Когда нам ждать, что прорывные инновации изменят мир?

ЭкспертHi-Tech

Растут ли темпы инноваций

Как устроены научно-технологические циклы, ускорились ли они и когда нам ждать, что прорывные инновации изменят мир

Мария Пази, Виталий Лейбин

В январе 2022 года появилась информация, что компания Neuralink, которая занимается разработкой технологий для интерфейса мозг — компьютер, ищет директора по клиническим испытаниям. Это косвенно подтверждает близость осуществления первоначальной цели компании — вживления чипа в мозг человека. С начала второй волны исследований нейроинтерфейсов прошло всего двадцать лет.

Коммерческий прототип солнечных батарей на основе технологии гибридных перовскитов от компании Oxford PV, как было объявлено, может выйти уже в этом году. От первого лабораторного использования перовскитов в солнечной энергетике до возможного выхода на рынок прошло всего тринадцать лет.

От научной публикации Дженнифер Даудны и Эммануэль Шарпантье, удостоенной Нобелевской премии, о системе редактирования генома CRISPR/Cas9 («молекулярные ножницы») до ее первого применения в клинических испытаниях прошло всего девять лет.

До сих пор считалось, что технологические инновации проходят цикл от изобретения до выхода на рынок по меньшей мере за тридцать лет, а до широкой коммерциализации — от четырех-пяти десятилетий. Например, согласно исследованию, опубликованному в международном издании Energy Policy, для четырех технологий производства электроэнергии (ядерная энергетика, комбинированные парогазовые турбины, ветряная энергетика и фотовольтаика) среднее время от изобретения до широкой коммерциализации составило сорок три года.

Если перечисленные в начале статьи технологии действительно вскоре найдут свой рынок (и этим довольно радикально изменят нашу жизнь), то либо они исключения из правил, хайповые везунчики, либо технологические циклы в целом ускорились. Если верно второе, то какими силами они наращивают скорость? Рассмотрим механику созревания современных инноваций подробнее.

Деление на три

Согласно одному из подходов, есть три основные стадии созревания инновации до выхода на рынок: научное открытие, изобретение и технологическая разработка (инженерия). Научное открытие — это новое понимание того, как устроен мир, поиск основополагающих истин. Вокруг научного открытия строятся изобретения — процесс создания новых продуктов, включающих в себя применение научного открытия. Технологические инновации, или инженерия, — это сочетание научных открытий и изобретений, коктейль из существующих компонентов, который оказывается полезнее, чем сумма слагаемых, конкретной вещью. Так, без открытия Франсиско Мохика не было бы «генетических ножниц». В 1993 году Мохика обнаружил своеобразные повторяющиеся последовательности в ДНК бактерии Haloferax, к 2005 году выдвинул гипотезу, что обнаруженные последовательности — часть иммунной системы микробов, и придумал аббревиатуру, получившую Нобелевскую премию (CRISPR — сокращение от Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats — кластеризованные регулярные короткие палиндромные повторы). Это была еще чистая наука, было интересно узнать, зачем бактериям держать в геноме такие странные тексты — повторяющиеся палиндромы.

В 2010 году Сильвен Муану показал, что фермент, известный как CRISPRассоциированный белок 9 (Cas9), умеет разрезать ДНК точно в нужном месте. А это уже запахло не просто изучением удивительной жизни бактерий, а технологией. Нет ничего важнее для генной инженерии, чем уметь разрезать и склеивать тексты ДНК в нужном месте, именно так правят гены.

В 2011 году Эммануэль Шарпантье открыла последний ключевой компонент системы CRISPR — молекулу РНК, которая участвует в распознавании специфических последовательностей генов, в которых будет разрез. За год сотрудничества Шарпантье с Дженнифер Даудной дуэт ученых выделил компоненты системы CRISPR/Cas9, адаптировал их для работы в пробирке и показал, что генетические ножницы могут быть запрограммированы на вырезание специфических участков в ДНК. В 2013 году параллельно друг с другом команда Фэн Чжана и Джорджа Черча модифицировали систему CRISPR/Cas9 для работы в клетках млекопитающих, распахнув двери для моделирования и потенциального лечения заболеваний человека. И грянула золотая лихорадка: исследователи использовали CRISPR/Cas9 для разработки ГМО-сельскохозяйственных культур, насекомых, генетических моделей заболеваний и экспериментальных методов лечения человека. Проводятся клинические испытания этой методики для лечения анемии, наследственной слепоты и рака.

Если пытаться разложить технологию CRISPR/Cas9 в троичную систему «открытие — изобретение — технология», хотя и с несколько размытыми границами, то работы Мохика, Муану, Даудны и Шарпантье — это научные открытия. Работы Черча и Чжана, как писал сам Черч в журнале Nature, — изобретение, а конкретные генетические препараты — это технологические инновации.

Почти любую многообещающую технологию можно разложить на три знаменателя. Шумный проект нейроинтерфейса Neuralink от Илона Маска — инженерия, эффективная пересборка существующих технологий. Но до Маска были десятилетия изобретений и открытий.

Илон Макс демонстрирует имплант от Neuralink. Фото: East News

Эдмонд Деван в 1967 году в Кембридже провел серию экспериментов, в ходе которых люди, подключенные к аппаратуре электроэнцефалограммы, учились контролировать амплитуду мозгового альфа-ритма. Жак Видаль впервые изложил идеи коммуникации между человеком и машиной и описал лабораторию по анализу сигнала энцефалограммы для таких целей.

«Методика, позволяющая уловить намерение человеческого мозга ввести ту или иную букву, была изобретена еще в конце 1980-х. С помощью чипа в голове люди и обезьяны играли в мяч в компьютерной игре, управляли роботизированными руками и экзоскелетами. А до этого был целый век открытий: обнаружение электрической активности мозга и причин ее возникновения, исследование анатомии мозга, обработки внешних сигналов и так далее, — говорит Михаил Лебедев, профессор Центра нейробиологии и нейрореабилитации Сколтеха имени В. Зельмана. — Научный цикл нейроинтерфейсов имел две волны исследований: это 1970-е годы прошлого века (но тогда эту технологию не удалось развить из-за недостаточной силы электроники, вычислительных систем и знаний), вторая волна накатила примерно с 2000-х».

И это, очевидно, синхронизировано с развитием технологий искусственного интеллекта, который тоже переживал две волны научно-изобретательного интереса — в 1950–1970 годы и с 2000-х. В первой волне были накоплены принципиальные решения, а вторую подстегнул прогресс в связанных сферах — производительности компьютеров и накоплению больших оцифрованных данных. Вообще, цикл «открытие — изобретение — технология» слишком абстрактный, реальность всегда чуть сложнее. Солнечные элементы на основе гибридных перовскитов — одна из самых «горячих» тем современной химии и материаловедения — свой этап открытия прошли в составе другой технологии, послужившей им колыбелью, и впервые возникли в результате попыток улучшить солнечные элементы предыдущего поколения, так называемые ячейки Гретцеля.

Лабораторные образцы перовскитных модулей для солнечных батарей. Фото: East News

Ячейки Гретцеля — тип солнечных элементов, открытый Михаэлем Гретцелем в 1991 году, — используют принцип, похожий на фотосинтез: поглощение квантов света молекулами органического красителя и последующее протекание окислительно-восстановительных реакций на границах разделов различных фаз. В 1990-х ячейки Гретцеля были открытием, прорывом. Технология солнечных элементов, альтернативная кремниевой, но полупрозрачная, с КПД до 10%, довольно скоро, однако, вышедшая на плато увеличения эффективности, так и не догнав кремний. В 2009 году японский ученый Акихиро Кодзима попытался повысить эффективность ячейки Гретцеля, заменив органический краситель на гибридный перовскит (класс искусственных веществ, известный с 1970-х, с особым строением и уникальным набором физико-химических свойств: гибридные перовскиты легко синтезируются, очень хорошо поглощают видимый свет и проводят электрический ток). И это было первое использование перовскитов в прототипе солнечной батареи — изобретение.

Первый лабораторный перовскитный солнечный элемент с эффективностью 3,8%, который описал Кодзима, — сочетание прорывной технологии, появившейся в 1990-х, с материалом, известным в 1970-х. Это скорее «изобретение» или «технологическое совершенствование». Дальнейший путь гибридных перовскитов — от повышения КПД до создания прототипов тандемных устройств с кремнием, по словам Алексея Тарасова, заведующего лабораторией новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ им. М. В. Ломоносова, был осилен международным научным сообществом «последовательными небольшими шагами по широкому фронту исследований», которые привели к интересным результатам.

На этих примерах понятно, что триада «открытие — изобретение — технология» работает с некоторыми поправками на нелинейность процесса и размытость границ. Когда открытия совершены, а изобретения выстроены, высокотехнологичный продукт подбирается ближе к рынку. Но путь его лежит через «долину смерти».

Морская свинка в долине смерти

«Долиной смерти» в применении к инновациям прозвали яму финансирования, которая возникает на этапе «трансляционных исследований» (перенос знаний, полученных в лаборатории, в сферу применения) и на ранних стадиях клинических исследований лекарств. Но долина смерти может встать на пути почти любого научного прорыва.

Чаще всего долины смерти в инновационной сфере объясняют разрывом финансирования — между преимущественно государственным и некоммерческим финансированием науки и коммерческими инвестициями. Государственное и иное некоммерческое финансирование обычно заканчивается на стадии изобретения, лабораторной разработки, когда фундаментальные вопросы решены, но при этом еще непонятно, какую практическую, рыночную потребность закрывает это изобретение, до того, как лабораторная разработка точно попала в какой-то запрос, до возникновения продукта.

Частные компании, как правило, подключаются позже: они готовы вложить значительные средства в масштабирование технологии для коммерческого внедрения, как только новый продукт создан, а его работоспособность и бизнес-модели продемонстрированы. Однако в промежутке технология становится «морской свинкой»: недостаточно фундаментальная, чтобы получать государственное финансирование, но и недостаточно доказавшая свою коммерческую состоятельность. В результате ни одна из сторон не обеспечивает минимальный уровень инвестиций, и потому проекты замедляются, останавливаются и, бывает, вымирают.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Меморандум суверенного роста Меморандум суверенного роста

Цели и задачи экономической политики в новых условиях

Эксперт
Как перестать стесняться: 9 советов психолога Как перестать стесняться: 9 советов психолога

Разбираемся, как преодолеть стеснительность

РБК
Король замедленного действия: Мухаммед бин Салман в шаге от трона Король замедленного действия: Мухаммед бин Салман в шаге от трона

Что представляет собой вероятный новый король Саудовской Аравии

Эксперт
Одна вокруг света: кирпичная фабрика в горах и индейцы кечуа-отавала Одна вокруг света: кирпичная фабрика в горах и индейцы кечуа-отавала

165-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко: Эквадор

Forbes
Битва за Пакистан Битва за Пакистан

Почему Имран Хан так и не смог удержать власть в Пакистане

Эксперт
«Темные эмпаты»: что делает социопатов и нарциссов еще опаснее? «Темные эмпаты»: что делает социопатов и нарциссов еще опаснее?

Почему так опасно, когда люди наделены способностью считывать наши чувства?

Psychologies
С самолета на самокат С самолета на самокат

Как сервис Whoosh научился зарабатывать миллиарды на кикшеринге

Forbes
18 книг Эдуарда Лимонова, которые нужно прочитать 18 книг Эдуарда Лимонова, которые нужно прочитать

Путеводитель Esquire по библиографии Лимонова

Esquire
Криптовалюта откроет границы Криптовалюта откроет границы

Биткойн, эфир и другие криптовалюты в новых условиях значат все больше

Эксперт
Назад, в прошлое: модные приёмы 80-х, которые стоит повторить сегодня Назад, в прошлое: модные приёмы 80-х, которые стоит повторить сегодня

Модные "фишки" 80-х, которые круто выгуливать и сегодня

VOICE
Забудь про них! 6 вредных привычек, из-за которых ты выглядишь старше Забудь про них! 6 вредных привычек, из-за которых ты выглядишь старше

Стоит ли выглядеть старше своих лет, когда этого можно избежать?

VOICE
5 лучших книг Виктора Пелевина: подборка, которую должен прочитать каждый 5 лучших книг Виктора Пелевина: подборка, которую должен прочитать каждый

Самые крутые романы Виктора Пелевина

Популярная механика
Как «отпустить» человека и жить с опорой на себя Как «отпустить» человека и жить с опорой на себя

Почему людям трудно расставаться и как сделать этот процесс менее болезненным

СНОБ
6 основных ошибок при маскировке темных кругов под глазами: варианты исправления 6 основных ошибок при маскировке темных кругов под глазами: варианты исправления

Как убрать темные круги под глазами и избежать ошибок при маскировке

VOICE
–15 кг за 35 дней: как похудеть на самой популярной диете весны –15 кг за 35 дней: как похудеть на самой популярной диете весны

Весна — самое время расставаться с набранными за зиму килограммами

Cosmopolitan
«Все, что я делал до, не имеет сейчас смысла». Ладо Кватания — о переходе от клипов к полному метру, борьбе конформизма с идеализмом и сравнениях «Все, что я делал до, не имеет сейчас смысла». Ладо Кватания — о переходе от клипов к полному метру, борьбе конформизма с идеализмом и сравнениях

Режиссер Ладо Кватания — о “Казни”, сравнениях с Финчером и корейцами

Esquire
Электросамокат признали транспортным средством. Все подробности про права Электросамокат признали транспортным средством. Все подробности про права

Нужны ли права на электросамокаты, скейтборды на электряге и гироскутеры?

РБК
Мария Кюри, Хеди Ламарр и другие: 10 фильмов про женщин-ученых Мария Кюри, Хеди Ламарр и другие: 10 фильмов про женщин-ученых

Про достижения женщин в науке снято немало фильмов

Forbes
Астрономы нашли аномально долгопериодического экзогиганта у близкой к Солнцу звезды Астрономы нашли аномально долгопериодического экзогиганта у близкой к Солнцу звезды

Новый экзогигант у Солнца обладает необычным орбитальным периодом в 22,6 лет

N+1
Страх, любовь и адреналин Страх, любовь и адреналин

Как на нас влияет страх, любовь и адреналин?

Лиза
Туннель Сен-Готард: как устроен самый длинный скоростной ЖД-туннель в мире Туннель Сен-Готард: как устроен самый длинный скоростной ЖД-туннель в мире

Туннель Сен-Готард: какие сложнейшие проблемы были решены в ходе строительства

Популярная механика
Вот как навсегда избавиться от сорняков, не навредив растениям: советы, которые мало кто знает Вот как навсегда избавиться от сорняков, не навредив растениям: советы, которые мало кто знает

Справиться с сорняками нелегко, но эти советы сильно облегчат вашу работу

Популярная механика
Почему еда хранится долго и при чём здесь кислород? Почему еда хранится долго и при чём здесь кислород?

Может ли что-то настоящее проходить сквозь стены?

Наука и жизнь
Мудрость прошлого: мысли Сенеки, которые актуальны сегодня Мудрость прошлого: мысли Сенеки, которые актуальны сегодня

Даже спустя две тысячи лет слова Сенеки заставляют задуматься

Psychologies
Дайан Фосси: невероятная история знаменитой исследовательницы горилл Дайан Фосси: невероятная история знаменитой исследовательницы горилл

История Дайан Фосси — воительницы за права и жизни горилл

Популярная механика
От заморозки яйцеклеток до искусственной матки: как будут рождаться люди будущего От заморозки яйцеклеток до искусственной матки: как будут рождаться люди будущего

Современная медицина позволяет женщинам заботиться о репродуктивном здоровье

Вокруг света
Они проснулись. Что делать при укусе клеща и как себя обезопасить: алгоритм действий Они проснулись. Что делать при укусе клеща и как себя обезопасить: алгоритм действий

Рассказываем, как защитить себя от клещей и что делать при укусе

Популярная механика
Что стоит знать перед восхождением. Отрывок из книги альпиниста Александра Абрамова Что стоит знать перед восхождением. Отрывок из книги альпиниста Александра Абрамова

Отрывок из книги десятикратного покорителя Эвереста «Ген высоты»

СНОБ
Не диагностируй ближнего своего: когда использовать психологические термины опасно Не диагностируй ближнего своего: когда использовать психологические термины опасно

Как относиться к ситуации, когда обычные люди ставят диагнозы друг другу

Psychologies
Чудовищный эксперимент с медсестрами: почему они были готовы убивать пациентов? Чудовищный эксперимент с медсестрами: почему они были готовы убивать пациентов?

XX век — век чудовищных психологических экспериментов над людьми

Cosmopolitan
Открыть в приложении