ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ

Игры разума

Сегодня многие говорят о том, что из нынешних экономических катаклизмов мир выйдет обновленным. В том числе и технологически. Как ожидается, одним из главных направлений грядущей научно-технической революции должны стать так называемые конвергирующие технологии. Что они собой представляют?

Дмитрий Миндич

Те, кому выпало жить в эпоху великих научных свершений, далеко не всегда осознают их масштаб. Когда в 1898 году Мария Склодовская-Кюри открыла новое физическое явление — радиоактивность, одна из солидных московских газет опубликовала короткую заметку под заголовком: «Найдено вещество, способное светиться в темноте. Ожидается переворот в освещении». Немногим ранее в английской прессе была предпринята попытка составить сценарный прогноз технологического развития (как мы сегодня сказали бы — форсайт). Эксперты дискутировали о том, можно ли в ближайшем времени ожидать появления новых технологий, способных изменить мир так, как его изменило изобретение парового двигателя и открытие электромагнитных полей. Сошлись на том, что человечество приблизилось к пределу своих знаний и ничего подобного ждать не приходится. Спустя всего 48 лет в Неваде состоялись испытания первой ядерной бомбы, а еще через девять лет в Обнинске была введена в строй первая в мире АЭС. Развитие ядерной физики коренным образом изменило наши представления о материи и устройстве Вселенной, ядерные технологии дали нам невиданный прежде источник дешевой энергии, а ядерное оружие навсегда изменило основы мировой политики.

Нано-био-инфо-когно

Скорее всего, мы являемся свидетелями начала нового технологического рывка, последствия которого в обозримом будущем начнут оказывать на нашу жизнь не меньшее, если не большее влияние, нежели ядерные, ракетные, космические и другие революционные технологии XX века.

Последняя четверть прошлого века ознаменовалась появлением четырех новых революционных направлений, которые, по всей вероятности, будут определять вектор технологического развития человечества. Речь идет о информационных, биологических и нанотех-нологиях, а также о когнитивных науках (сегодня их часто объединяют под общим названием NBIC-технологии: nano-bio-info-cogno). Появление и использование NBIC-технологий уже преобразило жизнь огромного числа людей. Развитие компьютерной техники и средств связи, появление интернета навсегда изменило информационную картину мира и восприятие информации человеком. В 90-е годы на первый план выдвинулись биотехнологии. Одним из важнейших технологических и научных завоеваний стал проект «Геном человека», успешное завершение которого уже позволило разработать новые виды медпрепаратов, поставило вопрос о существовании индивидуальной медицины и технологии создания «запасных» человеческих органов. Нанотехнологии также все чаще находят применение на практике — прежде всего в области создания инновационных материалов, вычислительных систем, а также новых видов лекарств. Когнитивная наука как особая область знания появилась относительно недавно. Она представляет собой комплекс междисциплинарных исследований познавательных процессов, т. е. процессов восприятия, памяти и мышления, а также взаимодействие человека и его окружения. Однако целый ряд разработок в этой сфере появился еще в конце 1980-х годов, и сегодня они широко известны — например, интуитивно воспринимаемые графические интерфейсы операционных систем Windows и MacOS, которые были разработаны на основе результатов исследований, показавших пракрезонансная томография). Однако ключом к конвергенции NBIC-техно-логий стало развитие нанотехнологий, оперирующих с объектами наномет-рового размера — группами атомов и молекулами. Это «строительные блоки» всего материального мира, в том числе и тех объектов, с которыми имеют дело биотехнологии, информационные технологии и когнитивные науки. Инструментарий и методики, применяемые в нанотехнологиях, таким образом, могут быть использованы и в других областях NBIC-технологий.

«Технологические открытия двух последних десятилетий и конвергенция этих технологий впервые в истории человечества позволили нам вплотную приблизиться к пониманию материальных основ человеческого разума. В то же время массовое распространение компьютерных технологий в последние 15-20 лет стало возможным лишь благодаря исследованиям в области когнитивной психологии», — описывает вклад конвергенции технологий в развитие когнитивных наук президент Ассоциации когнитивных исследований, директор Института когнитивных исследований при РНЦ «Курчатовский институт», член-корреспондент РАН Борис Величковский.

Игра в бисер

Вот лишь несколько примеров того, как прогресс в одной области NBIC-технологий может отразиться на развитии остальных (мы позаимствовали их из подготовленного министерством торговли и Национальным научным фондом США доклада «Конвергирующие технологии для улучшения человеческого развития»).

Ожидается, что основной вклад в создание совершенно новых видов материалов, устройств и систем для использования в промышленности, строительстве, медицине, транспорте и научных исследованиях будет сделан (и уже делается) нанотехнологиями. Вместе с тем разработка этих прикладных технологий невозможна без использования мощных вычислительных систем для анализа структуры и свойств новых материалов, а также моделирования сложных молекулярных структур, ведь нанотехнологии имеют дело с объектами размером с атом. Уже сегодня понятно, что при создании новейших материалов будут использоваться управляемые биологические процессы. В то же время фундаментальные знания о происходящих на молекулярном уровне процессах, влияющих на метаболизм и рост живых клеток, могут быть использованы и для создания неорганических структур. Таким образом, речь идет о совместном применении (той самой конвергенции) фундаментальных знаний и инструментов, относящихся к нано-, био- и информационным технологиям (см. таблицу).

Второй пример — технологии, позволяющие управлять процессами и составными элементами живой клетки. Понятно, что эта область в первую очередь имеет отношение к биотехнологиям. В то же время речь идет об управлении клеткой на самом элементарном уровне организации биологических систем: на наноуровне. Следовательно, без инструментария и методов нано-технологий здесь не обойтись. Далее, подобные технологии управления живой клеткой могут быть применены в микроэлектронике для создания так называемых нанобиопроцессоров, которые станут основой для разработки новой техники, в частности квантовых компьютеров, по своей эффективности на порядки превосходящей существующие вычислительные устройства.

Конвергенция когнитивных, информационных, био- и нанотехнологий потребуется и для создания принципиально новых всеобъемлющих информационных систем, которые должны прийти на смену сегодняшнему интернету. Нанотехнологии призваны обеспечить прорыв в развитии вычисли тельной техники, из области биотехнологий могут быть использованы знания о поведении сложных динамических систем, а также о химических и биологических механизмах реакции на изменения окружающей среды. Когнитивные технологии способны представить информацию в наиболее удобной пользователю форме и наиболее комфортным способом.

Развитие нанотехнологий открыло дорогу для взаимопроникновения остальных мегатехнологий современности — инфо-, биотехнологий и когнитивных наук. На фото на стр. 46 — нобелевский лауреат, один из открывателей фуллеренов Гарольд Крото.

Еще одним примером такого взаимодействия NBIC-технологий может стать перспективная технология «молекулярного ремонта» механизмов памяти, необходимого для устранения «поломок», вызванных старением мозга. Такой «ремонт» может стать реальностью благодаря открытым методам стимуляции процесса развития нейронов в гиппокампе человека (когнитивные и информационные технологии) и технологиям использования стволовых клеток (биотехнологии). Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ) недавно выделил междисциплинарные когнитивные исследования в качестве одного из приоритетных направлений. Перед авторами проектов была поставлена задача создать научные основы для развития когнитивных технологий, рассказывает Борис Величковский.

В полной мере оценить возможный эффект от подобного взаимопроникновения и совместного использования NBIC-технологий пока сложно. Однако уже сегодня очевидно, что такая конвергенция может расширить человеческие возможности настолько, что большинству ныне живущих людей это покажется невероятным. По сути, такое взаимопроникновение технологий способно разрушить границы, ко торые до сих пор считались непроницаемыми — между органическим и неорганическим миром, между реальностью и информацией о ней, между разумным и неразумным.

Среди прочих в докладе минторга и Национального научного фонда США называются следующие приоритетные направления развития конвергирующих технологий: так называемый The Human Cognome Project (по аналогии с The Human Genome Project — проектом исследования генома человека) — междисциплинарный проект исследования структуры, функций и потенциальной расширяемости человеческого разума; создание интерфейсов, которые позволят механизмам, роботам и информационным системам подстраиваться под особенности конкретного человека; разработка новых обучающих систем на основе виртуальной реальности; создание нанобиопроцессоров, которые смогут преодолеть физические ограничения возможностей существующих сегодня вычислительных систем и будут способны взаимодействовать с человеческим организмом напрямую; разработка медицинских наноимплантатов, способных самостоятельно диагностировать и лечить заболевания; внедрение технологий, обеспечивающих возможность полноценной коммуникации слепым, немым и глухим людям, а также устраняющих языковые барьеры; создание интерфейсов, которые смогут передавать информацию непосредственно из одного мозга в другой, а также от мозга к машине. И это далеко не полный список.

Nbic плюс s

Вместе с тем стремительное развитие конвергирующих технологий несет в себе не только новые невиданные возможности, но и новые проблемы и угрозы. По словам Виталия Горохова, ведущего научного сотрудника сектора междисциплинарных проблем научно-технического развития Института философии РАН, появление NBIC-технологий существенно изменило парадигму научных исследований. Сегодня дистанция между созданием теоретической модели, например, тех же наночастиц и достижением практического результата стала короткой как никогда. В итоге появление новых технологических возможностей зачастую существенно опережает знание о фундаментальных основах, которые в них заложены, а также о последствиях их использования. Именно поэтому, уверен Виталий Горохов, внедрение новых технологий должно предваряться исследованиями возможных социальных последствий, а также допустимых границ их применения.

Некоторые области применения NBIC-технологий

Например, практически безграничные возможности, которые сулит применение NBIC-технологий в области медицины, неизбежно ставят вопрос о равном доступе к этим возможностям. Ведь если одни люди смогут жить до 250 лет, а другие только до 80, то это коренным образом может повлиять на состояние общества. Еще большую потенциальную опасность представляют технологии, направленные на расширение возможностей головного мозга и манипуляцию происходящими в нем процессами.

«Такое вмешательство может быть чрезвычайно опасно, поскольку в данном случае человек вторгается в область ведения Господа Бога, — говорит Виталий Горохов. — Например, американская программа развития конвергирующих технологий направлена в первую очередь на повышение эффективности человеческого поведения и имеет, в числе прочего, военную составляющую. Речь идет о создании универсального солдата, обладающего повышенным восприятием традиционными органами чувств, а также дополнительными возможностями восприятия. Но возникает вопрос: способен ли человеческий рассудок справиться с такими "улучшениями"? Или если из идиота сделать умного — будет ли это тот же самый человек? Человеческий разум — это данность, поэтому говорить об исправлении "ошибок природы" нужно с большой осторожностью».

Чтоб сказку сделать былью

Возможности, которые могут быть открыты перечисленными выше технологиями, существенно шире, чем самые смелые фантазии авторов, писавших в XX веке в жанре сайнс-фикшн. Тем не менее, несмотря на всю фантастичность, некоторые из этих технологий уже находят коммерческое применение.

Например, принятая NASA стратегия технологического развития предусматривает, что воздушные и космические суда в обозримом будущем будут наделены способностью к самостоятельному анализу собственного состояния, обнаружению неисправностей, самостоятельному их устранению, анализу изменений внешней среды и состояния экипажа и адаптации к ним. Иными словами, механизмы должны обладать некоторыми свойствами, присущими живым организмам. Кроме того, предусматривается создание систем биометрии на основе наносен-соров, внедренных в организмы астронавтов, а также рассматривается возможность применения нанотехноло-гий для лечения астронавтов от тяжелых болезней и увечий без эвакуации экипажа на Землю. Причем речь идет не о живых или думающих космических кораблях из фантастического телесериала Lexx или «Космической одиссеи», а о вполне реальной программе НИОКР, к выполнению которой агентство уже приступило.

Японская Toyota совместно с национальным Институтом физических и химических исследований RIKEN год назад объявила о запуске нового проекта создания систем автомобильной безопасности на основе когнитивных технологий, самообучаемых роботов и интерфейсов, позволяющих машинам понимать мысленные приказы. «Существующие сегодня человеко-машинные интерфейсы пока еще не способны учитывать знания, ситуативные намерения и состояния человека. Между тем так называемый человеческий фактор имеет огромное значение — достаточно сказать, что на дорогах развитых государств ежегодно гибнет столько людей, сколько в самых кровопролитных войнах. Приведу еще один пример: Всемирной организации здравоохранения удалось значительно снизить смертность по причине врачебных ошибок, просто повесив в операционной листок бумаги с тремя вопросами. Что мы здесь делаем? Это наш пациент? Какой орган мы должны оперировать?» — рассказывает Борис Величковский.

Немецкая Deirnler внедрила систему для проведения видеоконференций между представителями разбросанных по всему миру подразделений компании, основанную на достижениях когнитивных технологий и учитывающую уровень и направленность внимания участников. «После окончания традиционных телеконференций их участники, как правило, имеют разные представления, о чем они как будто бы договорились, — говорит Борис Величков-ский. — В основе предложенных моими сотрудниками и аспирантами решений лежит использование представления о совместном внимании как основе коммуникации. Для поддержки состояний совместного внимания используются бесконтактные датчики, определяющие направление взора и, таким образом, фокус внимания участников обсуждения. Этот подход, в частности, позволяет снять неопределенность столь распространенных в естественной речи оборотов ("возьми ту штуковину и прикрепи ее сюда!")».

Уже сегодня применение в медицинской, военной и промышленной областях нашли созданные на основе нано-технологий так называемые би-дирек-циональные стекла, которые позволяют совмещать виртуальную информацию с реальным предметным окружением и одновременно регистрировать намерения пользователя. Типичный пример — интерфейс, позволяющий хирургу «видеть» оперируемый орган при проведении эндоскопических операций (операций через миниатюрные разрезы), которым можно управлять взглядом (в случае остановки взгляда на виртуальной «кнопке» на определенное количество миллисекунд на экран выводится необходимая информация).

Российская гражданская промышленность также все больше интересуется возможностями NBIC-технологий. Помимо широко известных проектов «Роснанотеха» можно назвать ряд других передовых отечественных технологий — например, разработку компании «Нейроком» для ОАО РЖД. Речь идет об интерактивной системе, которая помогает снизить возможное негативное влияние человеческого фактора на управление поездами и дорожной инфраструктурой. Вместе с тем уровень коммерциализации NBIC-тех-нологий и размеры финансирования соответствующих НИОКР со стороны российских компаний на порядок ниже, чем в развитых странах. Эти прорывные технологии в нашей стране почти исключительно зависят от внимания государства.

«Мы должны быть готовы к тому, что глобальные технологические открытия будут совершаться каждый день, а не раз в столетие, как раньше», — уверены авторы американского доклада. Развитие и взаимопроникновение конвергирующих технологий может положить начало такой технологической гонке, которой человечество еще не знало. Отставшие на старте рискуют отстать навсегда.

статья из журнала № 4-5 [32] апрель-май 2009