Глава 6

Человек дополненный

…сама мысль о том, что будущее будет отличаться от настоящего, настолько претит привычному ходу мысли и устоявшимся моделям поведения, что большинство из нас решительно гонят ее от себя.

Джон Мейнард Кейнс, 1937 год

Мы соберем его заново

Хью Герр – прирожденный альпинист. В восемь лет он стал самым юным покорителем отвесного склона пика Темпл в Скалистых горах Канады высотой 3,5 км. В 17 лет он был признан одним из лучших альпинистов восточного побережья США. В январе 1982 года Герр с напарником Джеффом Батцером совершали восхождение по технически сложному маршруту на гору Вашингтон.

Внезапно началась снежная буря. Температура воздуха упала до -29 °C, скорость порывов ветра превышала 150 км/ч. Альпинисты предприняли попытку спуститься, но сбились с пути в ледниковой долине, известной под названием «Большой залив». Пытаясь найти дорогу вниз, они наткнулись на следы снегохода и решили воспользоваться ими в качестве ориентира, однако в условиях плохой видимости пошли не в ту сторону – дальше на север, прочь от цивилизации и безопасности.

Три ночи они провели на морозе под ледяным шквальным ветром. В придачу ко всему Герр провалился под лед при попытке переправиться через горную реку и насквозь промок. По счастью, им удалось укрыться от ветра в гроте. Когда наконец подоспела помощь, альпинисты были в критическом состоянии. Еще одной ночи в горах Герр бы не пережил. Поскольку он уже был нетранспортабелен, на подмогу вызвали военный вертолет, доставивший обмороженных альпинистов в больницу в Нью-Гемпшир. Вопреки усилиям врачей, ноги Герру спасти не удалось, и их пришлось ампутировать почти по колени из-за глубокого обморожения. Герр был в отчаянии: как ни поверни, на карьере альпиниста можно было ставить жирный крест.

Столь трагически лишившись возможности заниматься любимым делом, Герр решил посвятить себя учебе. Сначала он изучал физику в местном колледже, затем получил диплом инженера-механика в Массачусетском технологическом институте и, наконец, защитил диссертацию по биофизике в Гарварде. Благодаря полученным знаниям он сделал выдающуюся карьеру в бионике и разработке роботизированных протезов – и сегодня возглавляет лабораторию биомеханики MIT Вот как Герр описывает собственные ощущения от жизни с протезами вместо ног:

Во мне титан, углерод и кремний, куча гаек и болтов. Мои съемные конечности управляются двенадцатью компьютерами, оснащены пятью сенсорными датчиками и имитирующими мышцы системами привода, которые позволяют мне двигаться целый день.

Хью Герр, из интервью радио NPR

Жизнь распорядилась так, что в результате несчастного случая альпинист Герр стал специалистом по протезированию и теперь конструирует все более совершенные искусственные конечности. Сам он не только вновь обрел способность совершать восхождения на горные вершины, но делает это даже лучше, чем до потери ног. Альпинизм – спорт конкурентный, и когда Герр стал опережать по достигнутым результатам соперников со здоровыми конечностями, некоторые из них заявили, что ампутируют себе ноги и заменят их на чудо-протезы, чтобы не отставать от Герра.

Предназначенные для скалолазания протезы Герра мало похожи на традиционные. Попытавшись поначалу примерить скальные туфли на обычные протезы, Герр понял, что это бесполезно и подход должен быть иным: совсем не обязательно имитировать в протезе строение человеческой стопы. Он облегчил его, убрав из конструкции ставшую лишней пятку, зато повысил прочность подверженных наибольшим нагрузкам участков, после чего экспериментально нашел оптимальный угол стопы протеза относительно голени, оснастил подошву скалолазными шипами, а саму стопу максимально сузил к мыску, чтобы удобнее было цепляться за трещины в скалах. Стопа скалолазного протеза получилась очень компактной – размером с ножку младенца. Все эти усовершенствования в итоге и дали ему преимущество перед здоровыми соперниками.

Рассказывая о своих протезах, Герр не скупится на эпитеты: «прекрасные», «продвинутые», «модернизируемые», «технически совершенные» и даже «неубиваемые» и «вечные». Он рассчитывает, что к 80 годам будет ходить лучше и с меньшими затратами энергии, чем люди с обычными ногами. В этом и состоит парадокс: в то время как биологическое тело изобретателя медленно дряхлеет, его механическое тело со временем только совершенствуется.

3D-печатный бионический человек

В прошлом самыми распространенными «дополнениями» организма были костыли и трости, а также слуховые трубки для слабослышащих, первые упоминания о которых встречаются в литературе начала XVII века. Первый найденный археологами протез датируется IX–X веком до н. э. и представляет собою искусственный палец ноги из обклеенного кожей дерева, найденный в захоронении знатной дамы. Сегодня в повседневной жизни широко используются всевозможные технологические «дополнения» – инсулиновые помпы, электрокардиостимуляторы, аппараты диализа, лазерные средства коррекции зрения и т. п. Разница между ними и чудо-протезами доктора Хью Герра не так уж велика. Человечество начало изыскивать способы восполнения своих телесных недостатков тысячи лет тому назад – и никогда не сворачивало с этого пути.

В последние годы одним из самых революционных изобретений в этой области стала технология объемной печати протезов на 3D-принтерах. В прошлом индивидуальное проектирование и изготовление работоспособных протезов было делом трудоемким и дорогостоящим. Но вот 3D-принтеры (тоже в определенном смысле роботы) заинтересовали хакеров и «мейкеров». С их помощью умельцы стали проектировать и строить роботизированные детали для себя и своих близких. Сообщество пользователей 3D-печати открыто, коды создаваемых моделей находятся в свободном доступе, поэтому люди стали делиться друг с другом новыми конструкциями и разработками, что привело к стремительному прогрессу в этой области. Сложные протезы кисти или предплечья с кистью, которые еще недавно были не по карману многим инвалидам (а то и подавляющему их большинству), теперь можно приобрести всего за несколько сотен долларов. Число разработчиков растет не по дням, а по часам, и не исключено, что в скором времени искусственные конечности превзойдут по своим возможностям настоящие.

Современные печатные протезы анатомически безупречны по форме и в точности воспроизводят всевозможные косметические особенности, такие как поры и родинки, опечатки пальцев, ногти с маникюром, волосяной покров и даже татуировки. Реалистично выглядящие протезы помогают легче пережить эмоциональную травму, вызванную утратой конечности, особенно если они способны обеспечить обмен нервными импульсами с головным мозгом, позволяя осязать и контролировать подвижность. Но самое главное то, что протезы будущего будут практически неотличимы от живых.

Некоторые разработчики подходят к конструированию 3D-печатных протезов с позиции их максимальной персонализации. Компании, подобные UNYQ – стартапу, созданному при спонсорской поддержке со стороны калифорнийского Университета сингулярности, – даже позиционируют свою протезную продукцию в качестве модного дизайнерского аксессуара.

В музыкальном видеоклипе, крутившемся в 2014 году на британском Channel 4, певица и модель латышского происхождения Виктория Модеста уверенно исполняла танцевальные па, используя при этом набор специализированных протезов. Первая из показанных в ролике искусственных конечностей представляла собою простой черный конус с эффектным острием на конце, вторая – ногу с яркой светодиодной подсветкой, другие были украшены всевозможными декоративными орнаментами. Любительница драматичных эффектов, Модеста сделала протезы частью своего сценического имиджа.

В марте 2015 года актер Роберт Дауни-младший, более всего известный по роли Тони Старка в фильмах Marvel «Железный человек» и «Мстители», поддержал инициативу Microsoft, получившую название «Коллективный проект». Дауни попросили сыграть Тони Старка в роли дарителя 3D-печатного роботизированного протеза нового поколения семилетнему Алексу Прингу из Центральной Флориды, лишившемуся правой руки выше локтя. Протез, изготовленный Limbitless Solutions, как две капли воды похож на роботизированную руку Железного человека из фильма и обошелся всего в 350 долларов. Это по-настоящему впечатляет, учитывая, что цена традиционного протеза подобного уровня сложности доходит до 40 000 долларов.

3D-печатная кисть руки, разработанная стартапом Open Bionics, была удостоена премии Джеймса Дайсона как лучшая инженерно-конструкторская инновация 2015 года. От других приспособлений, имеющихся на рынке, кистевой протез Open Bionics отличает низкая стоимость и высокая скорость изготовления без ущерба для функциональности. Всего 40 часов 3D-печати – и готова роботизированная искусственная рука, точно подогнанная под сочленение с культей пациента и позволяющая управлять протезом за счет электромиографических датчиков, улавливающих импульсы сокращающихся мышц. Напрягая мускулы, пользователь сможет сжимать и разжимать искусственные пальцы, брать в руки различные предметы. На данный момент протез стоит около 3000 долларов США, однако прогнозируется быстрое снижение цен на изделия такого типа.

По мере оснащения новыми средствами роботизации протезы становятся все умнее. В американском Северо-Западном университете разрабатывают искусственную ногу, управляемую «силой мысли». Последняя ее модель позволила бывшему мотоциклисту, потерявшему конечность в результате аварии, пешком подняться на 103-й этаж небоскреба Willis Tower в Чикаго. Протез самостоятельно расшифровывает электромиографические сигналы, поступающие на сохранившиеся и восстановленные медиками мышцы бедра, обеспечивая воспроизведение правильного движения искусственной частью ноги. Массовый выпуск запланирован на 2018 год.

Первым в мире протезом ноги, полностью синхронизированным с центральной нервной системой, стал Symbionic Leg. В конце 2014 года, после годичных испытаний, Symbionic Leg поступил в ограниченную продажу. Согласно описанию разработчиков из компании Össur, интегрированное устройство состоит из искусственного колена и лодыжки с микропроцессорным управлением, которое обеспечивает активное сгибание протеза в голеностопе, автоматически подстраивается под походку и даже учитывает рельеф местности, не давая человеку упасть, – например, на лестнице или при передвижении по пересеченной местности.

Интересный и в то же время спорный момент состоит в том, что протезы будущего не только избавят пользователей от ощущения собственной ущербности, но и, вероятно, дадут им определенное преимущество перед так называемыми «полноценными» людьми. Приведенная ниже история – наглядное тому подтверждение.

До того как южноафриканский спринтер Оскар Писториус был осужден за непредумышленное убийство своей подруги Ревы Стенкамп, его называли «Бегущим по лезвию бритвы». Многократный чемпион и рекордсмен Параолимпийских игр в индивидуальном беге на 100, 200 и 400 метров и в эстафетах, в 2011 году Писториус вышел на равных состязаться с лучшими бегунами планеты на «полноценном» чемпионате мира по легкой атлетике в Южной Корее и завоевал серебро в эстафете 4 × 100 метров, обеспечив себе место в двадцатке лучших спринтеров мира. Дальше – больше: на летней Олимпиаде 2012 года Писториус в составе сборной ЮАР принимал участие в предварительном забеге на 400 метров и бежал эстафету 4 × 400 метров. А ведь речь идет не о параолимпийских играх, а о главном состязании лучших спортсменов планеты!

Показательно, что Международная ассоциация легкой атлетики (IAAF) до последнего противилась допуску Писториуса к международным соревнованиям, – и вовсе не потому, что он инвалид, а из опасения, что высокотехнологичные протезы поставят его в выигрышное положение по сравнению с другими участниками состязаний. Очевидно, что с появлением разработок Хью Герра и его лаборатории при MIT, Symbionic Leg и подобных им устройств проблема будет возникать снова и снова.

Интересный взгляд на перспективы человечества предлагает компьютерная игра Deus Ex. В воображаемом мире будущего (действие разворачивается в 2027–2052 годах) люди добровольно идут на замену собственных конечностей и прочих частей тела на искусственные, которые открывают им гораздо большие возможности, чем те, что даны человеку от природы. Если применить к бионике закон Мура, доказавший свою состоятельность на примере персональных компьютеров и смартфонов, то протезы, функционально превосходящие естественные конечности, получат широкое распространение уже в следующем десятилетии. В связи с этим встает вопрос: потребуются ли нам законы, запрещающие намеренное членовредительство с целью замены собственных рук и ног на более совершенные биомеханические? Или же за человеком будет оставлена свобода выбора, как это имеет место, например, в зубопротезировании?

Каких-нибудь сто лет назад подобные рассуждения могли бы показаться бредом сумасшедшего. Но сегодня, учитывая полторы тысячи американских военных, вернувшихся из Ирака и Афганистана без рук и ног, проблема технологической компенсации физических увечий приобретает государственное значение. К числу потенциальных выгодоприобретателей следует прибавить и 11 000 американцев с параличом конечностей вследствие травм позвоночника. В общемировых масштабах, по данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), ежегодно травмы с повреждением спинного мозга получает от 250 000 до 500 000 человек. В Японии к 2055 году доля лиц 65 лет и старше в структуре населения составит 40 %, и далеко не все эти люди смогут передвигаться самостоятельно. В приведенных выше примерах речь идет не просто о протезировании, а о разработке экзоскелета, обеспечивающего полное восстановление двигательных функций.

Пионерские разработки в области создания полнофункциональных роботизированных экзоскелетов совершают компании 3D Systems и Ekso Bionics, которые совместно сконструировали 3D-печатный «робоскафандр» Ekso, предназначенный для парализованных пациентов. Сегодня биотехнологические экзоскелеты используются в реабилитационных центрах всего мира для восстановления двигательной способности пациентов, парализованных в результате травм, инсультов или иных заболеваний. Еще одна революционная разработка – компьютеризованный экзоскелет ReWalk компании Argo Medical, помогающий людям с параличом нижних конечностей вставать, ходить и даже подниматься по лестнице.

Американские военные и конструкторы из DARPA работают над созданием аналогичных приспособлений для пехотинцев, чтобы те могли нести на себе больше полезной нагрузки и более тяжелое вооружение на более дальние расстояния. Кинематограф изобилует подобными футуристическими разработками – вспомнить хотя бы робота-погрузчика в фильме «Чужие» или персонажа Тома Круза в боевике «Грани будущего». Военные проекты такого рода часто находят коммерческое применение. Однако в данном случае военные и гражданские инженеры следуют параллельными курсами. Как обсуждалось в главе 4, серьезный интерес к методам обеспечения мобильности людей пожилого возраста проявляет Япония, где проблема старения населения стоит особенно остро. В связи с этим, вместо того чтобы стимулировать приток в страну квалифицированных медработников из-за границы, Япония активно инвестирует средства в разработку роботизированных платформ.

Нейрокомпьютерные интерфейсы

Многие из описанных технологий предполагают взаимодействие компьютерных систем с головным и спинным мозгом человека. А для этого необходима детальная проработка нейрокомпьютерных интерфейсов, обеспечивающих двустороннюю связь между имплантатами нового поколения и центральной нервной системой.

После страшной автокатастрофы канадец Скотт Раутли 12 лет провел в полной неподвижности. Приговор врачей был суров: «пожизненное вегетативное состояние». Утром он просыпался, вечером отходил ко сну и при этом не реагировал ни на какие стимулы. Но вот британский нейрофизиолог Адриан Оуэн сделал ему функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ), показав, что головной мозг пациента реагирует на задаваемые ему вопросы. Оуэн установил, что примерно каждый пятый пациент в вегетативном состоянии продолжает реагировать на стимулы и заданные ему вопросы.

В 2002 году Эрика Сорто полностью парализовало в результате пулевого ранения в шейный отдел позвоночника. В 2013 году нейрохирурги Медицинской школы Университета Южной Калифорнии провели пятичасовую операцию, в ходе которой имплантировали в мозг Сорто два чипа непосредственно над группой примерно из пяти сотен специализированных нейронов. Разработанные Ричардом Андерсеном и его коллегами из Калифорнийского технологического института имплантаты позволяют управлять роботизированной рукой посредством сигналов мозга, транслируемых через чип. Несмотря на то что технология пока далека от совершенства, через несколько месяцев тренировок Сорто научился играть в «камень-ножницы-бумагу», пожимать руку, самостоятельно пить пиво и даже взбивать коктейли в блендере.

Проект, спонсируемый DARPA, ставит еще более амбициозные задачи. Лес Бо лишился обеих рук 40 лет назад в результате удара электрическим током. На протяжении более 10 лет DARPA совместно с Лабораторией прикладной физики (APL) Университета Джонса Хопкинса занимались разработкой протезов с непосредственным подключением к нервной системе человека. В отличие от Сорто, которому вживили нейроимплантат, Бо подвергли направленной реиннервации мышц – операции, в ходе которой была проведена «ревизия» нервов, которые прежде контролировали движения рук, ладоней и пальцев. Затем ученые составили детальную карту связей между нервными импульсами и соответствующими им паттернами возбуждений нейронов в мозге. Специалисты APL разработали индивидуальные разъемы для крепления роботизированных протезов рук к торсу пациента. Всего через 10 дней после начала тренировок Бо заново научился брать предметы, переставлять посуду с полки на полку и даже совершать одновременные движения обеими руками. Пока что Лес Бо имеет возможность пользоваться умными протезами только в стенах лаборатории, но эта ситуация вскоре изменится: в Университете Джонса Хопкинса полным ходом идут работы над созданием автономного мобильного решения.

На рынке уже имеются устройства, управляемые посредством нейрокомпьютерного интерфейса на основе данных электроэнцефалографии. Шлем производства компании NeuroSky использует показания ЭЭГ и электромиографии (ЭМГ), регистрацию сокращений скелетных мышц, для определения уровня концентрации игрока. Тем, кто хочет получить более яркие впечатления от игры, компания Emotiv Systems предлагает шлем, считывающий показатели ЭЭГ и мимику. Еще один интересный гаджет – вертолет Puzzlebox Orbit, управляемый «силой мысли» с помощью специального шлема.

Стандартная гарнитура для снятия ЭЭГ включает в себя свыше сотни электродов, крепящихся к голове пациента при помощи электропроводящего геля, и стоит десятки тысяч долларов. NeuroSky использует сенсорные датчики размером с ноготь, которые не требуют никакого геля и которые можно монтировать в шлем ценой 20 долларов. Другие стартапы занимаются разработкой игр, обеспечивающих возможность контролировать игровое пространство за счет регистрации направления взгляда и эмоций, с помощью ЭМГ и электроокулографии (ЭОГ), регистрации движений зрачка. Все идет к тому, что в скором времени появятся сети сенсоров, которые будут не только безошибочно улавливать, счастливы ли вы, напуганы или грустите, но и смогут определить, правду вы говорите или нет.

Серийное коммерческое производство нейроимплантатов, подобных тому, что вживили Сорто, станет возможным лет через десять. Учитывая темпы прогресса в нейроимплантации и роботопротезировании, в частности в области создания экзоскелетов, примерно в те же сроки парализованные пациенты получат возможность снова встать на ноги. При этом игровые консоли, планшеты и аналогичные устройства могут быть оснащены нейроинтерфейсами уже в ближайшие годы – не только для развлечения, но и для лечения аутизма, церебральных, физиологических и неврологических нарушений. Позволит ли смартфон будущего отвечать на SMS-сообщения при помощи мысли? Вполне возможно, только для этого потребуется нейроимплантат.

Со временем подобные технологии будут в меньшей степени рассматриваться в качестве сугубо медицинских, призванных восстановить утраченные функции организма, и все чаще будут служить дополнением к природным возможностям человека, в том числе и при принятии решений. Мы используем такие поисковые системы, как Google, для оперативного получения ответов на интересующие вопросы, ориентируемся на местности с помощью GPS-навигаторов и носим фитнес-мониторы во время занятий спортом, – в каждом из этих случаев технологии помогают нам принимать верные решения.

Расширяются и наши возможности развлечения и отдыха. Так, «вингсьюты» (от англ. Wingsuit) позволяют скайдайверам планировать и одновременно снимать происходящее с высоты птичьего полета на камеры GoPro, синхронизируемые с направлением взгляда. В 1952 году офицер Медицинского корпуса армии США майор Кристиан Ламбертсен разработал полностью автономный изолирующий дыхательный аппарат (SCUBA, от англ. self-contained underwater breathing apparatus) для подводных пловцов. А сейчас речь уже идет о создании «искусственных жабр», благодаря которым ныряльщик будет чувствовать себя как рыба в воде. Человечество веками совершенствовало свои двигательные способности, зрение и слух. И если судить по сегодняшнему уровню развития технологий, в будущем наши возможности будут ограничены только нашим воображением.

К каким последствиям описанные тенденции приведут через 20–30 лет? Сохраним ли мы свою физическую целостность или же будем и дальше идти по пути слияния человека с машиной?

Сенсорные, носимые и вживляемые устройства с обратной связью

В главе 3 уже упоминалось о том, что в развитых странах сердечно-сосудистые заболевания занимают второе после онкологии место среди причин смерти. Неудивительно, что борьба с ними является первоочередной задачей, стоящей перед современной медициной. А источником и катализатором кардинальных изменений в этой области, как и во многих других, станет интернет вещей.

Стетоскоп был изобретен в 1816 году парижским врачом Рене Лаэннеком в качестве «вспомогательного средства аускультации», то есть прослушивания сердечных ритмов и звуков, которые производят различные внутренние органы. В 1851 году была придумана современная «стереофоническая» конструкция стетоскопа, а по мере развития электроники появились стетоскопы, оснащенные усилителями сигнала. Огромным прорывом в диагностике сердечно-сосудистых заболеваний стало изобретение ЭКГ.

В главе 3 описан портативный прибор Samsung Simband для определения частоты сердцебиения, по точности не уступающий аппаратуре, используемой в отделениях интенсивной терапии. В перспективе сенсорные датчики сердечного ритма можно будет встраивать не только в браслеты, надеваемые на запястье, но и в одежду или мебель.

Компании Under Armour и Zephyr Technologies недавно представили совместную разработку для профессиональных спортсменов – умную биометрическую компрессионную футболку E39, обеспечивающую непрерывный мониторинг сердечной деятельности. Вмонтированные в ткань датчики отслеживают ритм сердечных сокращений, положение тела, показатели обмена веществ и работы легких. Полученные таким образом данные позволят тренеру регулировать нагрузку спортсмена во избежание перенапряжения и травм. Но это еще не все. Теоретически в ходе состязания эти данные можно транслировать в режиме реального времени на табло стадиона для поддержания зрительского интереса. Кто знает – возможно, в будущем при подведении итогов спортивных соревнований будут учитываться такие показатели, как частота дыхания атлета или время возвращения пульса к норме после забега.

В 2016 году на ежегодной выставке потребительской электроники CES в Лас-Вегасе компания Under Armour представила новые умные технологии для занятий фитнесом, в том числе браслет UA Band (в отличие от своего конкурента Fitbit, UA Band позволяет отслеживать показатели работы организма при физических нагрузках различного типа), умные весы UA Scale (не только массу тела, но и количество жира в организме), умные кроссовки SpeedForm Gemini 2 (с подключением к компьютеру или смартфону), а также целый ряд новых мобильных приложений. На сегодняшний день у фитнес-приложений Under Armour, отслеживающих состояние организма в процессе занятий фитнесом, насчитывается уже 160 млн пользователей.

На страницах этой книги немало было сказано о носимых устройствах вроде часов Apple Watch. Но это не значит, что мы и дальше будем увешивать себя гроздьями новых гаджетов. Скорее всего, уже существующие предметы одежды, обувь, очки, контактные линзы, наручные часы и прочие аксессуары дополнятся технологическими «фишками», которые со временем будут становиться все менее броскими и обременительными.

Канадский телесериал «Континуум» рисует картину гипотетического будущего, вдохновленную идеями лауреата Национальной премии в области дизайна за 2015 год, дизайнера, конструктора и исследователя из MIT Джона Андеркоффлера. Действие сериала разворачивается в 2077 году. В центре сюжета – деятельность «Службы защиты города», правоохранительного органа Североамериканского союза (созданного по образу и подобию ЕС). Костюм главной героини выполнен из меди со вставками из углеродных нановолокон и различных метаматериалов, и оснащен последними достижениями в области умной одежды – всевозможными дисплеями, датчиками, в том числе для сбора и обработки данных криминалистической экспертизы, биометрической информации, элементами защиты носителя от травм, генератором электромагнитных полей, электрошокером, пьезоэлектрическим генератором, броней, элементами экзоскелета и даже функцией «человека-невидимки», – и все эти приспособления привязаны к нейроинтерфейсу Подобные чудеса техники мы, скорее всего, увидим не раньше, чем через 50–60 лет, но их основы закладываются уже сегодня. В 2015 году на ежегодной конференции для разработчиков Google был анонсирован проект «Жаккард» (Jacquard), реализуемый при финансовом участии Levi’s и других представителей легкой промышленности. В его рамках ведутся работы по созданию чувствительной к прикосновениям синтетической ткани. Для запуска в производство необходимо также обеспечить совместимость ткацких станков с новым волокном. В настоящее время группа перспективных проектных разработок Google АТАР прорабатывает этот вопрос со специалистами текстильной промышленности, в том числе из Японии. Важно сделать так, чтобы в процессе промышленного производства полностью сохранились электропроводящие свойства волокна, а изготовленные из него ткани отвечали современным эстетическим критериям.

Основная идея заключается в том, чтобы максимально упростить производство умной одежды и обеспечить ее последующую интеграцию с существующими мобильными устройствами. На конференции Google I/O в 2015 году Иван Пупырев из Google продемонстрировал бежевый пиджак, сшитый лондонскими портными и способный регистрировать и реагировать на жесты и другие биометрические характеристики. Такой пиджак на 15 % состоит из проводящих волокон, созданных группой перспективных проектных разработок Google. По словам Пупырева, «это уже не носимое устройство, а просто куртка».

Ниже перечислены проекты умной одежды, которые либо уже поступили в продажу, либо находятся в стадии разработки:

● брюки с функцией распознавания движения;

● рубашка с функцией распознавания приближения посторонних;

● бюстгальтер со встроенным кардиомонитором;

● умные беговые кроссовки;

● куртка с подключением к беспроводной сети;

● головная гарнитура/шлем, считывающий нервные импульсы;

● биосенсорное нижнее белье;

● защищающая от травм армированная одежда;

● нановолокна (различных видов).

Сенсорные датчики становятся все умнее и компактнее, а это значит, что недалек тот день, когда нам больше не придется «носить» их в прямом смысле этого слова.

Тем временем в Стэнфордском университете изобрели носимый датчик сердечной деятельности нового поколения, отличающийся простотой в использовании, удобством для пациента и достаточно низкой ценой. Его автор – профессор кафедры биохимической инженерии Чжэнянь Бао. Датчик толщиной с лист бумаги и размером с почтовую марку изготавливается из гибкого органического материала и крепится к запястью скотчем или пластырем.

Еще одной значимой медицинской инновацией мы обязаны швейцарским ученым из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL), разработавшим самый компактный на сегодняшний день имплантируемый датчик-монитор биохимического состава крови. Устройство размерами всего 14 мм позволяет измерять до пяти жизненно важных показателей, включая уровень тропонина – белка, являющегося индикатором развития острой сердечной недостаточности. По каналу Bluetooth датчик передает данные на смартфон, обеспечивая тем самым постоянный мониторинг сердечной деятельности. Помимо этого можно отслеживать уровень глюкозы, лактата и АТФ в целях комплексного мониторинга физиологических процессов при разных видах деятельности и для своевременного выявления всевозможных патологий, в том числе сахарного диабета.

Компания Proteus разработала пероральный сенсорный датчик для оценки состояния внутренних органов. Первоначально известный под названием «пероральный маркер событий» (IEM), датчик размером не больше песчинки заключается в стандартную биорастворимую капсулу, а после ее рассасывания транслирует сигнал о состоянии здоровья пациента на прикрепленный к коже чип. При этом передача сигнала энергетически обеспечивается током, который вырабатывается под действием желудочной кислоты. Датчик уже прошел сертификацию, а клинические испытания подтвердили его эффективность при сердечной недостаточности, гипертонии, психических расстройствах, диабете, туберкулезе и после пересадки органов. Помимо этого, фиксируемый на поверхности кожи чип измеряет показатели жизнедеятельности и физической активности пациента, например при ходьбе или занятиях спортом, после чего все полученные данные по беспроводной связи отправляются на смартфон и обрабатываются установленным на нем приложением Proteus.

Система, состоящая из мобильного приложения, датчика и накожного чипа, получила название Raisin System. Она собирает и анализирует комплексные данные о поведенческих и физиологических показателях работы организма, таких как частота сердечных сокращений, чередование периодов сна и бодрствования, уровень стресса, а также о соблюдении режима приема лекарств. С согласия пациента обработанные данные могут передаваться в медицинское учреждение.

Датчик сделан из биорастворимых съедобных материалов и абсолютно безопасен для здоровья.

IEM изготавливается из двухкомпонентного материала, который под воздействием желудочного сока вырабатывает электроэнергию, необходимую для его питания. При этом сила тока регулируется в зависимости от потребности в электропитании, необходимом для передачи цифрового сигнала… Система не нуждается в отдельных батареях, антеннах и радиопередатчиках. Она использует сам организм для получения энергии и для трансляции уникального, специфического для конкретной капсулы сигнала без малейшего риска утечки конфиденциальной информации, в значительной мере превосходя более дорогостоящие, сложные и несовершенные с точки зрения защиты данных решения типа RFID.

Марк Здеблик, главный инженер Proteus и соавтор изобретения

Если применить к подобным имплантатам закон Мура, можно ожидать, что через 5-10 лет датчик уменьшится в размере в 20 раз и будет вводиться в организм внутривенно. Оснащенные искусственным интеллектом датчики позволят заблаговременно прогнозировать развитие патологий, а подключение к персональному носимому устройству или смартфону обеспечит возможность информирования персонала медицинского учреждения в случае возникновения экстренной ситуации. Не исключено, что устройства следующего поколения по мере надобности сами будут впрыскивать в кровь пользователя необходимые лекарства.

Частная медико-технологическая компания AliveCor, базирующаяся в Сан-Франциско и специализирующаяся на инновациях в области кардиологии, работает над автоматизацией диагностики аритмии, или нарушений сердечного ритма. Уже создан одобренный FDA алгоритм выявления признаков фибрилляции предсердий. Кроме того, разработанное компанией приложение отслеживает события, повлекшие за собой сбой сердечной деятельности, такие как употребление кофе или нервный стресс.

Полагаю, что в ближайшие годы мы научимся безошибочно вычислять тех, кому в ближайшие три дня грозит инфаркт.

Юэн Томсон, глава AliveCor

Хотя подобными интерфейсами уже оснащены устройства вроде Samsung Simband, сбор данных ЭКГ и иных показателей жизнедеятельности, получаемых с помощью носимых и вживляемых датчиков, совместно с алгоритмами их интерпретации позволят словно по волшебству прогнозировать любые нарушения сердечной деятельности. Больше не потребуется вручную вводить данные с клавиатуры, не придется даже вызывать врача. Сенсорные датчики будут ежеминутно собирать показатели, отражающие состояние здоровья человека, и передавать их в медико-информационные системы.

Если, скажем, у вас боли в загрудинной области и вы решили обратиться к врачу, максимум, что он может сделать, – это засвидетельствовать ваши жалобы в истории болезни и снять ЭКГ, которая даст представление о работе вашего сердца в данный момент. В отличие от традиционных методов, новые технологии создают более полную картину за счет постоянного сравнения текущих показателей сердечной деятельности с предшествующими данными (или с показателями контрольной группы сверстников и т. п.). У отдельно взятого врача нет доступа к столь обширному массиву сравнительных данных. Скорее всего, и в будущем, почувствовав себя плохо, вы первым делом обратитесь к врачу, хотя поводом чаще будет служить не плохое самочувствие как таковое, а тревожные показания на циферблате умных наручных часов или индикаторах вживленных датчиков, свидетельствующих о приближении инфаркта. Ключевым здесь является оперативное предоставление врачу объективных данных о состоянии здоровья пациента. В конечном итоге, эффективность медицинской помощи при инфаркте зависит не столько от квалификации и опыта врача, сколько от возможности проследить за работой сердца в динамике.

В последнее время высказывались опасения, что системы мониторинга состояния организма могут привести к увеличению числа отказов в оформлении полиса медицинского страхования со стороны страховых компаний. Но эти опасения вряд ли имеют под собой реальные основания. Более того, недалек тот день, когда страховщикам придется отказывать в оформлении медицинской страховки тем, кто не носит сенсорных биометрических датчиков, – по той простой причине, что страховать здоровье таких людей станет слишком рискованно, ведь только сенсоры способны дать объективную картину фактического состояния здоровья застрахованного и минимизировать риски, сопряженные с его ухудшением.

Благодаря низкой себестоимости подобного рода сенсоров и широкому распространению смартфонов идея о том, чтобы в будущем снабдить каждого человека базовым биометрическим чипом для считывания и передачи информации о текущем состоянии здоровья в централизованную систему, представляется вполне экономически целесообразной. И к социализму это не имеет ни малейшего отношения – речь идет о частном случае применения закона Мура. Если себестоимость управляемого искусственным интеллектом сенсорного датчика составляет считаные центы, причем такое устройство способствует укреплению здоровья населения и снижению государственных расходов на диагностику и лечение заболеваний, то только крайний политический консерватизм может помешать его широкому внедрению в систему здравоохранения.

Возникает закономерный вопрос: удастся ли примирить вышеописанные технологии с правом каждого человека на частную жизнь? Подробно эта проблема обсуждается в главе 10. А пока что не лишним будем напомнить о том, что у сегодняшних детей совершенно иное представление о «частной жизни», чем у предыдущих поколений.

Расширение возможностей чувственного восприятия

Самыми ранними примерами технологического дополнения человеческих органов чувств можно считать оптические приборы – очки и подзорные трубы. Очки появились в XIII веке в Италии, однако широкое распространение получили лишь на рубеже XVII–XVIII столетий. Первыми их носителями стали монахи и схоласты, что было обусловлено характером работы этих людей, требовавшей внимательности и скрупулезности. Поначалу очки, являвшиеся, по сути, усовершенствованным увеличительным стеклом, приходилось держать перед глазами на весу или насаживать на переносицу. Изобретение в 1452 году печатного станка с наборным шрифтом способствовало повсеместному распространению грамотности и, как следствие, повысило спрос на очки – началось их массовое производство, позволившее снизить себестоимость. Появление технологий серийного выпуска линз дало мощный толчок дальнейшему совершенствованию очков.

Изобретение увеличительного стекла приписывают Роджеру Бэкону и датируют приблизительно 1250 годом, хотя отдельные упоминания об использовании с этой целью заполненного водой стеклянного шара встречаются уже у древнегреческих авторов. Согласно одной из исторических гипотез, первый составной микроскоп (с выпуклой и вогнутой линзами) появился в Нидерландах в конце 1590-х годов, в эпоху расцвета голландской колониальной империи. Первый в истории патент на телескоп выдан голландскому очковому мастеру Хансу Липперсгею, объявившему в 1608 году об изобретении устройства, дающего трехкратное увеличение. В его приборе использовалась вогнутая линза в окуляре и выпуклая – в объективе. По легенде, идею телескопа Липперсгей подсмотрел у детей, игравших в его лавке с линзами и случайно открывших эффект оптического приближения далекого флюгера при его рассматривании через соосно ориентированные выпуклое и вогнутое стекла. Впрочем, были и те, кто утверждал, что идея украдена у другого голландского изготовителя очков, Захария Янсена. Несколько лет спустя Галилео Галилей усовершенствовал устройство микроскопа – авторство самого термина приписывают другу Галилея Джованни Фаберу, папскому врачу и ботанику родом из Германии.

Фундаментальный закон дифракционного предела, открытый в 1873 году, гласит, что разрешение оптического микроскопа не может превышать длины полуволны используемого им света. Для видимого света дифракционный предел составляет около 0,2 микрона, что в 500 раз тоньше человеческого волоса. В ту пору невозможно было представить, что когда-нибудь с помощью микроскопа мы будем изучать строение бактерий и клеток, не говоря уже о структуре ДНК или отдельных белков, о существовании которых тогда и не подозревали.

Однако сегодня невероятное стало реальностью. Нобелевская премия по химии за 2014 год присуждена Эрику Бетцигу Уильяму Мёрнеру и Штефану Хеллю «за развитие флуоресцентной микроскопии высокого разрешения» – технологии, позволившей преодолеть установленный в 1873 году дифракционный предел и перейти с микро- на нанометровый масштаб наблюдения. А за год до этого, в 2013 году, Американское физическое общество (APS) опубликовало первый в истории снимок квантовых волновых функций атома водорода, зафиксировав эффект Штарка (не путать с Тони),. Используя квантовый микроскоп, разработанный в нидерландском Институте атомной и молекулярной физики (AMOLF), исследователи использовали фотоионизацию и электростатические увеличивающие линзы для прямого наблюдения электронных орбиталей возбужденного атома водорода. Галилей бы ими гордился.

Современные квантовые электронные микроскопы используют технологию «сжатого света» (позволяющую преодолеть принцип неопределенности Гейзенберга) для создания пучка, волны в котором теряют амплитуду, но синхронизируются по фазе. Исследователи рассчитывают, что благодаря новым возможностям удастся получать изображения с разрешением до одного нанометра и выше.

На другом полюсе – астрофизические исследования дальнего космоса, включая поиск и исследование экзопланет при помощи мощнейших телескопов нового поколения, таких как телескоп Kepler, GPI (Gemini Planet Image) или TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), запуск которого планируется в 2017 году. Первая из экзопланет была открыта только в 1995 году, по состоянию на декабрь 2015 года за пределами Солнечной системы зарегистрировано 1900 планет, еще 4700 объектов-кандидатов в экзопланеты ожидают подтверждения.

Мы «дополнили» наше зрение, сумев проникнуть в структуру квантового мира и постичь тайны космоса. Следующим шагом должно стать применение дополненного зрения в повседневной жизни. На протяжении последних 50 лет концепция расширения зрительных возможностей человека при помощи индикатора лобового стекла (ИЛС) находилась в центре внимания писателей-фантастов и военных инженеров. Достаточно вспомнить такие популярные фильмы, как «Континуум», «Железный человек» или «Бэтмен». Новейший реактивный истребитель F22 Raptor – из этой же серии.

Представленные в 2013 году очки Google Glass вызвали сенсацию в СМИ. Их называли новым словом в области носимых технологий и дополненной реальности в целом. Однако, как и с любым технологическим прорывом, реакция общественности была неоднозначной: кто-то встретил инновацию Google с энтузиазмом, кто-то – с насмешливым скептицизмом. На деле первый головной дисплей Google оказался весьма далек и от классического ИЛС, и от дополненной реальности. Потребуется еще немало времени и усилий, прежде чем можно будет говорить о прорыве в области расширения зрительной реальности.

Наверняка некоторые читатели думают про себя, что ни за что на свете не станут пользоваться подобным устройством. Однако, если рассматривать его в контексте девятивековой истории технологий, направленных на улучшение зрения, картина предстанет в принципиально ином свете.

Одна из самых потрясающих разработок в этой сфере – новые внутриглазные бионические линзы, созданные доктором Гартом Уэббом из канадской Британской Колумбии. Линзы, которые сейчас находятся на стадии клинических испытаний, не просто корректируют зрение до нормы, а делают его втрое острее, чему людей со стопроцентным зрением. Bionic Lens биосинтезируются с учетом индивидуальных особенностей пациента. В ходе несложной процедуры, занимающей не более восьми минут, они складываются подобно мексиканской лепешке тако и помещаются в заполненный физраствором шприц, после чего через двухмиллиметровый надрез вводятся в глаз, где раскрываются в течение нескольких секунд. Надрез сшивается лазером, а результаты можно ожидать уже через несколько дней. Учитывая, что данная операция способна улучшить даже стопроцентное зрение, любопытно: многие ли отважатся на замену хрусталика ради возможности обрести сверхзрение?

Рисунок 6.8. Линзы Ocumetrics Bionic Lens способны втрое улучшить даже стопроцентное зрение

Подобной технологии совершенствования зрения мир прежде не знал. Если [сегодня] вы с трудом различаете стрелки настенных часов с трех метров, то с Bionic Lens можно будет спокойно рассматривать их с десятиметрового расстояния.

Гарт Уэбб, изобретатель Ocumetrics Bionic Lens

Если подобные линзы подвергнуть дополнительной обработке, например при помощи технологии напыления Valspar En Chroma, то теоретически их можно будет использовать и для коррекции дальтонизма. Уэбб обещает начать массовое производство бионических линз Ocumetrics в ближайшие годы, так что поживем – увидим. Однако, учитывая современные темпы разработки новых материалов, производственных процессов и медицинских технологий, уже сегодня очевидно, что в ближайшие 20 лет мы увидим немало подобных изобретений.

Судя по всему, недолго осталось ждать и появления линз с дополнительными встроенными функциями. В начале 2014 года компания Google X анонсировала совместный с офтальмологическим подразделением концерна Novartis проект разработки контактных линз с функциями мониторинга уровня глюкозы и автофокусировки. В частности, одна из линз-прототипов содержит датчик толщиной с блестку, определяющий содержание глюкозы в слезах и передающий результаты измерения на внешнее устройство. Это приспособление призвано избавить больных диабетом от необходимости без конца колоть себе пальцы для взятия проб крови. В дальнейшем Google предполагает разработать схему питания умных контактных линз солнечной энергией.

От биометрических сенсоров и датчиков – к дополненной реальности и ночному видению, – такой видится перспектива совершенствования зрительного восприятия. Но что именно мы захотим увидеть, дополнив свое зрение цифровыми данными? Превратимся ли мы в некое подобие сверхчеловека со сверхъестественными зрительными способностями, как у Терминатора, и суперслухом, как у героя «Человека на шесть миллионов долларов»? Или действительность окажется сложнее, чем картинка, нарисованная кинематографом?

Дополненная реальность, персональные ИЛС и расширенное зрение

Безусловно, многие коммерческие компании видят в дополнении визуально воспринимаемого пространства возможность преодолеть разрыв между виртуальным и реальным миром, прежде всего в области разработки 3D-игр, геотаргетированных сервисов и контекстной рекламы. С другой стороны, уже сегодня всевозможные письма, запросы и специальные предложения от компаний сыплются нам на голову как из рога изобилия. Неужели мы хотим, чтобы подобный спам замусоривал поле нашего зрения, когда мы находится за рулем, совершаем покупки или работаем над важным документом в офисе?

Вопрос не в том, каким именно путем мы будем получать информацию, дополняющую наше зрительное восприятие, – через очки Google Glass нового поколения или через умные контактные линзы, – а в том, что ключевым фактором, определяющим применимость данной информации, станет контекст. Информация, которая будет поступать на индикатор лобового стекла, должна быть предельно персонализирована и актуальна. Поскольку такая информация быстротечна и имеет ценность только в контексте принимаемого в данный момент решения, за ней по определению должен стоять сложный алгоритм предварительной обработки. Ведь речь идет не просто о том, чтобы предъявить нам фотографию звонящего или того, кто поставил лайк под нашим постом в Facebook.

В 1942–1955 годах НИИ Средств дальней связи ВВС Великобритании и Управление военно-морских исследований ВМФ США проводили совместные испытания различных экспериментальных моделей ИЛС. А в 1958 году королевский ВМФ принял на вооружение дозвуковой палубный штурмовик Blackburn Buccaneer – первый боевой самолет, оснащенный реально работающей ИЛС-системой. Вклад ИЛС в управление был очевиден. Военному летчику некогда отвлекаться на считывание показаний радаров и приборов, особенно в боевых условиях, поскольку это чревато изменением динамики полета и выходом ситуации из-под контроля. ИЛС освободил пилота от необходимости переключать внимание на приборную панель, тем самым дав ему возможность полностью сконцентрироваться на воздушной обстановке и управлении. После того как было доказано, что использование ИЛС в значительной мере повышает эффективность пилотирования и ведения боевых действий, особенно в напряженных и динамично меняющихся условиях, новая технология прочно обосновалась в истребительной авиации, а начиная с 1970-х годов стала применяться и в гражданской. Сегодня система ИЛС входит в стандартную комплектацию Boeing 787 и лайнеров того же класса.

Что касается «персонального индикатора» на носимых гаджетах, то он должен восполнять необходимую для оперативного принятия решений информацию, но при этом не отвлекать человека от его основного занятия. Так что тех, кто лелеет мечту о передаче рекламных роликов прямо на сетчатку глаза, похоже, ждет разочарование.

Если ранние проекты создания дополненной реальности с помощью таких индикаторов строились на попытках максимально заполнить поле зрения пользователя всевозможными данными, то сегодня успех этой технологии определяется возможностью персонифицированной, высокоточной фильтрации отображаемых данных с точки зрения их уместности и актуальности. Персональный головной дисплей – это не очередной способ навязывания данных. Он должен отображать нужную информацию в нужное время, дополняя визуальное восприятие действительности и при этом не заслоняя реальную картину мира. Он призван оказывать помощь в принятии решений, но по возможности не отвлекать пользователя от происходящего вокруг.

В этом отношении имеет смысл ориентироваться на ИЛС, применяемые в военной и гражданской авиации и предназначенные, как уже отмечалось, для минимизации рабочей нагрузки пилота и, соответственно, сопряженных с пилотированием рисков.

Для начала попытаемся разобраться, каким должно быть информационное наполнение, а затем познакомимся с многообещающей технологией, которая в течение ближайших двух десятилетий подарит человечеству незаменимого помощника в виде персонального устройства для отображения данных дополненной реальности.

Биометрические показатели здоровья

Прежде всего, будут регулярно собираться биометрические данные для формирования рекомендаций по поддержанию здоровья и самочувствия в норме. Уже сегодня часы Apple Watch или фитнес-браслет Fitbit подскажут, что вы засиделись или что у вас слишком частый пульс. Устройства будущего пойдут еще дальше и будут сообщать пользователю о таких событиях и показателях, как:

● повышение уровня глюкозы (у диабетиков);

● нарушение уровня железа, гемоглобина, ферментов печени и т. п.;

● превышение допустимого содержания алкоголя в крови, не позволяющее садиться за руль, а также избыточное потребление напитков, содержащих кофеин, сладкой или жирной пищи и т. п.;

● повышенный риск перенапряжения и травмирования мышц;

● нарушение сердечной, дыхательной или почечной деятельности;

● высокий уровень стресса и резкие скачки артериального давления;

● данные оперативного анализа полученных травм с рекомендациями относительно дальнейших действий;

● насыщенность крови кислородом;

● повышение или понижение температуры тела;

● данные о поведении Т-лейкоцитов и развитии иммунных реакций.

Все это будет интегрироваться в ваш индивидуальный план поддержания здоровья с детальными настройками приоритетности вывода информации. Иными словами, сигнал тревоги о неполадках в организме будет перекрывать любую другую информацию. Даже если после прочтения вы отключите уведомление, скорее всего такие сообщения будут и дальше всплывать в поле вашего зрения до тех пор, пока вы не устраните проблему самостоятельно или не обратитесь за медицинской помощью и не начнете принимать предписанные лекарства. Возможно, в более отдаленной перспективе умные устройства для перорального применения будут сами вводить в организм препараты, необходимые для купирования опасных симптомов. Например, имплантат-дозатор, в автоматическом режиме поддерживающий уровень инсулина в норме, избавит больных диабетом от необходимости делать инъекции, хотя не исключено, что, прежде чем впрыснуть инсулин, устройство уведомит пользователя о своем намерении через налобный дисплей.

Сообщения будут ранжироваться по степени критичности. Самые важные сигналы будут ярко мигать чуть выше или ниже центра фокуса зрения, менее критичные – высвечиваться на периферии. Информация, не требующая незамедлительной реакции, возможно, будет не выводиться на персональный дисплей, а сохраняться на мобильном устройстве.

Контекстно обусловленная оптимизация решений

Еще одной ключевой областью применения виртуальных дополнений к реальности обещает стать помощь в принятии оптимальных решений. Пользователь будет получать информацию о текущей ситуации и предложения, касающиеся дальнейшего развития событий. По большей части такие функции будут факультативными и конфигурируемыми. Вот лишь несколько примеров практического применения технологии персональных устройств-дисплеев:

● ориентация пешеходов на улице по принципу GPS-навигации (а также контекстная привязка подсказок для водителей и передача сообщений от беспилотных роботизированных автомобилей);

● радарные датчики предупреждения об опасности (например, падающих сверху предметах, приближающихся транспортных средствах и т. п.);

● экологические и метеорологические уведомления;

● мониторинг физиологических показателей в процессе движения или выполнения физических упражнений;

● ознакомление с характеристиками продукта, который вы держите в руках или на который направлено ваше внимание;

● сообщения о подозрительных списаниях со счета и о расходе денежных средств в режиме реального времени;

● автоматический перевод важной информации во время пребывания за границей (надписей типа «вход воспрещен» и «опасная зона», а также предупреждений о загрязнении воды/воздуха токсинами/аллергенами и т. п.);

● распознавание образов и лиц.

Во всех таких случаях идея заключается в том, чтобы снабдить пользователя подсказками, которые помогут ему оперативно принимать взвешенные решения. Сегодня, прежде чем что-либо предпринять, мы ищем подобную информацию в интернете.

Проанализировав ваши вкусы и предпочтения, персональный советник в режиме реального времени будет выводить на дисплей вашего устройства нужные сведения, тем самым избавив вас от необходимости делать запросы через смартфон.

Оптимизация и совершенствование зрения (в долгосрочной перспективе)

Настанет день, когда благодаря созданию новых материалов и неуклонному совершенствованию фотодатчиков и методов обработки зрительной информации станет возможной такая оптимизация зрительного восприятия, о которой Липперсгей и Бэкон не могли даже мечтать. Эти технологии будут сочетать в себе процессы обработки и проецирования изображений. Скорее всего, от многих из перечисленных ниже функциональных возможностей нас отделяет не одно десятилетие, но теоретически все они могут быть реализованы за счет дополнения умных контактных линз технологиями управления световым полем и изображениями:

● антибликовая поляризация;

● цифровое увеличение/приближение;

● ночное видение и видение в условиях плохой освещенности;

● цветовая коррекция дальтонизма;

● тепловое видение в инфракрасном диапазоне спектра;

● видеозапись.

Многие из перечисленных функций уже хорошо нам знакомы благодаря широкому использованию в цифровых видео- и фотокамерах, смартфонах и специализированном фотооборудовании. Так что вполне можно ожидать, что через какие-нибудь 20–30 лет эти технологии, только в миниатюризированном виде, найдут себе применение в умных очках, а впоследствии – и в умных контактных линзах.

Кто знает – возможно, в аэропортах будущего при входе в зону таможенного досмотра будет висеть объявление: «Просьба выключить биомеханические имплантаты с функцией записи изображений. В противном случае указанные устройства подлежат изъятию».

Бионические и бинауральные слуховые аппараты

Разработка кохлеарных имплантатов началась в 1950-х годах. В 1957 году французские ученые – биофизик Андре Джурно и специалист по ушным заболеваниям (отиатр) Шарль Эйрье – сумели частично вернуть слух пациенту, полностью оглохшему в результате двусторонней холестеатомы, посредством электрической стимуляции расположенного во внутреннем ухе нерва. В 1970-х годах было запатентовано сразу несколько конструкций многоканальных ушных имплантатов, но лишь к 1997 году мировому медицинскому сообществу удалось прийти к консенсусу в отношении того, какую из предложенных технологий следует взять на вооружение. В конечном итоге широкое распространение получил слуховой аппарат, запатентованный в 1977 году французской фирмой Bertin.

Кохлеарные имплантаты позволили вернуть слух тысячам людей во всем мире. А бионические имплантаты следующего поколения обещают наделить человека сверхъестественными способностями слышать.

В 2013 году ученые из Принстонского университета создали на 3D-принтере полный аналог человеческого уха на основе широко применяемого в тканевой инженерии гидрогеля. Его наполняли клетками теленка и полимером, содержащим наночастицы серебра, способные воспринимать радиоволны. Клетки созревали, образуя хрящевую ткань вокруг спиралевидной антенны в центре уха. Тестирование показало, что бионическое ухо способно улавливать сигнал в широком диапазоне частот в пределах от 1 МГц до 5 ГГц, в то время как обычному уху доступен диапазон от 20 Гц до 20 КГц.

Бионические линзы, позволяющие видеть в три раза лучше, чем при стопроцентном зрении, персональный индикаторный дисплей, искусственные уши, тысячекратно расширяющие частотный диапазон слышимых акустических колебаний, – эти и другие технологии завтрашнего дня способны наделить нас поистине сверхчеловеческими возможностями. Но каждый ли захочет превратиться в сверхчеловека?

Жизнь в виртуальной и дополненной реальности

Реально-виртуальный континуум

Технология, разработанная компанией Magic Leap, и ей подобные наполняют поле зрения пользователя синтезированными изображениями, а очки HoloLens от Microsoft представляют первую в мире платформу для наложения динамических голограмм на видимую реальность. Большие перспективы открываются в области лазерного проецирования изображений на сетчатку глаз при помощи специальных очков. Ранее образы проецировались на их внутреннее зеркало. Так были устроены, в частности, очки Google Glass. Новейшие технологии обеспечивают более высокое разрешение и четкость изображения благодаря использованию полупрозрачных или органических светодиодных дисплеев (OLED) с лазерной или какой-либо иной проекцией изображения на поверхность сетчатки. Описанные технологии главным образом предназначены для создания дополненной реальности.

Альтернативный подход принято называть «виртуальной реальностью». Примером могут служить очки Oculus Rift и аналогичные устройства с жидкокристаллическими (LCD) дисплеями высокого разрешения (не ниже 1080 × 200) или светодиодными панелями, встроенными в шлем или визор. Типичный шлем виртуальной реальности имеет частоту обновления изображения не ниже 90 Гц, круговой панорамный обзор, встроенную звуковую карту с авторегулировкой уровня сигнала, удобен в ношении и обладает эстетичным внешним видом.

В отличие от дополненной реальности, в которой изображения проецируются поверх того, что находится в поле зрения пользователя, виртуальная реальность полностью погружает человека в свой мир. При этом и дополненная, и виртуальная реальности относятся к так называемой «смешанной реальности».

Спектр смешанной реальности

Давайте разберемся, из чего состоит спектр смешанной реальности:

● Реальный мир – тот, что мы видим собственными глазами.

● Дополненная реальность охватывает решения, аналогичные ПИЛС и современным технологиям Magic Leap и Microsoft HoloLens.

● Виртуальная реальность создается за счет технологий полного погружения в виртуальный мир, которые по мере совершенствования и повышения разрешения находят все более широкое коммерческое применение, примером чего могут служить шлемы и очки виртуальной реальности, такие как Oculus Rift, НТС Vive, Samsung Gear VR и другие.

● Дополненная виртуальность подразумевает дополнение виртуальной реальности элементами реального мира, представляя собой синтез реальности и виртуальности.

В дополненной виртуальности возможно все. Например, ваше тело может быть спроецировано в виртуальное пространство, и вы увидите, как ваша собственная рука отворяет виртуальную дверь, а ваши ноги передвигаются по коридорам виртуального мира.

За обеспечение моторики отвечают датчики движения, встроенные в шлем виртуальной реальности или установленные в помещении. Система слежения сканирует динамику телодвижений пользователя или делает снимки высокого разрешения, фиксирующие его положение в пространстве, и создает на основе полученных сведений виртуальную модель его тела.

Первые коммерческие модели на основе таких решений, как Microsoft Kinect, НТС Vive и Oculus Rift, уже проходят тестирование. В будущем датчики станут значительно чувствительнее и научатся считывать все детали образа, включая цвет кожи, одежду, цвет волос и т. п., а также смогут распознавать и проецировать на аватар все его движения вплоть до мельчайших жестов.

В отличие от систем виртуальной реальности, которые создаются с расчетом на использование мощных компьютеров, оснащенных мощной графической картой, системы дополненной реальности разрабатываются с упором на автономность. Экстраполируя обсуждавшиеся в главе 5 возможности мониторинга показателей жизнедеятельности человека, можно предположить, что в обозримой перспективе смартфоны, умная одежда и прочие персональные устройства будут объединены в компьютерную платформу, которая обеспечит обработку поступающих по разным каналам персональных данных и их синхронизацию с облачным хранилищем. Через какие-нибудь 20 лет в нашем арсенале будут более широкие возможности распределенной обработки данных, чем у самого быстрого суперкомпьютера нынешнего поколения.

Только задумайтесь: сегодня стандартная тактовая частота многоядерных процессоров смартфонов и планшетов составляет 4 ГГц, что обеспечивает быстродействие порядка 180 гигафлопсов. Применяя закон Мура, можно ожидать, что к 2025 году производительность процессоров умных устройств увеличится до 3–6 терафлопсов. Теперь прибавьте к процессорной мощности смартфона, умных часов, очков и одежды, а также других носимых или вводимых перорально устройств мощность облачного хранилища – и получите, по самым скромным оценкам, мощность в сотни и тысячи раз больше, чем у самого продвинутого современного компьютера. Всего через 10 лет мы будем экипированы оборудованием, производительность которого, с учетом облачных мощностей, составит 20–30 терафлопсов. Процессорная мощность уже не будет проблемой, нормой станет передача изображений на сетчатку глаза, и все эти потрясающие возможности будут интегрированы в персональную систему, построенную с учетом окружающей обстановки, характера и предпочтений человека, его биометрических показателей и данных обратной биологической связи, с привязкой к контексту, времени и текущим действиям.

Хотя технологии дополненной (такие, как Magic Leap) и виртуальной реальности (Oculus Rift и им подобные) пока что находятся в зачаточном состоянии, они уже успели наделать немало шума. Вот как охарактеризовал Magic Leap специалист по инновациям киностудии 20th Century FOX Тед Шиловиц:

Это первая идея Google, которая тянет на триллион долларов!

Тед Шиловиц, 20th Century FOX

Не менее красноречиво высказался генеральный директор кинокомпании Legendary Pictures Томас Тулл, когда его попросили описать технологию Magic Leap: «Да это настоящий взрыв мозга!» Следует отметить, что Legendary Pictures является одним из инвесторов стартапа Magic Leap. В 2014 году Google совместно с другими инвесторами, в число которых вошла и Legendary Pictures, вложили в Magic Leap более 500 млн долларов США. К концу 2016 года Magic Leap планирует привлечь еще 800 млн долларов США. Каким же образом Magic Leap намеревается распорядиться этими средствами?

Magic Leap работает над созданием технологии, которая сочетает в себе возможности дополненной и виртуальной реальности. Устройство, проецирующее цифровые оптические изображения прямо на сетчатку глаза и чутко реагирующее на происходящее в реальном мире, имеет все шансы превзойти по своим возможностям персональные дисплеи. По замыслу разработчиков, технологию Magic Leap можно будет использовать и как шлем дополненной реальности, и как монитор, и как полноценную систему виртуальной реальности, а также в комбинированных режимах.

Вот как объясняет отличие своего детища от других разработок в области дополненной и виртуальной реальности генеральный директор Magic Leap Рони Абовиц:

Magic Leap – это разработка из области технобиологии. Мы полагаем, что именно за такими устройствами будущее вычислительной техники… Под технобиологией следует понимать применение высоких технологий к биологической сущности человека, в результате чего творится настоящее волшебство.

Рони Абовиц, генеральный директор Magic Leap, в интервью Reddit, 24 февраля 2015 года

Принципиальное отличие Magic Leap от HoloLens и других подобных технологий в том, что на сетчатку глаза проецируются чрезвычайно достоверные образы виртуальной или кинематографической реальности. Вы просто не сможете определить, какие из проецируемых в поле зрения объектов являются реальными, а какие – сгенерированными.

Предполагается, что серийное производство Magic Leap начнется через два, самое позднее – через четыре года. Если прогнозы оправдаются, мы получим персональный головной дисплей задолго до 2025 года.

На самом деле виртуальная реальность сулит немало интересного, и многое из этого мы сможем увидеть еще до того, как на рынке появится Magic Leap. В блоге PewDiePie и ему подобных можно найти любопытную информацию об играх, в которых уже сегодня используется шлем Oculus Rift.

К самым потрясающим инновациям в области виртуальной реальности, бесспорно, относятся технологии, позволяющие человеку испытать ощущения, которые невозможно пережить ни в реальной жизни, ни с помощью устройств дополненной реальности. Хороший пример – симулятор полета Birdly, созданный швейцарской компанией Somniacs. Для того чтобы почувствовать себя птицей, достаточно надеть на голову гарнитуру виртуальной реальности Oculus Rift, лечь на специальный стол и начать махать руками.

Если вы всегда мечтали о том, чтобы воспарить как птица, вам повезло – новый симулятор Birdly претворит вашу мечту в жизнь.

Газета Telegraph (Великобритания), май 2014 года

В ближайшем будущем нам предстоит увидеть немало аналогичных разработок, равно как и принципиально новые кинематические решения. Если у вас есть шлем Oculus Rift, вы наверняка видели 10-минутный мультипликационный фильм «Генри», прекрасно демонстрирующий творческие возможности виртуальной реальности. Мультфильм, озвученный Элайджей Вудом, рассказывает о милом ежике по имени Генри и его отчаянных попытках найти друзей. Благодаря шлему виртуальной реальности с обзором в 360 градусов вы не просто наблюдаете за происходящим, а полностью погружаетесь в виртуальный мир и становитесь участником разворачивающихся событий.

А теперь представьте, какие возможности открывает эта технология, если применить ее к «Звездным войнам», «Титанику», «Аватару», «Касабланке» или «Лучшему стрелку». Вы сможете принять участие в любимом фильме в качестве дополнительного персонажа или даже примерить на себя роль главного героя! Так что «голографическая палуба», придуманная создателями сериала «Звездный путь», – не такая уж и фантастика.

Как бы мы ни относились к концепции гибридной реальности, открывающиеся перед нами перспективы расширения чувственного, и в том числе визуального, восприятия поражают воображение. Ведь речь идет о том, что в недалеком будущем мы сможем вырваться из тесных рамок, установленных данными нам от природы пятью чувствами, и шагнуть за пределы физического мира.

Дополненный разум

В каком году родился Наполеон Бонапарт? Когда человек впервые высадился на Луну? Какой химический элемент таблицы Менделеева имеет обозначение Ba? Сколько в человеческом геноме пар оснований? На каком расстоянии от Земли в данный момент находится Плутон? Где водились сумчатые волки и когда они вымерли?

Вряд ли найдется много людей, которые смогут с ходу ответить на перечисленные выше вопросы. Однако если под рукой есть интернет, поиск ответов займет считаные минуты. Действительно, зачем утруждать себя запоминанием фактов, если Google даст ответ на любой вопрос?

В 2011 году группа психологов опубликовала результаты исследования под названием «Влияние Google на память: когнитивные последствия постоянного доступа к справочной информации», в котором была дана оценка влиянию поисковика на обработку поступающей информации и запоминание фактов. Если верить полученным данным, люди все меньше полагаются на собственную память и все больше – на интернет, особенно когда сталкиваются с трудными вопросами. Вместо того чтобы попытаться найти ответ у себя в голове, они начинают соображать, в каком сетевом источнике следует искать нужную информацию. По сути, интернет стал для человека вынесенной вовне трансактивной (объединяющей память многих человек) памятью, неким средоточием коллективного разума.

Генри Рёдигер, профессор психологии Университета Вашингтона в Сент-Луисе, прокомментировал результаты этого исследования следующим образом: «…изменение стратегий познания и обучения – факт неоспоримый. Зачем что-то запоминать, если в любой момент можно выяснить это заново? Делая за нас эту работу, Google и другие поисковые системы позволяют нам разгрузить память».

На протяжении всего минувшего столетия наблюдался неуклонный рост среднестатистического коэффициента умственного развития (IQ). Хорошо известен так называемый эффект Флинна. Изучая по результатам экзаменов многолетнюю динамику изменения IQ, новозеландский профессор Джеймс Флинн обнаружил устойчивое улучшение показателей интеллекта, как подвижного, так и кристаллизованного, во многих странах мира. Этот процесс начался в 1930-х годах и продолжается по сей день. Несмотря на то что показатели в разных странах варьируются, в целом тенденция к повышению IQ наблюдается повсеместно. Эффект Флинна объясняют целым рядом факторов, в числе которых – повышение качества школьного образования, накопленный опыт сдачи экзаменов, стимулирующая умственное развитие среда, более полноценное питание, снижение заболеваемости инфекционными болезнями, а также рост генетического разнообразия по мере развития транспортных систем и интенсификации перекрестных миграций. Впрочем, в последние годы результаты тестов указывают на замедление темпов роста умственных способностей. Чем это вызвано? Уж не Google ли тому виной?

Интеллектуальное развитие, бесспорно, является одной из важнейших миссий человечества. Даже если судить по накопленным на сегодняшний день знаниям, можно смело утверждать, что мы умнее, лучше решаем проблемы, обладаем более развитой способностью к абстрактному мышлению и имеем в нашем распоряжении более обширную и качественную информацию, чем люди, жившие сто лет назад. Не говоря уже о тех, кто обитал на планете тысячу лет назад.

Когда 3000 лет тому назад звездочеты, наблюдая закономерности в расположении светил на небосклоне, давали созвездиям имена богов, которые, как они считали, пересекали ночное небо в своих колесницах, они таким образом пытались поместить непознаваемое в некий доступный их пониманию контекст. Сегодня с помощью мощных телескопов мы фотографируем небесные тела с неслыханным прежде уровнем детализации. Мы знаем, что звезды, входящие в состав одного созвездия, подчас разделяют сотни световых лет. В отличие от древних мы также знаем, что Марс – не бог, а наш ближайший сосед с двумя естественными спутниками и незначительными остатками воды в виде льда, а рельеф марсианской поверхности указывает на то, что когда-то там было значительно теплее и несуществующие теперь реки впадали в давно исчезнувшие моря. Только подумайте: чуть больше столетия отделяет первый полет братьев Райт в 1904 году от отправки зонда к Плутону для фотографирования его поверхности.

Человечество тысячелетиями стремилось к совершенствованию своего разума. Для того чтобы преодолеть границы восприятия и познания, мы обращаемся к устной речи и письменности, медитируем и принимаем ноотропы. Но все это не идет ни в какое сравнение с тем, что ждет нас в будущем.

Пока одна часть человечества упорно трудится над созданием искусственного интеллекта, другая стремится к исследованию и оптимизации интеллектуальных возможностей, заложенных в нас природой. Эту область научных и прикладных исследований принято называть «усилением интеллекта» (УИ). Цель исследований в этом направлении проста – превратить каждого человека в супер-Эйнштейна, превосходящего по своим интеллектуальным способностям любого гения, когда-либо жившего на Земле.

Уже сегодня нейронные имплантаты позволяют устранять приобретенные дисфункции головного мозга, а в будущем благодаря им открываются перспективы нейростимуляции, внешней обработки информации и активации зрительной зоны коры головного мозга. Реализация программы УИ подразделяется на три фазы:

1. Нейронная интеграция систем обмена информацией и обработки данных. По сути, это прямое подключение мозга к интернету для получения информации из облачного хранилища или аналогичной базы.

2. Комплексные интерфейсы «мозг – компьютер». Дополнение визуальной, слуховой, осязательной и прочей сенсорной информации, расширение возможностей пространственной визуализации, возможность загрузки изображений и данных. Речь идет не о проекции изображений для глаза, как в случае с дисплеями или очками, а о передаче информации непосредственно в мозг. В результате естественное зрение дополняется образами виртуальной реальности и визуальной информацией, сгенерированной мозгом.

3. Дополнение префронтальной коры. Это та самая заветная чаша Грааля, отыскать которую – предел мечтаний исследователей в области УИ. Речь идет об оптимизации процесса формирования концепций на основании данных восприятия, поступающих в мозг по различным каналам. Если усилия в этом направлении увенчаются успехом, мы превратимся в сверхлюдей, способных решать интеллектуальные сверхзадачи.

Кинематограф изобилует сюжетами о людях, сумевших максимально раскрыть возможности своего мозга. Вспомним хотя бы фильм «Области тьмы». В отличие от кино, в реальной жизни возможности человеческого мозга небезграничны. Попытки манипулировать химией мозга и «ускорить» обработку информации могут быть опасными. Химические средства действуют недостаточно избирательно. Чтобы значительно расширить когнитивные способности, необходимо перепрограммировать мозг. Самые совершенные на сегодняшний день нейрокомпьютерные интерфейсы поддерживают порядка тысячи каналов связи с нейронами мозга. А для того, чтобы приблизиться к заявленным адептами УИ целям, нужно имплантировать в мозг миллионы нейрокомпьютерных контактов. На решение этой задачи уйдет не менее 15–20 лет, но в принципе в этом нет ничего невозможного.

Большие надежды связаны с дальнейшим развитием нанотехнологий, которые позволят интегрировать имплантаты с корой головного мозга на уровне отдельных нейронов. Учитывая, что в области технологий производства с атомной точностью пока не наблюдается заметного прогресса, более перспективной для получения интерфейсов с миллионами микроэлектродов выглядит самосборка наноразмерных компонентов. В трилогии Рамеза Наама «Нексус» достаточно убедительно описаны возможные последствия появления нейрокомпьютерного интерфейса на основе нанотехнологий. В данном мне интервью Наам обрисовал свое видение грядущих перспектив:

Я оптимист, но оптимизм не мешает мне реально смотреть на вещи. На мой взгляд, прогресс в этой области будет достаточно медленным: первые ощутимые результаты следует ожидать не раньше 2040 года. Это связано с тем, что эксперименты на людях всегда сопряжены с большими ограничениями. Первое правило здесь – «Не навреди». Тем не менее известно, что DARPA реализует обширную программу по разработке интерфейсов «мозг – компьютер». С одной стороны, она преследует цель с помощью нейроимплантатов повысить боеспособность военных летчиков, с другой стороны – исследуется возможность восстановления утраченных функций у солдат, лишившихся зрения или парализованных в результате полученных ранений.

На выставке, недавно состоявшейся в Сан-Франциско, DAPRA представило разработку под названием «кортикальный модем». Вживляемое в мозг устройство размером с пару монет и стоимостью в 15 долларов будет поставлять данные напрямую в зрительную кору, позволяя генерировать нечто вроде виртуального слоя, наложенного на реальный мир.

Рамез Наам, писатель, в интервью радиостанции «Голос Америки», 12 марта 2015 года

Проблема с технологиями, направленными на усиление человеческого интеллекта, заключается в том, что люди несовершенны и вполне могут использовать свои возросшие интеллектуальные возможности для удовлетворения гедонистических потребностей, а то и для осуществления преступных замыслов. В искусственный интеллект можно изначально встроить стабильные положительные установки. А вот удастся ли каким-либо образом ограничить неблаговидные порывы естественного разума – это большой вопрос.

Стивен Хокинг и Илон Маск неоднократно предупреждали человечество об опасности, кроющейся в полностью самодостаточном искусственном интеллекте. Возможно, их позиция обусловлена именно тем, что они проецируют на искусственный разум такие чисто человеческие качества, как алчность, эгоизм и двуличие.