Аналитики корпорации IBM каждый год дают оценку новым технологиям, которые изменят жизнь людей к лучшему в ближайшие 5 лет. Очередной прогноз посвящен пяти ключевым областям, в которых компания проводит исследования для создания устойчивого будущего, применяя искусственный интеллект, квантовые вычисления и другие технологии.
1. Разработка повышающих экологическую устойчивость компонентов вычислительной техники для создания более чистых устройств и сохранения окружающей среды
Вычислительные технологии используются буквально во всем: от телефонов до часов и автомобилей. Поэтому в компьютерных микросхемах следует применять как можно более экологичные материалы.
По прогнозам, к 2023 году в мире станет в три раза больше подключенных к интернету устройств, чем людей. Многие из этих устройств имеют в основе полупроводниковые микросхемы. Если учесть все химикаты, материалы и процессы, вовлеченные в процесс производства микросхем, то можно увидеть важную потребность в применении устойчивых подходов в будущем.
В течение следующих пяти лет мы продвинемся в методологии производства материалов, благодаря чему производители полупроводниковых микросхем смогут повысить экологическую устойчивость своей продукции. Для разработки более совершенных материалов, используемых в компьютерных микросхемах, будут использоваться продвинутое моделирование на основе квантовых вычислений, искусственного интеллекта (ИИ), глубокий поиск и т. д.
IBM стремится помочь прогрессу в этом направлении, чтобы в производстве устройств использовались более экономичные, эффективные и безопасные материалы, а время на их обнаружение сокращалось. Ученые, например, смогут собирать и анализировать известные данные о фоторезистных химикатах, а затем использовать эти знания для проведения моделирования на традиционных высокопроизводительных вычислительных системах (а в будущем и на квантовых компьютерах). Системы ИИ смогут создавать модели, предлагающие новые классы веществ, отвечающих определенным целевым требованиям в отношении эффективности и экологичности.
2. Переосмысление технологий аккумуляторных батарей и хранения энергии
По мере роста населения планеты и повышения уровня жизни в развивающихся странах ожидается, что к 2050 году энергопотребление увеличится на 50%. Возобновляемая энергия солнца, ветра и воды поможет удовлетворить растущий спрос на энергию без увеличения количества вредных для природы выбросов CO2 в атмосферу. Однако все эти источники возобновляемой энергии не постоянны и требуют применения устройств для накопления энергии. Нам нужна более надежная возобновляемая энергия, при этом сегодня мы можем накапливать только около 3% производимого во всем мире электричества. Для решения этой проблемы компания IBM работает над открытием новых материалов для производства батарей и аккумуляторов.
В течение следующих пяти лет мы откроем новые материалы для создания более безопасных и экологичных аккумуляторных батарей, которые можно будет использовать в сетях электропитания на основе возобновляемых источников энергии, а также для повышения экологической устойчивости транспорта. Использование ИИ и квантовых вычислений приведет к созданию более продвинутых аккумуляторных батарей, способных удовлетворить глобальный спрос на электричество без дальнейшего повышения температуры на Земле. Исследования в этом направлении уже ведутся. Например:
- исследователи IBM разработали катодную аккумуляторную батарею на основе йода, в которой не используются кобальт и никель; по сравнению с традиционными литий-ионными аккумуляторными батареями такое устройство отличается более высокой емкостью, сниженным риском возгорания и более быстрой зарядкой.
- Для разработки литий-серных аккумуляторных батарей следующего поколения, которые не только стоят меньше, чем литий-ионные аккумуляторы, но и отличаются более высокой мощностью и длительным сроком службы, компания IBM объединила свои усилия с учеными из Daimler AG: они будут использовать квантовые вычисления для точного моделирования молекул, которые могут формироваться в литий-серных аккумуляторах.
3. Сбор и преобразование вредных выбросов CO2 в полезную энергию
К 2025 году уровень содержания углекислого газа в атмосфере станет выше, чем когда-либо. Правительства и корпорации, включая IBM, снижают выбросы CO2 в попытках предотвратить дальнейшее повышение глобальной температуры на 1,5 °C по сравнению с уровнями до промышленной революции. Но для снижения количества углекислого газа в глобальном масштабе нам нужны новые материалы и процессы.
По прогнозам IBM, в течение следующих пяти лет технологии помогут нам более эффективно извлекать CO2 из воздуха и преобразовывать его в полезные продукты и компоненты. Это будет способствовать улучшению экологической обстановки и замедлению повышения глобальной температуры. Группа исследователей IBM уже работает над созданием облачной базы знаний о существующих методах и материалах для извлечения CO2. Для этой цели они применяют технологии обработки аннотаций и естественного языка, позволяющие собирать информацию из патентов и статей, а затем подключают ИИ для получения рекомендаций в отношении самых известных материалов, используемых для отделения и извлечения CO2. Пример:
- Компания IBM разработала подход, позволяющий ускорить процесс открытия материала в автономной химической лаборатории на основе облачных технологий RoboRXN, используя ИИ в качестве ключевого компонента. Исследователи из Йорктаун Хайтс, штат Нью-Йорк, смогли провести синтетическую реакцию и отправили полученные данные через облако в расположенную в 6 тыс. км лабораторию RoboRXN в Цюрихе, Швейцария, чтобы попробовать сгенерировать целевую молекулу нового материала для извлечения CO2. Синтезированные за одну ночь в лаборатории RoboRXN молекулы были проанализированы. Результаты затем отправили в лабораторию IBM в Алмадене, штат Калифорния, для дальнейшего изучения.
4. Создание удобрений с помощью искусственного интеллекта (ИИ) для выращивания продуктов и снижения выбросов углекислого газа
Удобрения играют огромную роль в производстве продуктов питания, но нам необходимо найти более эффективные и менее энергозатратные способы их производства. Азот — газ, содержание которого в атмосфере выше остальных, является основным компонентом современных промышленных удобрений. Но в настоящее время для производства одной тонны удобрения требуется сжечь одну тонну ископаемого топлива, чтобы преобразовать азот в нитраты, используемые в сельском хозяйстве. Это приводит к увеличению выбросов диоксида углерода в атмосферу.
В течение следующих пяти лет мы научимся естественным образом превращать содержащийся в почве азот в богатые нитратами удобрения. Это позволит производить продукты питания в достаточной мере, нанося меньше вреда окружающей среде. С помощью ИИ и квантовых вычислений мы изменим традиционные подходы к сельскому хозяйству, разработав решения, которые обеспечат фиксацию азота в устойчивом масштабе.
5. Создание более здорового будущего за счет повышения уровня готовности к вирусным угрозам
Один из прогнозов IBM «5 инноваций за 5 лет» касается важной потребности, выявленной благодаря пандемии COVID-19: создание и внедрение более эффективного процесса разработки лекарственных препаратов для подготовки к вирусным угрозам. Создание новых медикаментов — сложный, дорогой и времязатратный процесс.
В среднем на открытие нового материала, обладающего определенными свойствами, уходит около 10 лет и от 10 до 100 млн долл. США. Для вывода на рынок нового лекарственного препарата может потребоваться до 2,6 млрд долл. США и более 10 лет.
Учитывая ситуацию с COVID-19, такая статистика выглядит пугающе. Поэтому в течение следующих пяти лет компания IBM начнет применять ИИ, облачные технологии и суперкомпьютеры для оптимизации процесса разработки новых лекарственных препаратов, способствуя сокращению сроков и затрат на создание перспективных методов лечения и молекул следующего поколения, которые могут оказать незаменимую поддержку в борьбе с новыми вирусами в будущем. В числе недавних достижений в этом направлении:
- Представленная в августе 2020 года автономная лаборатория на основе ИИ и облачных технологий IBM RoboRXN, которая может прогнозировать результаты неизвестных и сложных реакций органической химии. Цель настоящего проекта — обеспечить дистанционный доступ к производству молекул и лекарств из любой точки мира, а также сократить временные затраты и расходы на создание нового материала или медикамента в 10 раз — до 1 года и 1 млн долл. США. Более подробную информацию см. здесь.
