Текст книги "Эпоха дополненной реальности"

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[298]298
  Адриан Оуэн (англ. Adrian М. Owen, р. 1966) – английский нейрохирург, в настоящее время заведующий кафедрой когнитивной нейробиологии и диагностической визуализации Института головного мозга при Университете Западного Онтарио (Канада). – Примеч. пер.


[Закрыть] 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[299]299
  Ричард Андерсен (англ. Richard A. Andersen, р. 1950) – профессор нейробиологии кафедры биоинженерии Калифорнийского технологического института в Пасадене. – Примеч. пер.


[Закрыть] 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.

Рисунок 6.3. Лес Бо из Колорадо управляет протезами «силой мысли» (источник: John Hopkins APL)

Проект, спонсируемый DARPA, ставит еще более амбициозные задачи. Лес Бо[300]300
  Случай Леса Бо (англ. Les Baugh) подробно описан на сайте Лаборатории прикладной физики (англ. Applied Physics Laboratory, APL) Университета Джона Хопкинса. – Примеч. пер.


[Закрыть] 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[301]301
  Кристиан Джеймс Ламбертсен (англ. Christian James Lambertsen, 1917–2011) – американский военный врач, ученый и изобретатель. Считается «крестным отцом боевых водолазов». – Примеч. пер.


[Закрыть] 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[302]302
  При плавании аквалангист в изолирующем дыхательном аппарате использует порядка 1,5 л кислорода в минуту. С учетом содержания растворенного газа в воде ему придется прокачивать через «жабры» около 192 л воды за то же время, а в бедных кислородом морях или на значительной глубине – и того больше. Видимо, для создания таких приборов придется найти какие-то принципиально новые решения и технологии. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть]. 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[303]303
  Интернет вещей (англ. Internet of Things, IoT) – концепция сети физических предметов («вещей»), оснащенных встроенными технологиями для взаимодействия друг с другом или с внешней средой. Такие сети рассматриваются как явление, способное в корне перестроить экономические и общественные процессы и избавить человека от необходимости участия во множестве рутинных операций. – Примеч. пер.


[Закрыть].

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[304]304
  Основатель и глава Under Armour Кевин Планк (англ. Kevin Plank) объясняет такое название тем, что удачным оказался лишь 39-й прототип прибора, который и пошел в серию. – Примеч. авт.


[Закрыть], 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.

Рисунок 6.4. Компания Under Armour занимается разработкой умной спортивной экипировки (источник: Under Armour)

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[305]305
  Lauren Goode, «Under Armour and HTC want to sell you a box full of fitness products», Verge, 5 January 2016. См. также: Lorraine Mirabella, «Under Armour raises the Bar on Digital Fitness», Baltimore Sun, 9 January 2016. – Примеч. авт.


[Закрыть].

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[306]306
  англ. Advanced Technology and Projects Group (сокр. АТАР). – Примеч. пер.


[Закрыть] 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»[307]307
  CNNMoney, 29 мая 2015 года. – Примеч. авт.


[Закрыть].

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[308]308
  См.: Schwartz, et al. Flexible polymer transistors with high pressure sensitivity for application in electronic skin and health monitoring // Nature Communications. – 2013. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть].

Рисунок 6.5. Через 10 лет подобные сенсорные датчики станут массовым явлением

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[309]309
  Разработка Джованни Де Мичели и Сандро Каррары была представлена в марте 2013 года на общеевропейской конференции по электронике DATE 13. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть]. 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»[310]310
  Сами датчики Proteus IEM были одобрены к использованию в США еще в 2012 году, в качестве представителей новой категории «проглатываемых сенсоров» – Ingestible Sensors. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть] (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[311]311
  RFID (сокр. от англ. Radio Frequency Identification – «радиочастотная идентификация») – способ автоматической идентификации объектов, в котором посредством радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в так называемых транспондерах, или RFID-метках (чипах). Особую популярность технология RFID приобрела при использовании ее для «мечения» и последующего розыска домашних животных. – Примеч. пер.


[Закрыть].

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.

Рисунок 6.6. Разработка Proteus – сенсорный биометрический датчик размером с булавочную головку

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[312]312
  Роджер Бэкон (англ. Roger Bacon, ок. 1214–1294) – английский философ и естествоиспытатель. – Примеч. пер.


[Закрыть] 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[313]313
  Иоганн (Ханс) Липперсгей (нидерл. Hans Lippershey, ок. 1570–1619) – голландский мастер по изготовлению очков немецкого происхождения, один из двух главных претендентов на звание изобретателя рефракционного телескопа наряду с его коллегой и соотечественником Захарием Янсеном (нидерл. Zacharias Jansen, 1585–1632). – Примеч. пер.


[Закрыть], 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[314]314
  Джованни (Иоганн) Фабер (итал. Giovanni Faber, нем. Johann Faber, 1574–1629) – личный врач при папском дворе, ботаник, куратор Ватиканского ботанического сада, ученый секретарь Национальной академии деи Линчеи. – Примеч. пер.


[Закрыть], 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)[315]315
  A. S. Stodalna et al., «Hydrogen Atoms under Magnification: Direct Observation of the Nodal Structure of Stark States», Physical Review Letters 110, 213001 (May 2013). – Примеч. авт.


[Закрыть],[316]316
  Эффект, открытый немецким физиком Йоханнесом Штарком около ста лет назад, состоит в смещении и расщеплении энергетических уровней атома под действием внешнего электрического поля. Фамилия ученого созвучна с именем Тони Старка, главного героя франшизы «Железный человек», на что и намекает автор. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть]. 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.

Рисунок 6.7. Слева – структура атома водорода, сфотографированная с помощью фотонного атомно-силового микроскопа; справа – три экзопланеты, вращающиеся вокруг далекой звезды, снятые с помощью телескопа обсерватории Gemini (источники: FOMA и Gemini Planetary Imager)

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[317]317
  NASA Exoplanet Archive. – Примеч. авт.


[Закрыть].

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)[318]318
  Индикатор лобового стекла (англ. Head-Up Display) избавляет военного летчика от необходимости отрывать взгляд от происходящего прямо по курсу движения самолета для ознакомления с показаниями приборов. – Примеч. авт.


[Закрыть] 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[319]319
  ИЛС используются и на других военных самолетах последних поколений, в том числе российских, активно прорабатывают возможности их применения и автопроизводители. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть].

Представленные в 2013 году очки Google Glass вызвали сенсацию в СМИ[320]320
  Не без участия моего приятеля Роберта Скобла, автора книги «Эпоха контекста» («Age of Context»), сфотографировавшегося в Google Glass под душем. Снимок получил широкое распространение в СМИ. Компания Magic Leap, также работающая над проектами в области дополненной реальности, решила увековечить образ Роберта, включив его фотографию в свою патентную заявку 2015 года (см.: http://www.freepatentsonline.com/20150178939.pdf). – Примеч. авт.


[Закрыть]. 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[321]321
  Гарт Уэбб (англ. Garth Webb, р. 1955) – канадский офтальмолог, соучредитель клиники Complete EyeCare Optometry Clinic. – Примеч. пер.


[Закрыть] 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[322]322
  В середине 2016 года разработчики Bionic Lens существенно изменили их конструкцию, адаптировав для массового производства. Это потребовало проведения дополнительных клинических испытаний, которые продолжаются до сих пор. По оценке Ocumetrics, на получение одобрения использовать бионические линзы в ЕС и Канаде потребуется около двух лет, и еще вдвое больше – для США. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть]. 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?