Цифровое производство и бесконечная компьютеризация

Карл Басс последние тридцать пять лет делает вещи: здания, корабли, машины, скульптуры, программное обеспечение. Он – генеральный директор компании Autodesk, выпускающей софт, который используют дизайнеры, инженеры, архитекторы и художники по всему миру. Сегодня Карл проводит для меня экскурсию по демонстрационной галерее его компании в центре Сан-Франциско. Мы проходим мимо сложных систем рендеринга архитектурных конструкций, созданных при помощи Autodesk; мимо экранов, показывающих эпизоды из фильма «Аватар», который создавался с помощью инструментов компании, и подходим к мотоциклу и авиационному двигателю, созданным с помощью 3D -принтера, который работает – вы правильно догадались! – на программном обеспечении Autodesk.

3D -принтер – первый шаг к знаменитым репликаторам из сериала «Звездный путь». Сегодняшние машины не приводятся в действие фантастическими монокристаллами дилития, но они могут производить чрезвычайно сложные трехмерные объекты, причем гораздо дешевле и быстрее, чем когда-либо раньше. 3D -печать – новейшая форма цифрового производства, индустрии, которая существует уже в течение десятилетий. Традиционные цифровые производители используют контролируемые компьютером фрезерные станки, лазеры и другие инструменты для резки и точной обработки куска металла, дерева или пластика, удаляя все лишнее, пока деталь не примет желаемую форму. Современные 3D -принтеры делают противоположное:[192] они используют технологию послойного аддитивного наращивания, при которой трехмерный предмет создается путем наложения все новых слоев материала.

Первые такие машины были простыми и медленными, в то время как современные принтеры быстры, подвижны и способны работать с впечатляющим ассортиментом материалов: пластмассой, стеклом, сталью и даже титаном. Промышленные дизайнеры используют 3D -принтеры для изготовления самых разных предметов[193] – от абажуров и солнцезащитных очков до протезов конечностей, идеально подходящих заказчику. Изобретатели-любители печатают работоспособных роботов и автономные летательные аппараты. Биотехнологические фирмы экспериментируют с 3D -печатью органов,[194] а изобретатель Берок Хошневис, профессор-инженер из университета Южной Калифорнии,[195] разработал крупномасштабный 3D -принтер, который может отливать из бетона крайне дешевые многоквартирные дома в развивающихся странах. И эта технология уже готовится выйти за пределы земного притяжения: дочерняя компания Университета сингулярности Made in Space [196] («Сделано в космосе») продемонстрировала 3D -принтер, работающий при нулевой гравитации; с его помощью космонавты и астронавты на Международной космической станции смогут печатать запчасти каждый раз, когда им это потребуется.

«Но больше всего меня воодушевляет, – говорит Басс, – идея, что обычные люди вскоре получат доступ к 3D -принтерам, точно так же как все мы сейчас пользуемся струйными принтерами. И как только это случится, все изменится. Вас заинтересовало что-то на сайте Amazon? Вместо того чтобы сделать заказ и сутки ждать доставки, просто нажмите кнопку „Печать“ – и через несколько минут вы получите то, что вам нужно».[197]

3D -принтеры позволяют кому угодно и где угодно создавать физические объекты по цифровым чертежам. Сейчас интерес в основном сосредоточен на создании новых геометрических форм, но вскоре мы научимся менять фундаментальные свойства самих материалов. Старший доцент Корнелльского университета Ход Липсон объясняет в статье для журнала New Scientist:

Забудьте об ограничениях традиционной индустрии, когда каждая деталь делается из какого-то одного материала. Мы создаем материалы внутри других материалов, внедряем один материал в другой и сплетаем множество разных материалов в сложные паттерны. Мы можем печатать твердые и мягкие материалы в комбинациях, которые создают неожиданные и совершенно новые формы поведения конструкций.[198]

3D -печать значительно снижает стоимость производства, так как делает возможным принципиально новый процесс изготовления прототипов. Раньше изобретение было линейной игрой: придумайте что-то в своей голове, постройте это в реальном мире, посмотрите, что сработает, а что нет, делайте следующую итерацию. Это занимало много времени, ограничивало творческие возможности и требовало очень много денег. 3D -печать все это меняет, позволяя очень быстро создавать опытные образцы: изобретатель может буквально напечатать десятки вариантов своей разработки, потратив на это совсем немного дополнительных денег и времени. И этот процесс станет еще более совершенным, когда объединится с тем, что Карл Басс называет «безграничными вычислениями» (infinite computing):

На протяжении большей части моей жизни к вычислениям относились как к дефицитному ресурсу. И мы продолжаем так к ним относиться, хотя никакой необходимости в этом уже нет. Час работы процессора моего домашнего компьютера, включая стоимость электричества, стоит меньше 0,2 цента. Вычисления не просто дешевы – они становятся всё дешевле, и мы можем легко экстраполировать этот тренд в будущее, когда будем относиться к вычислениям как к чему-то практически бесплатному. На самом деле это уже сегодня самый дешевый ресурс из всех, которые мы можем привлечь к решению той или иной проблемы.

И еще одно впечатляющее улучшение – это расширяемость, ставшая возможной с появлением облачных вычислений. Независимо от масштаба проблемы я могу развернуть сотни, даже тысячи компьютеров, чтобы они помогли мне решить ее. Пусть это и не так дешево, как вычисления на домашнем компьютере, но аренда часа работы процессора в облаке Amazon  стоит меньше пяти центов.[199]

Возможно, самое впечатляющее в безграничных вычислениях – это их способность находить оптимальные решения для сложных и абстрактных проблем, которые раньше не имели решения (или эти решения были слишком дорогостоящими, чтобы их рассматривать). Есть очень сложные вопросы – например, «как построить атомную электростанцию, которая сможет выдержать землетрясение в 10 баллов по шкале Рихтера?» или «как отслеживать паттерны распространения болезней по всему миру и регистрировать пандемии на критически ранних стадиях?» – но на них, в принципе, уже имеются ответы. Однако самые впечатляющие изменения произойдут, когда 3D -печать объединится с безграничными вычислениями. Эта революционная комбинация демократизирует и проектирование, и производство. Изобретение, сделанное в Китае, внезапно будет доведено до совершенства в Индии и в тот же день распечатано и использовано в Бразилии. Этот даст развивающимся странам невиданный прежде механизм борьбы с бедностью.

Медицина

В 2008 году Всемирная организация здравоохранения объявила, что нехватка квалифицированных медиков в Африке к 2015 году начнет серьезно угрожать будущему континента.[200]

В 2006 году Ассоциация американских медицинских колледжей объявила: поскольку поколение беби-бумеров стареет (и выходит на пенсию),[201] к 2015 году в стране будет не хватать 62 900 врачей. К 2020-му этот дефицит вырастет до 91 500, а ситуация с медсестрами будет еще хуже.

Это лишь две из причин, по которым наша мечта об изобилии здоровья не может быть осуществлена руками традиционных профессионалов здравоохранения. Как же нам заполнить этот пробел? Прежде всего мы возлагаем надежды на технологию «Лаборатория на чипе» (LOC). Гарвардский профессор Джордж М. Уайтсайдс, лидер в этой новой области, объясняет почему:

Теперь у нас есть лекарства для лечения многих заболеваний, от СПИДа и малярии до туберкулеза. Что нам отчаянно нужно – это точная, недорогая, простая в использовании, осуществляемая на месте диагностика, разработанная специально для 60 % населения в развивающихся странах, которые живут вне пределов доступности городских больниц и медицинской инфраструктуры. Именно это может предоставить технология «Лаборатория на чипе».

Благодаря тому, что технология LOC, скорее всего, будет частью какого-либо беспроводного устройства, информацию, которую она собирает, можно будет загружать в облако и в дальнейшем анализировать, чтобы выявить более глубокие закономерности. «Впервые, – говорит доктор Анита Гоэл, профессор МТИ, чья компания Nanobiosym в настоящий момент работает над коммерциализацией технологии LOC, – мы сможем загружать в облако глобальные данные по заболеваемости в реальном времени; эти данные можно будет использовать для выявления пандемий на ранних стадиях и борьбы с ними».

А теперь представьте, что получится, если добавить к этому уравнению искусственный интеллект! Похоже на сказку? Однако в 2009 году крупнейшая клиника Мэйо (Mayo Clinic) в Рочестере, штат Миннесота, уже использовала искусственную нейронную сеть,[202] чтобы с 99-процентной надежностью исключить необходимость инвазивных процедур при диагностике пациентов, которые, как полагали до этого, страдали эндокардитом. Похожие программы уже используются в самых разных областях – от чтения данных компьютерной томографии[203] до обнаружения сердечных шумов у детей.[204] Однако сочетание AI, хранения информации в облаке и технологии LOC откроет еще более обширные возможности. Представьте себе гаджет размером с мобильный телефон, который не просто сможет сделать анализ крови или слюны, но и обсудит с вами ваши симптомы, а затем поставит более точный диагноз, чем любой врач-человек (и потенциально компенсирует таким образом нехватку врачей и младшего медперсонала). Учитывая, что пациент сможет использовать эту технологию у себя дома, это также освободит время и пространство в переполненных пунктах скорой помощи. Эпидемиологи получат доступ к богатейшим источникам информации, что позволит им делать исключительно точные предсказания. Но настоящим достижением станет то, что медицина трансформируется из реактивной, то есть реагирующей на болезнь, и использующей общий подход в предиктивную и персонифицированную.