5 млрд человек не имеют доступа к интернету. Taara работает над устранением это ^[34]й проблемы и создала передачу интернета без прокладывания оптоволокна. Используют световые лучи для передачи данных между небольшими терминалами, эти лучи могут достигать 20 км и давать скорость передачи до 20 гигабит в секунду. Технология была внедрена в 13 странах, включая Индию, Кению, Фиджи и даже США (в сельской местности). В Гане благодаря Taara 20 000 новых пользователей и 320 компаний подключились к интернету. 

Образование, воспитание детей: минимум усилий и максимум безопасности 

Sphero Bolt+ ^[35] — это обновленная версия программируемого шара Sphero Bolt, предназначенного для обучения ^[36] детей. Новый дизайн включает прочный водонепроницаемый корпус из поликарбоната и улучшенную внутреннюю систему навигации. Робот оснащен большим экраном с разрешением 128 на 128 пикселей, на котором отображаются более 650 изображений и анимаций, помогающих детям изучать различные предметы, выходящие за рамки основных программ. 

Платформа Direct Admissions от Niche ^[37] упрощает процесс подачи документов в колледж, позволяя студентам создавать бесплатные профили и получать предложения о зачислении непосредственно от учебных заведений. Более 930 000 старшеклассников уже получили хотя бы одно предложение через платформу. То есть абитуриенты заносят свои данные в базу и не сами рассылают предложения колледжам, а принимают их. 

Разные изобретения в категории воспитания детей направлены как правило на снятие нагрузки с родителей или на повышение безопасности. Вот примеры: 

Ready Rocker ^[38] — это легкое и портативное устройство, которое превращает любую, в том числе вертикальную поверхность, в кресло-качалку. Изобретательница Милена Джанкович создала его, чтобы облегчить укачивание младенца, но продукт нашел применение среди различных возрастных групп, включая пожилых людей и подростков с аутизмом. Устройство крепится к спинке стула или стене и использует пружинные механизмы для создания мягкого качания.

Babyark ^[39], основанная авиационным инженером Шаем Минделом, производит автомобильное кресло-трансформер с 14 датчиками, которые подключаются к приложению для обеспечения правильной установки и пристегивания, отслеживания движений ребенка и предупреждения о забытых детях. Сиденья оснащены системами поглощения энергии военного класса и защитой от боковых ударов для повышения безопасности. Изначально это устройство разрабатывалось для военных целей, но Шай решил поделиться им с родителями. 

Искусственный интеллект, электроника и ПО для борьбы с ИИ

ИИ. Разработаны приложение для знакомств с использованием искусственного интеллекта и ИИ для предсказания погоды и стихийных бедствий, но на этом не все. 

Cerebras Systems ^[40]в 2019 году разработала крупнейший в истории чип, объединяющий память ^[41] и логику ^[42], чтобы повысить производительность компьютеров при работе с моделями ИИ. Третье поколение чипа, WSE-3, выпущено в марте 2024 года и может обучать модели в 10 раз больше, чем GPT-4 от OpenAI. Чип будет использован в суперкомпьютере Condor Galaxy 3, строящимся в Техасе.

Платформу AlphaFold 2 Google DeepMind представлена еще в 2020 году, а в 2022 году алгоритм смог предсказывать структуры белков с высокой точностью. За этот прорыв основателю Демису Хассабису и руководителю проекта Джону Джамперу была присуждена Нобелевская премия по химии. Последняя версия, AlphaFold 3 ^[43], вышедшая в мае, предсказывает взаимодействия белков с ДНК и другими молекулами, что может ускорить фармацевтические и медицинские исследования.

Бытовая электроника. В категории бытовой техники больше всего внимания ^[44] все-таки уделено электронике и цифровой технике, например: 

1. Смартфон, сложенный в три раза; ^[45]

2. Самый тонкий складной телефон; ^[46]

3. Прозрачный телевизор. ^[47]

Неожиданно было увидеть среди этого паяльник iFixit с питанием от USB-C ^[48]. Он оснащен термостойким колпачком для защиты от ожогов и акселерометром, который автоматически отключает устройство при падении. Все это делает пайку безопаснее и доступнее, снижая риски ожогов и повреждения оборудования. Изобретатель работал над устройством, так как считает пайку «клеем нашего времени». 

Приложения и программное обеспечение. На фоне развития ИИ и использования его в том числе для имитации политических новостей запущена инициатива по проверке подлинности контента. ^[49] Она объединяет более 3700 технологических и медийных компаний, таких как Adobe, TikTok и Associated Press, создавая систему учета и водяных знаков для борьбы с дезинформацией. Эта система обеспечивает подлинность и маркировку контента, позволяя участвующим в программе цифровым камерам автоматически добавлять метаданные к изображениям, а программам вроде Adobe Photoshop отслеживать изменения, внесенные искусственным интеллектом.

Еще из сферы технологий 

Автомобильная промышленность. Cavnue модернизировала участок межштатной автомагистрали 94 в Мичигане ^[50], установив датчики через каждые 200 метров для наблюдения и анализа состояния дороги и трафика в реальном времени. Система собирает аналитические данные, которые помогут властям совершенствовать и ремонтировать дороги. В будущем она сможет информировать подключенные автомобили о дорожных проблемах. Компания реализует аналогичные проекты в Техасе и Джорджии.

UVeye разработала платформу для проверки автомобилей ^[51] с использованием компьютерного зрения ^[52], которая находит повреждения и генерирует отчеты меньше чем за минуту. Первоначально созданная для военных целей система теперь используется компаниями по прокату автомобилей и автопарками, такими как Amazon, для быстрой оценки состояния транспортных средств. Ежемесячно проверяется около полумиллиона автомобилей.

Конфиденциальность и безопасность. Bitkey от Block ^[53]— это физический гаджет для безопасного хранения биткоинов вне интернет-платформ. Для доступа к криптовалюте необходимо разблокировать устройство с помощью отпечатка пальца и смартфона. Система предусматривает восстановление доступа через доверенные контакты в случае утраты устройства или телефона.

Производство и материалы. NanoTech Materials создала покрытие Wildfire Shield ^[54], которое препятствует распространению огня. Во время показательных тестов они покрыли своей смесью куриное яйцо и подожгли его. Яйцо осталось сырым. Покрытие использовалось для изоляции зданий и крыш в реальных условиях. Продукты компании уже применяются в Калифорнии и на объектах SpaceX для уменьшения риска распространения пожаров и минимизации вреда от токсичного дыма. Продукт содержит изоляционные керамические частицы ^[55] (ICP) — порошок, который можно добавлять в другие материалы, например в гипсокартон или черепицу.

Аэрокосмическая сфера. В 2024 году отметился космический корабль с фотонным приводом, ^[56]более быстрые космические передачи ^[57]и была создана самая большая в истории трехмерная карта Вселенной ^[58]. С помощью инструмента DESI ученые смогли увеличить понимание поведения ^[59] тёмной энергии, влияющей на расширение Вселенной. Карта охватывает расстояние до шести миллионов галактик, что значительно превышает предыдущие пределы. Она показывает, что расширение Вселенной не всегда происходило равномерно, а имело периоды усиления и ослабления. Это открытие имеет значение как для понимания прошлого, так и для предсказаний относительно будущего эволюции Вселенной.

Другие категории разработок

Красота. Luum Lash ^[60] — это роботизированный инструмент для наклеивания ресниц, который заменяет острые инструменты на мягкие пластиковые. Он также применяет защитные механизмы и машинное обучение для повышения точности и безопасности процедуры. Это сокращает время сеанса вдвое и позволяет мастерам обслуживать в четыре раза больше клиентов ежедневно. На сегодняшний день компания нарастила более 160 000 ресниц и берет по 170 долларов за полный комплект.

Дизайн. Компания 8 Degree Pedal ^[61] разработала плоские педали для велосипеда с внутренними пружинами, обеспечивающими свободное движение ног, что снижает нагрузку на колени и уменьшает вероятность травм.

Еда и напитки. Brightseed, под руководством технического директора Ли Чея, использует искусственный интеллект для создания карты генома и состава растений ^[62], выявляющей полезные биоактивные вещества. Система собрала крупнейшую в мире библиотеку природных соединений из более семи миллионов единиц, и связала их с потенциальной пользой для здоровья. Эта информация помогает производителям продуктов питания, таким как Blue Diamond, улучшать состав своей продукции.

Домашнее хозяйство. Smart Box Health Monitoring ^[63] — это кошачий наполнитель, который меняет цвет, сигнализируя о возможных проблемах со здоровьем кошки, таких как инфекции мочевыводящих путей или заболевания почек. 

Фитнес. Normatec популяризировал компрессионные гетры ^[64], которые используются для ускорения восстановления после тренировок путем сжатия ног и стимуляции кровообращения. Новая модель Elite предлагает управление через сенсорный экран и мобильное приложение, семь уровней интенсивности и увеличенное время автономной работы. Гетры стали более компактными и удобными для переноски. 

В целом в направлении фитнеса в основном разработки в виде более совершенной одежды и аксессуаров, в том числе ультра тонкая обувь ^[65]. К слову, в другой категории отмечены более прочные походные ботинки ^[66] — предметов одежды или экипировки в целом очень много в списке The Time. 

Благоустройство. Light Bio создал биолюминесцентные петунии ^[67] за счет сочетания ДНК цветка с ДНК биолюминесцентных грибов. Эти растения излучают мягкий зеленый свет вечером.

Сельское хозяйство. Мониторинг здоровья пчел ^[68]. Платформа BeeHero была создана для помощи фермерским хозяйствам в мониторинге и анализе процесса опыления. Она использует небольшие гаджеты с девятью сенсорами, установленными на полях, для отслеживания активности пчёл ^[69], их визитов к цветам и изменений в окружающей среде. Это позволяет фермерам и пчеловодам своевременно реагировать ^[70] на стрессы ^[71], вызванные различными факторами, такими как изменение климата, вредные химикаты или болезни, и принимать меры для сохранения здоровья пчел и повышения эффективности опыления.

Итоги

Больше всего важных прорывов можно отметить в медицине. В целом многие из обозначенных в списке технологий, включая 3D-печать и редактирующие геном вакцины, не новы. Но в 2024 году многие разработки стали первыми в своей сфере, получившими одобрение FDA, что может быть началом вывода медицины на новый уровень. 

Поражают и технологические достижения от несгораемого покрытия до использования гравитации для получения энергии. Многие не очень прорывные, но любопытные разработки попали в рейтинг, когда их стали использовать для гуманитарной помощи. И конечно, во многих категориях так или иначе отметился ИИ, который приспосабливают для сайтов знакомств, предугадывания стихийных бедствий, создания лекарств и т. д.

Бесплатный поиск, мониторинг и регистрация товарных знаков  и других объектов интеллектуальной собственности. ^[72]

Поиск по программа для ЭВМ ^[73]

Регистрация программы для ЭВМ ^[74]