Пятница будущего. Итоги 2023 года

Приветствую! На календаре четверг, но у нас уже немного пятница. Потому что мы подводим итоги года в развитии технологий, о которых говорили в «Пятнице будущего». В конце будет традиционное голосование за самую запоминающуюся из них. А сейчас — немного об условиях, которые позволили тем или иным новостям попасть в итоговую десятку. Это только позитивные события, т.е. новые открытия или освоение новых технологий. Негатива и так хватает, так что предлагаю вспомнить о том хорошем и интересном, чем мог запомниться 2023 год.

Table of Contents

• Цифровизация документов в России
• Беспилотный паром в Калиниград
• Реальность планковских варп-двигателей
• Мобильная сеть Nokia на Луне
• Освоение лунной целины
• Мегаваттный двигатель для электросамолетов
• Стандартизация Li-Fi
• Рабочие прототипы CFET-транзисторов
• Больше мата — лучше код
• Робот из жидкого металла

Цифровизация документов в России

В начале поговорим о прогрессе в России. 2023 год, может, и не был переломным в цифровизации экономики или еще какой-то отрасли, но, безусловно, стал очередным этапом, когда эта цифровизация превращается в конкретные удобства для каждого гражданина. В этом плане стоит отметить, что принципиальный шаг к тому, чтобы отказаться от бумажных документов в повседневности, уже сделан. 18 сентября 2023 года президент Путин подписал указ, который приравнивает предъявление электронной версии паспорта, хранящейся в приложении «Госуслуги», к бумажному оригиналу. На практике это позволит реализовать совместный проект РЖД, Минцифры и Минтранса в наступающем году. Пассажирам поездов дальнего следования можно будет подтверждать свою личность при помощи биометрии вместо проверки паспортов. Разумеется, использование биометрии не будет обязательным условием подтверждения личности, существующие способы оказания услуг будут сохранены. А еще в самом начале уходящего года в приложении «Госуслуги Авто» по всей стране появились электронная версия водительского удостоверения и цифровая копия СТС. Чтобы предъявить электронные документы, нужно выбрать в приложении водительские права или нужное СТС и нажать «Предъявить документы». Инспектор ДПС считывает появившийся QR-код через специальную программу, а данные автоматически загружаются из базы Госавтоинспекции. К сожалению, все еще нет новой редакции ПДД, так что пока все обязаны иметь при себе водительское удостоверение в оригинальном виде.

Беспилотный паром в Калиниград

В самом конце года в России началась коммерческая эксплуатация морского беспилотного транспорта. На линию Усть-Луга — Калининград вышел беспилотный паром «Генерал Черняховский». Рейс уже не испытательный, а самый обычный, регулярный. Разумеется, на борту находится экипаж — не только для обслуживания механизмов, но и чтобы в нештатной ситуации взять под контроль судно. Так что это соответствует скорее уровню самоуправляемости «теслы» с автопилотом, когда автомобиль вроде бы едет сам, а с другой стороны, за рулем обязательно должен находиться человек, чтобы при необходимости перехватить управление. Вот только «Генерал Черняховский» — это двухсотметровая махина, вмещающая железнодорожный состав из 80 вагонов и 15 большегрузов одновременно. И декабрьское Балтийское море в плане сложности навигации далеко не самое приятное место. Что же касается приставки «эко», то в этом отношении паром далек от электромобилей. Речь всего лишь о том, что его дизели потребляют сжиженный газ или топливо с пониженным содержанием серы. Паром разработан «Морским Инженерным Бюро», построен на верфи Kuzey Star Shipyard в Турции по заказу «Росморпорта» при участии корабелов Невского ССЗ в 2022 году и является наряду с однотипным (но не оборудованным для автономного управления) «Маршалом Рокоссовским» одним из двух крупнейших российских паромов.

Реальность планковских варп-двигателей

От российских реалий и ближайшей перспективы — к космическим далям и далекой перспективе межзвездных путешествий. Ну или хотя бы сверхсветовой связи. Ученый Лоренцо Пьери из английского Университета Оксфорд Брукс (не путать с Оксфордским Университетом) изложил теоретическое обоснование возможности передачи информации быстрее скорости света. В основе идеи — перенос классического варп-двигателя в микромир. Если в макромире «пузырь Алькубьерре» практически нереализуем (ему требуется энергия, сравнимая с массой-энергией Солнца, а выбросы захваченных по пути частиц при остановке двигателя будут приводить к соответствующего масштаба высокоэнергетическим вспышкам), то при переносе в планковские размеры все не так плохо. Не то чтобы мы уже завтра могли приступить к проектированию устройств на основе этих принципов, но для них хотя бы не требуются недостижимые современной техникой энергии, а последствия применения не будут разрушать планету. Итак, о чем речь. С помощью эффекта Казимира создается малый пузырь Алькубьерре, который является быстродвижущимся пузырем деформации пространства-времени (гиперволной). Его путь ограничен заранее определенным направлением внутри трубчатой области пространства, названной гипертрубкой. Ограничение связано в том числе и с тем, что в простом понимании нам потребовался бы источник энергии, который успевал бы за пузырем, т.е. двигался бы со сверхсветовой скоростью. Но если создать гипертрубку с определенным распределением отрицательной энергии внутри, то проблема будет решена. Движущийся со сверхсветовой скоростью пузырь формирует горизонт событий, который захватывает все встреченные частицы. При остановке двигателя горизонт исчезает, и все частицы выбрасываются с энергией, прямо пропорциональной времени, проведенном в пузыре в направлении пункта назначения. Этот эффект и предполагается использовать для передачи одного бита информации. Для практического осуществления такой сверхсветовой связи осталось посчитать, какие именно энергии нам потребуются, а также научиться тонким манипуляциям с энергией: отрицательную энергию нужно каким-то образом сосредоточить в крошечной области пространства, иначе в гипертрубке не будет нужной плотности энергии, после чего можно будет подумать о том, каким образом саму эту гипертрубку из математической модели превратить в реальность. Такая технология совсем не помешала бы в освоении космоса даже без межзвездных расстояний, например, решив проблему задержки при передаче сигнала исследовательским дронам на Луне и Марсе.

Мобильная сеть Nokia на Луне

Если от теории космической связи перейти к практике, то вот новости от Nokia. С планами по отправке до конца 2023 года первого телекоммуникационного оборудования компании на естественный спутник Земли не задалось по не зависящим от Nokia причинам, но пока отмены проекта по развертыванию сети мобильной связи стандарта 4G в 2024 году нет. Если вас интересует вопрос, для каких абонентов, то ответ предельно прост. Nokia будет обеспечивать связью миссию NASA «Артемида-1». Связь потребуется для работы дрона-лунохода, так что первая мобильная сеть за пределами Земли будет создана ради интернета вещей, что, собственно, и диктует выбор стандарта LTE. 5G, видимо, не подошел по параметрам дальности и надежности, так что сеть получается слегка устаревшей. Оборудование будут разворачивать в кратере Шэклтона на южном полюсе Луны. Базовая станция от Nokia разместится на посадочном модуле Nova-C, разработку которого осуществляет американская Intuitive Machines, а доставку на Луну должна обеспечить ракета SpaceX. В общем, можно говорить, что в скором времени прилетающие на Луну будут попадать в мобильный роуминг.

Освоение лунной целины

Если вы смотрели фильм «Марсианин», то должны помнить о том, как главный герой бился за то, чтобы сделать марсианский грунт пригодным для выращивания земной картошки. Дабы в ходе освоения Луны не столкнуться с такими трудностями по превращению реголита в плодородную почву, китайские ученые предлагают прибегнуть к помощи специально выведенных бактерий. Проведенные ими исследования показали, что некоторые из земных микробов, способных извлекать фосфор из неорганических соединений, вполне смогут существовать в лунном грунте, делая его более питательным для земных растений. С этой целью колонии бактерий рода Bacillus и бактерия вида Pseudomonas fluorescens были поселены в аналог реголита, продемонстрировав, что почва, изначально содержащая мало фосфора в соединениях, которые пригодны для усвоения земными растениями, может быть доведена до уровня плодородности, сопоставимого с земными образцами. Разумеется, для понимания того, насколько этот метод будет эффективен, требуется проведение эксперимента с реальным реголитом и в лунных условиях, но терраформирование стало еще на один шаг ближе.

Мегаваттный двигатель для электросамолетов

Спускаясь с космических высей ближе к Земле-матушке, нельзя не вспомнить о важном проекте для летающего электротранспорта. В США разработчики и ученые MIT представили проект первого в мире электродвигателя, который преодолевает расчетное пороговое значение для внедрения электротяги на крупных летательных аппаратах. Если небольшие самолеты и беспилотники могут обходиться существующими моделями электродвигателей, то вот для того, чтобы электротяга смогла заменить турбины на больших самолетах, по прикидкам специалистов NASA, требуется электромотор с отдачей не менее 13 кВт на килограмм, а таких промышленность предоставить еще не может. Пока проект MIT существует только на бумаге, но расчеты обещают мощность в 1 МВт при весе конструкции в 57,4 кг, что дает удельную мощность в 17 кВт на кг, с лихвой перекрывая прикидки инженеров NASA. Конструктивно он представляет собой титановый ротор с постоянными магнитами, который вращается внутри сверхтонкого статора с медными обмотками с каналами воздушного охлаждения, способными отводить до 50кВт тепловых потерь. По оптимистичным оценкам, этот проект делает реальной разработку самолетов регионального класса уже в ближайшие годы при условии, что воплощение в металле подтвердит теоретические расчеты, а сама конструкция будет реализуема из имеющихся в производстве материалов. Ну и эффективные батареи тоже должны подтянуться. На данный момент подходящего класса аккумуляторы имеют размеры с морской контейнер и весят десяток тонн.

Стандартизация Li-Fi

И снова о связи, точнее, о ее стандартах. Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) добавил 802.11bb в качестве стандарта беспроводной связи на основе света Li-Fi (Light Fidelity — «световая точность»). Заявляется, что он обеспечивает более быструю и надежную беспроводную связь с большей безопасностью по сравнению с обычными технологиями, такими как Wi-Fi и 5G. Впрочем, Li-Fi вряд ли сможет полностью вытеснить даже обычный Wi-Fi, не говоря уж по 5G, поскольку радиоволны имеют неоспоримые преимущества перед системами оптической связи. Публикация же спецификаций IEEE должна позволить компаниям, производящим оборудование, приступить к тестированию систем совместимости нового стандарта с уже имеющимися. Впрочем, отсутствие формализованных спецификаций не помешало компании pureLiFi подготовить модуль Light Antenna ONE для интеграции в девайсы. Компонент длиной 14,5 мм предоставляется производителям для оценки новой технологии.

Рабочие прототипы CFET-транзисторов

В технологиях микропроцессоров также не останавливается прогресс. Весной этого года на конференции в Европе представители компании TSMC сообщили о том, что им удалось создать первые рабочие прототипы транзисторов, изготовленных по технологии Сomplementary FET. CFET-транзисторы станут преемниками GAAFET и будут превосходить как FinFET, так и GAAFET по энергоэффективности, производительности и плотности размещения транзисторов. Но в серийное производство они пойдут еще не скоро. На данный момент инженеры TSMC хотя и смогли создать рабочие прототипы, но испытывают трудности с недостаточной точностью существующих инструментов литографии, которые ограничивают возможности по интеграции в конструкцию транзистора и расположению рядом друг с другом полупроводниковых элементов n- и p-типов. К тому же есть определенные сложности с получением в нужном количестве исходных материалов с нужными свойствами. Все это ограничивает возможность внедрения CFET-технологии в производство в ближайшие годы. Так что пока на конвейере останутся транзисторы, изготовленные по FinFET технологии, а ближайшим технологическим улучшением должно стать внедрение нанолистов в 2-нм транзисторах. Затем последует одно или два поколения GAA-транзисторов, после чего можно ожидать первые массовые CFET, если ранее не будет предложено каких-то еще более оптимальных технологий, которые также находятся в разработке TSMC.

Больше мата — лучше код

Ни для кого не секрет, что одно из предназначений обсценной лексики — давать эмоциональный выход накопленному напряжению. А любой труд многих людей обеспечивает напряжением, не имеющим иного выхода. Соответственно, они матерятся. В том числе и тогда, когда пишут компьютерный код, а также комментарии к нему. В Технологическом институте Карлсруэ (в Германии, а не где-то в Британии, как можно было подумать) заметили, что ненормативная лексика активно используется при написании кода ядра Linux, а также имеет некоторую корреляцию с качеством этого кода. В результате появилось исследование, созданное на основе базы данных с открытым кодом GitHub. К сожалению, анализу подвергли только образцы кода на языке С, так что пока было бы преждевременно экстраполировать результаты исследования на всех программистов. Возможно, именно среди пишущих на С собралось наибольшее количество матерщинников. Однако оказалось, что 3,8 тыс. образцов кода, в котором присутствует обсценная лексика, в целом содержат меньше ошибок, повторяющихся фрагментов и легче читаются в сравнении с 7,6 тыс. образцов, в которых нет неприличных выражений. Оценка проводилась с помощью программы SoftWipe по 11-балльной шкале и показала, что «матерный» код в среднем на 0,5 балла лучше, чем тот, при создании которого обошлись без непечатных выражений (или не записали их).

Робот из жидкого металла

Если вам кажется, что времена, когда сказку делали былью, остались в прошлом, то это означает, что вы не слишком внимательно следите за новостями. Просто некоторые сказки, которые становятся былью, довольно страшные. Например, помните жуткое лицо Роберта Патрика в образе робота Т-1000 и его внушающий ужас проход сквозь металлическую решетку? Так вот, китайские ученые и инженеры сделали робота из жидкого металла реальностью. Им удалось на основе галлия создать материал, который при комнатной температуре под воздействием внешнего магнитного поля может менять свое состояние с твердого на жидкое и обратно. И да, они построили из него крошечного робота, который продемонстрировал возможность пройти сквозь металлическую сетку. Разумеется, человеческие ученые говорят о том, что это важное достижение для конструирования роботов, которые будут хороши для использования в медицине и ремонте труднодоступных частей механизмов, но так ведь и «Скайнет» не создавался для того, чтобы начать войну против людей!

А какие научные и технологические открытия запомнились вам больше всего? Голосуйте за варианты из списка или предлагайте свои в комментариях.