Кои са техническите задачи на ХХІ век

През 2006 година Националната инженерна академия на САЩ, с подкрепата на Националния научен фонд, учреди комисия от експерти, която получих за задача да определи и подреди главните приложни (практически, технически, инженерни) задачи пред човечеството. Комисията определи 14 задачи, но не можа да ги подреди по значимост, съобщава електронното издание ЛентаРу.

18-те експерти, сред които генетикът Крейг Вентер, един от основателите на Google Лари Пейдж, изобретателят Реймънд Кърцуейл и бившият министър на отбраната на САЩ Уилям Пери, определиха четири области, в които се поместват главните приложни задачи. Това са грижа за околната среда, жизнено осигуряване, защита от всякакви опасности и повишаване на жизненото равнище.

Използването на слънчева енергия да стане икономически оправдано
До Земята достига само малка част от проезвежданата от Слънцето енергия, но дори и тя е 10 000 пъти повече от всичката енергия, произвеждана от човечеството. Този източник на енергия е неизчерпаем, докато в слънчевото ядро не свърши водородът, което ще стане след около 7 милиарда години.
Делът на слънчевата енергия на енергийния пазар е под 1%. Независимо, че тя достига до Земята безплатно, преобразуването й струва твърде много. Коефициентът на полезно действие на съвременните слънчеви батерии е 10-20 процента и активното им използване в енергийните мрежи би довело до поскъпването 3 до 6 пъти на електричеството. Световната икономика не е готова за това.
Експертите смятат, че проблемът може да се разреши с разработването на по-ефективни начини за приемане, преработка и съхранение на слънчевата енергия.

Да се научим да използваме енергията на термоядрения синтез
Това е един от най-ефективните начини за производство на енергия, който още не можем да овладеем напълно.
Ако с голяма сила се сблъскат ядро деутерий (водород-2) и тритий (водород-3), се получава хелиево ядро и свободен неутрон като масата на продуктите ще бъде малко по-малко от масата на изходните реагенти. Къде отива част от масата? Тя преминава в енергия по знаменитата формула Е=mc^2.А c^2 е огромно число.
Човечеството вече умее да задейства тази реакция взривявайки водородни бомби например. Сега е необходимо да се разбере как може реакцията да бъде управлявана, за да се получава енергия за промишлени цели. За това ще се наложи да се създаде температура над 100 милиона градуса, да се решат голямо количество технически въпроси, да се убеди светът в безопасността на новия метод, да се научим да удържаме сблъскващите се ядра в магнитно поле и да се направи още много. За тази цел във Франция се строи експерименталният международен термоядрен реактор ITER.

Да се научим да обуздаваме въглеродния двуокис
Алтернативните източници на енергия са в бъдещето, докато в момента зависим на 85% от въглеводородите нефт, природен газ и въглища. При изгарянето им се отделя въглероден двуокис. Концентрацията му в атмосферата непрекъснато расте и предизвиква глобално затопляне в климата.
Не може да не изгаряме въглеводородите. Значи трябва нещо да се направи с въглеродния двуокис.
Например той се използва в промишлеността за газиране на напитки и производство на сух лед. Или се съхранява в изтощени нефтени находища (останалият в последствие нефт е по-лесно да бъде извлечен). Разбира се, нито производствените потребности, нито нефтените находища могат да поберат толкова въглероден двуокис.
Възможно е той да бъде съхраняван в утаечни порести скали на дълбочина 800 метра под морското равнище. А може да бъде вкаран в химическа реакция със съдържащите се в морската вода калциеви йони, за да се образува неразтворимият варовик CaCO3.

Да намалим изхвърлянето на азотсъдържащи съединения
Азотният проблем не е толкова известен, както въглеродния, но заслужава сериозно внимание. Азотът притежава парадоксални свойства. Той е един от най-важните за живота елементи. В природата се намира в предостатъчно количество: 80% от атмосферата е молекулен азот (N2). Но връзките между атомите в молекулата са толкова силни, че почти нищо не е в състояние да ги разруши и да включи азота в състава на химически активно съединение.
До началото на ХХ век инертността на чистия азот можеше да бъде преодоляна само от две сили. Някои микроорганизми, обитаващи корените на бобовите растения усвояват азота директно от въздуха и така го включват в хранителната верига. Мълнията пък кара азота да реагира с кислорода, също образувайки химическо активно съединение.
После човекът се научи изкуствено да свързва чистия азот и започна да изгаря горивото при много високи температури, при които азотът подобно на удар от мълния започва да реагира с кислорода.
Да се свързва азотът е необходимо: без него няма торове, които позволяват да се изхранва човечеството. Но в крайна сметка в околната среда се изхвърлят много азотсъдържащи съединения, които са виновни за парниковия ефект, разрушаването на озоновия слой, киселинните дъждове, пренасищането на водоемите с азотни съединения.
Производството и използването на торове може да стане значително по-ефективно, което пък ще намали изхвърлянето на азот в атмосферата, коментират членовете на комисията.

Всеки да има достъп до чиста вода
Всеки шести човек в момента няма нормален достъп до чиста вода. Не достига вода за пиене и за санитарни нужди, без да става въпрос за потребностите на селското стопанство и промишлеността. Питейната вода на планетата е достатъчно, но е разпределена крайно неравномерно.
Експертите възлагат надежди на усъвършенстването на дестилацията на вода, но са убедени, че това ще бъде недостатъчно. Също така ще се налага пречистване и повторно използване на замърсена вода, както и намаляване на потреблението, като се направи по-ефективно.

Да подобрим инфраструктурата на градовете
Под инфраструктура се разбират всички основни системи, поддържащи живота в населеното място: водопровод, канализация, електрическа и газопреносна мрежа, транспорт.
Според експертите градските инфраструктури по целия свят стремително стареят и се изхабяват, а няма пари за тяхната подмяна и ремонт. Същевременно новите строителни материали, възможностите за компютърно проектиране и автоматизирано строителство откриват широки перспективи в тази област.

Оптимизиране на използването на информационните технологии в медицината
Информационните технологии в медицината това е възможност бързо да се търсят данни за болести и лекарства, да се получи подробна история за болестта на пациента, както и възможност за създаване на нови апарати за следене дори и дистанционно на състоянието на болния.
От друга страна това може да нанесе вреди кражба на лични данни от медицинските мрежи, проблеми при прехода от старите хартиени системи към новите електронни, несъвместимост на програмите и много други.
Както навсякъде новите възможности пораждат нови проблеми. Но в медицината всяка грешка, всяка загуба на данни, всяко забавяне, или обратно всяка полезна информация и спечелена минута от лекаря може да струва много.

Да се създадат по-ефективни лекарства
Въпреки че хората са от един биологичен вид, те се различават един от друг: различно боледуват и оздравяват. Съвременните лекарства се разработват за средностатистическия болен, което означава, че те не винаги работят по най-ефективния начин.
Според експертите достиженията на науката най-вече на генетиката ще позволят в бъдеще да създаваме лични лекарства, оптимални за конкретен човек: ефективни, но безопасни. За това трябва да решим множество теоретични и практически проблеми: да се научим бързо да събираме генетичните данни на човека, да ги обработваме, да създаваме лекарството и да го изпробваме.

Да се създадат мислещи машини
Прогресът в тази област е впечатляващ, но в общия случай задачата очевидно не е решена: не е създаден изкуствен интелект. Експертите смятат, че един от възможните пътища към създаването му е по-подробно изучаване и моделиране на естествения интелект човешкия мозък.
Ползата от изкуствения интелект е очевидна. Особено се подчертава, че ако изкуственият интелект е създаден по физически образ и подобие на човешкия мозък, възможно е да бъде използван за лечение на заболявания и повреди на мозъка.

Да се предотврати ядреният терор
Разбираемо е какво прави терорист, в ръцете на който попада достатъчно количество уран или плутоний. Само преди 60 години създаването на атомна бомба беше толкова сложна техническа задача, че не можеше да бъде решена от най-добрите умове на планетата. Сега обаче тя е разрешена и значителна част от необходимата информация е публикувана. Едва ли е възможно да се направи атомна бомба в домашни условия, но може в лаборатория.
Още по-лесно е да се създаде мръсна бомба, основната опасност при която не е енергията на взрива, а дълготрайното радиоактивно замърсяване.
Това означава, казват експертите, че трябва много добре да съхраняваме потенциално опасните вещества и да охраняваме ядрените реактори. Ако те са били пазени лошо и бомбата все пак е направена, трябва да умеем да я откриваме и обезвреждаме. Ако не сме успели и бомбата е избухнала, трябва да можем спешно да вземем мерки за намаляване броя на жертвите, очистване на замърсената територия и залавяне на престъпниците.

Да направим безопасно кибер-пространството
Колкото по-голяма е ролята на обединените в мрежи компютри за живота на обществото, толкова е по-важно да осигурим тяхната защита.
Компютри пазят банковите сметки, държавни тайни, медицински данни и управляват градската инфраструктура. Това е рай за зложелателя и трябва така да направим, за да остане този рай недостъпен за него.

Да развиваме виртуална реалност
Виртуалната реалност не е само светът на компютърните игри и сюжет за научно-фантастични филми и книги. Това е илюзия за съществуване в особен вид пространство, която според експертите може да се използва в психиатрията и образованието за лечение и обучение.
Страхът от височини например би могъл да се лекува с разходка по ръба на скала но не истинска, а нарисувана. Във виртуалната реалност хирурзите могат да тренират операции, инженерите да изпробват изделията си, учените да правят експерименти. И разбира се, там можем да се забавляваме.

Да развиваме индивидуалния подход в обучението
Всеки се учи различно някои по-бавно, други по-бързо. На някои са им необходими постоянни указания и пояснения от учителя, други усвояват новия материал съвсем сами.
В системата на образованието по правило подобните ученици се групират с подобни, но всяка група не е еднородна.
Според експертите значителна част от проблема може да се разреши именно чрез индивидуалния подход. При съвременните възможности за представяне на информацията, за нейното търсене, дистанционното обучение, това е напълно възможно.
Комисията дава пример как може да се избира най-добрия начин за представяне на материала за конкретен ученик. Използва се генетичен алгоритъм (заимстван от програмистите, които пък са го заимствали от природата): качеството на усвоения материал периодично се проверява с тестове, като при лоши резултати методът да подаване на информацията частично или напълно се променя. Рано или късно неефективните компоненти трябва да изчезнат, а ефективните да се развият.

Да се създадат инструменти за разработването на научни открития
Науката не може без инструменти. Биолозите се нуждаят от микроскопи, астрономите от телескопи, а физиците от ускорители.
Вероятно не знаем отговорите на някои въпроси за структурата на заобикалящия ни свят само защото нямаме достатъчно мощни инструменти.