3D-печать зданий

Обычно 3D-печать ассоциируется с производством небольших предметов, таких как инструменты или медицинские импланты. Однако эта технология так же позволяет создавать более крупные конструкции, включая здания. Сейчас 3D-печать зданий находится на стадии разработки, но в будущем она может стать доступной и превратиться в коммерчески привлекательную альтернативу традиционному строительству. В конце концов 3D-печать как крупных строительных блоков, так и более мелких структурных элементов зданий поможет значительно снизить стоимость строительства домов и офисов.

Существуют два основных подхода к строительству зданий с помощью 3D-печати. Первый заключается в изготовлении отдельных деталей или модулей, которые затем собираются в единое целое, подобно тому как люди сами собирают мебель из IKEA ²⁷⁸. В некоторых проектах предполагается печатать целые участки стен или крыши, а затем собирать их на стройплощадке, как конструктор Lego. В конце 2020-х годов сборку модулей смогут взять на себя роботы.

Во-вторых, существует возможность печатать целые комнаты или модульные отсеки²⁷⁹. Такие модули обычно имеют квадратное или прямоугольное сечение и могут соединяться друг с другом, образуя разнообразные конфигурации. На стройплощадке их можно быстро установить на место с помощью крана. Это позволит свести к минимуму количество строительного мусора, а также неудобства, которые стройка обычно создает для живущих в окрестности. В 2014 году китайская компания WinSun продемонстрировала процесс возведения 10 модульных домов всего за 24 часа. При этом стоимость каждого дома была менее 5000 долларов²⁸⁰. Китай уже стал центром строительной 3D-печати и в ближайшие десятилетия будет остро нуждаться в улучшенных версиях этой технологии.

Альтернативным подходом является строительство целого дома как единого модуля, напечатанного по индивидуальному проекту²⁸¹. Инженеры устанавливают на выделенной для здания площадке большую раму, на которой будет перемещаться сопло, укладывая слои материала, например бетона, на месте будущих стен. Возведение основного каркаса почти не требует ручного труда, но после завершения «коробки» рабочие должны будут установить окна и завершить кровельные и отделочные работы. В 2016 году компания HuaShang Tengda за 45 дней успешно напечатала двухэтажную виллу как единый модуль²⁸². Сейчас эта технология начинает набирать популярность в США. В 2021 году фирма Alquist 3D построила первый дом для стороннего заказчика с помощью 3D-печати, а в 2023-м был возведен первый многоэтажный дом в Хьюстоне²⁸³. К концу десятилетия комбинация технологий 3D-печати больших и малых объектов и робототехники значительно расширит возможности строительства уникальных зданий, одновременно снизив его себестоимость.

Модульная 3D-печать зданий имеет ряд преимуществ, которые будут только расти по мере развития технологии. Прежде всего, она позволяет существенно снизить трудозатраты, что сделает базовые дома более доступными по цене. Сроки строительства значительно сокращаются, что, в свою очередь, снижает нагрузку на окружающую среду. На такой стройке будет меньше мусора и отходов, светового и шумового загрязнения, токсических выбросов, производственных опасностей для рабочих. Кроме того, она также будет создавать меньше препятствий дорожному движению. К тому же 3D-печать позволит использовать доступные в данной местности материалы для строительства зданий, вместо того чтобы везти за сотни километров такие стройматериалы, как лес или металл.

В будущем 3D-печать станет эффективным инструментом для ускорения и удешевления строительства небоскребов. Одной из ключевых проблем, с которой сталкиваются при возведении высотных зданий, является подъем рабочих и материалов на верхние этажи. Станок для 3D-печати в сочетании с автономными роботами сможет эффективно работать с материалами, которые будут подаваться с земли в жидкой форме, что проще и экономнее.

Примерно к 2030 году мы научимся компенсировать старение заботой о себе

Материальное благополучие и жизнь в демократическом обществе, несомненно, приносят нам пользу. Однако нет ничего более ценного, чем возможность жить дольше. В главе 6 мы еще поговорим о том, как старый метод поиска лечения путем проб и ошибок уходит в прошлое, уступая место экспоненциальному прогрессу на базе информационных технологий. С их помощью мы можем в каком-то смысле обновить нашу несовершенную программу жизни.

Биологические организмы не идеальны, потому что эволюция – это процесс, основанный на случайности, а оптимизация происходит путем естественного отбора. Таким образом, в ходе «исследования» различных генетических наборов эволюция во многом полагалась на удачу и зависела от специфических условий окружающей среды. Кроме того, поскольку развитие происходит постепенно и последовательно, набор признаков может закрепиться в ходе эволюции только при условии, что все промежуточные варианты тоже предоставляли организму конкурентное преимущество в его среде обитания. Поэтому можно с уверенностью сказать, что существует множество потенциальных свойств, которые весьма бы нам пригодились, но получить их в ходе эволюционного процесса невозможно, поскольку в недостроенном виде они непригодны. С другой стороны, используя интеллект – естественный или искусственный – мы можем тщательно изучить все возможные варианты генетического набора и выявить наиболее подходящие особенности, которые дают наибольшее преимущество. В том числе те, которые не могут быть достигнуты путем биологической эволюции.

С 2003 года, когда был завершен проект «Геном человека», технологии секвенирования генома развиваются с невероятной скоростью – каждый год отношение производительности к цене удваивается. Если говорить об определении пар нуклеотидов, то стоимость этого процесса снижается в два раза каждые 14 месяцев начиная с 1971 года, когда был расшифрован первый участок ДНК²⁸⁴. Таким образом, мы достигли той точки на экспоненциальной кривой развития биотехнологий, когда ее подъем становится особенно стремительным.

Мы уже начали использовать ИИ для создания медикаментов и планирования хирургических операций. К концу 2020-х годов биологические симуляторы достигнут такого уровня, что смогут оценивать безопасность и эффективность препаратов всего за несколько часов, а не лет, как это происходит в ходе клинических испытаний. Переход от исследований на людях к проверкам in silico будет происходить в условиях напряженного противостояния. С одной стороны, нас будут волновать вопросы безопасности: мы не хотим, чтобы моделирование упустило важные медицинские аспекты и заставило нас ошибочно признать опасное вещество допустимым к употреблению. С другой стороны, компьютерная симуляция позволит нам проводить испытания на гораздо большем количестве моделей пациентов с разными демографическими данными и изучить действие лекарства при различных сопутствующих заболеваниях. Таким образом, врачи будут заранее знать, как препарат отразится на состоянии каждого конкретного пациента. Кроме того, чем скорее мы выведем лекарство на рынок, тем больше жизней сможем спасти. Переход на компьютерные исследования сопряжен с определенными политическими и бюрократическими препятствиями, но в конечном счете эффективность технологии станет решающим фактором.

Рассмотрим два наглядных примера, когда проведение тестов in silico может дать значительные преимущества:

– Иммунотерапия является многообещающим методом терапии онкологических заболеваний, который позволил многим пациентам с четвертой стадией рака, обычно считающейся неизлечимой, достичь ремиссии²⁸⁵. Одним из примеров такой терапии является CAR-T, которая перепрограммирует клетки иммунной системы человека, заставляя их распознавать и уничтожать раковые клетки²⁸⁶. Однако прогресс в этой области сдерживается нашим неполным пониманием биомолекулярных механизмов, с помощью которых рак способен обходить иммунную систему. Однако ИИ может помочь преодолеть этот барьер.

– С помощью индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) мы приблизились к решению проблемы, с которой сталкиваются большинство пациентов, перенесших инфаркт. Это состояние, известное как «низкая фракция выброса», стало причиной смерти и моего отца. Сегодня мы уже научились выращивать органы, используя ИПСК – клетки взрослого организма, которые были возвращены в состояние стволовых клеток с помощью специальных генов. К 2023 году у нас получалось использовать ИПСК для регенерации трахеи, черепно-лицевых костей, сетчатки, периферических нервов и кожи, а также для восстановления тканей крупных органов, таких как сердце, печень и почки²⁸⁷. Поскольку стволовые клетки в некоторых аспектах похожи на раковые, одним из ключевых направлений наших исследований станет поиск путей предотвращения их неконтролируемого деления. ИПСК могут выполнять функции эмбриональных клеток и превращаться практически в любые другие клетки организма. Эта технология все еще находится на экспериментальной стадии, но уже успешно опробована на живых пациентах. В случае сердечно-сосудистых заболеваний процесс выглядит следующим образом: из клеток самого пациента создаются ИПСК, из которых затем выращивают ткани сердечной мышцы и трансплантируют их в поврежденное сердце. Предположительно, ИПСК выделяют факторы роста, стимулирующие регенерацию и других тканей сердца. По сути, они как бы обманывают сердце, заставляя его «думать», что организм еще находится на стадии эмбриона. Эту процедуру можно применять к самым различным биологическим тканям. Как только мы поймем механизмы работы ИПСК с помощью ИИ, регенеративная медицина получит в свое распоряжение метод восстановления организма по его собственным чертежам.

С появлением таких технологий представление о прогрессе в медицине и геронтологии как о линейном процессе развития утратит свою актуальность. Наша интуиция и ретроспективный анализ заставляют предполагать, что в следующие двадцать лет количество достижений будет примерно таким же, как и в предыдущие. Однако мы не замечаем, что прогресс идет в геометрической прогрессии. Постепенно начинает распространяться осознание того, что радикальное увеличение продолжительности жизни уже не за горами. Однако большинство людей – как пациентов, так и врачей – до сих пор не знают о новых возможностях, которые у нас появляются для перепрограммирования нашей «отсталой» биологии.

Как я уже упоминал в этой главе, в 2030-х годах нас ожидает новая революция в области здравоохранения, которую мы с доктором Терри Гроссманом в своей книге о здоровье назвали третьим мостом на пути к значительному увеличению продолжительности жизни. Речь идет о медицинских нанороботах. С их помощью мы сможем значительно расширить возможности нашей иммунной системы. Наша естественная линия обороны, одним из ключевых элементов которой являются Т-лимфоциты, способные избирательно уничтожать вредоносные микроорганизмы, эффективно защищает нас от множества патогенов. Без нее мы бы не выжили. Однако она развивалась, когда мы жили в условиях постоянного дефицита пищи и других ресурсов, а большинство людей погибали молодыми. Первые люди рожали детей в юном возрасте и умирали, не дожив и до тридцати лет. Поэтому у эволюции не было причин развивать иммунитет против угроз, с которыми мы сталкиваемся в пожилом возрасте, таких как онкологические и нейродегенеративные заболевания, которые часто вызываются неправильно свернутыми белками – прионами. Кроме того, поскольку многие смертельные вирусы передаются через домашний скот, наши предки, которые не занимались его разведением, не могли выработать специфический иммунитет к этим инфекциям²⁸⁸.

Нанороботы будут запрограммированы не только уничтожать все виды патогенов, но и заодно устранять проявления болезней обмена веществ. Все наши крупные органы, за исключением сердца и мозга, выделяют в кровь или выводят из нее различные вещества. Некоторые заболевания возникают из-за нарушения этих процессов. Например, диабет первого типа связан с неспособностью клеток поджелудочный железы вырабатывать инсулин²⁸⁹. Медицинские нанороботы будут следить за уровнем веществ в крови, таких как гормоны, питательные вещества, кислород, углекислый газ и токсины. В случае необходимости они смогут регулировать эти уровни, дополняя или даже подменяя таким образом работу части органов. К концу 2030-х годов такие технологии позволят нам практически исключить некоторые заболевания и замедлить процессы старения в организме.

В 2020-х годах ожидаются значительные открытия в фармакологии и нутрициологии, в основном благодаря продвинутому ИИ. Их будет еще недостаточно, чтобы победить старение, но часть людей сумеет дожить до перехода через третий мост. В 2030-х годах наиболее информированные и дисциплинированные люди достигнут «скорости убегания от старения»: каждый год будет приносить открытия, которые позволят продлить срок жизни больше чем на 365 дней. В каком-то смысле мы перевернем песочные часы, отсчитывающие срок нашей жизни.

Четвертым мостом на пути к бессмертию станет возможность создавать резервные копии самих себя, подобно тому как сейчас мы поступаем с цифровыми архивами. Когда мы дополним нашу биологическую новую кору правдоподобной (но намного более скоростной) цифровой имитацией в облаке, наше мышление станет гибридным: не только привычным нам биологическим, но еще и компьютерным. Причем возможности цифровой составляющей будут расти экспоненциально, и в конце концов она не просто станет доминирующей, но и сможет полностью понять принципы работы биологической части и смоделировать ее, позволив нам создать резервную копию всего нашего мышления. Это вполне реалистичный сценарий для 2040-х годов, когда мы приблизимся к Сингулярности.

В конечном счете наша цель – взять судьбу в свои руки и жить так долго, как мы сами того пожелаем, а не полагаться на волю случая. Может ли кто-нибудь осознанно выбрать смерть? Исследования показывают, что люди, решившиеся на самоубийство, как правило, испытывают невыносимую боль, физическую или душевную²⁹⁰. Хотя достижения медицины и нейробиологии, вероятно, не смогут полностью исключить такие ситуации, они, безусловно, сократят их количество.

А может ли в принципе человек умереть, если у него есть резервная копия разума? Уже сегодня облачные сервисы создают несколько копий всех содержащихся в них данных, а к 2040-м годам возможности для хранения информации ощутимо вырастут. Удалить абсолютно все свои копии будет практически невозможно. Если системы архивирования разума будут допускать удаление резервных копий по желанию пользователя (например, если тот захочет большей самостоятельности), это неизбежно создаст дополнительные угрозы безопасности. Человека можно обмануть либо силой заставить сделать такой выбор; кроме того, нельзя исключать возможность кибератак. С другой стороны, ограничить контроль человека над самой сокровенной частью информации о нем – значит посягнуть на его права и свободы. Я все же уверен, что нам удастся найти необходимые способы защиты наподобие тех, что уже много десятилетий защищают нас от ядерной катастрофы.

Если же вы загрузите свою резервную копию после биологической смерти, воскресите ли вы тем самым себя? Как мы уже обсуждали в главе 3, этот вопрос относится к категории философских, а не научных. Многие из наших современников еще при жизни столкнутся с необходимостью его решения

Наконец, стоит обсудить этические аспекты, касающиеся вопросов справедливости и неравенства. Часто звучит возражение, что только богатые люди смогут позволить себе бессмертие. В ответ я хочу привести пример мобильных телефонов. Тридцать лет назад сотовый телефон был доступен лишь избранным, при том что качество связи оставляло желать лучшего. Сегодня в мире миллиарды смартфонов, которые способны на гораздо больше, чем просто телефонный звонок. Они стали нашей внешней памятью и предоставляют доступ практически ко всем знаниям человечества. Подобные технологии всегда начинают с высокой цены и ограниченной функциональности. Но когда они достигают зрелости, то становятся доступными почти для всех. Причиной этому служит не что иное, как экспоненциальное улучшение соотношения цена/производительность – неотъемлемая часть прогресса информационных технологий.