10 فناوری خیره‌کننده سال 96 از درمان قطع نخاع تــــــا کامپیوترهای کوانتومی

 موضوعاتی که برای بررسی انتخاب می‌شود، عمدتاً از جنس محصولات بازار است. برای مثال بهترین پهپادها، بهترین تجهیزات شبکه، بهترین تلویزیون‌ها، بهترین گوشی‌های هوشمند و... . در همین شماره ماهنامه شبکه برای هریک از این محصولات یک مطلب مفصل آماده شده است. اما یکی از حوزه‌هایی که بیشترین تأثیر را بر زندگی همگان می‌گذارد و به‌نوعی زیربنای محصولات آینده محسوب می‌شود، فناوری‌های جدیدی است که عرضه شده است. بعید است کسی تأثیر شبکه‌های اجتماعی، ارزهای مجازی و شبکه‌های موبایل 4G را به‌عنوان چندین نمونه فناوری جدید که در دهه گذشته معرفی شده انکار کند. یک فناوری نوظهور در آینده یک بازار جدید را ممکن است ایجاد کند (مثلاً صرافی‌های آنلاین برای خرید و فروش ارز مجازی) یا تحولی در بازارهای قبلی به وجود آورد (مثلاً شبکه 4G بازار گوشی‌های هوشمند را تغییر داده است). در نتیجه، آگاهی یافتن از فناوری‌های جدید به‌نوعی پیش‌بینی اقتصاد آینده است و نیز ممکن است زمینه‌هایی را برای پژوهش و نوآوری‌های دیگر فراهم کند. در این نوشتار و در آغاز سال جدید خورشیدی، ده فناوری برتر سال گذشته به انتخاب وب‌سایت تکنولوژی ریویو (متعلق به دانشگاه MIT) معرفی می‌شود. این فناوری‌ها در حوزه‌های مختلف همچون پزشکی، فیزیک و هوش مصنوعی انتخاب شده‌اند. معیار انتخاب آن‌ها تأثیرگذاری بر اقتصاد، فرهنگ و سیاست بوده است. برخی از موارد هم‌اکنون عرضه شده است و برخی دیگر به یک دهه یا بیشتر تا عرضه نهایی نیاز دارد. برای مثال، درمان بیماران قطع نخاعی که مورد اول این فهرست است، به ده سال یا بیشتر برای تجاری شدن زمان نیاز دارد. البته سال گذشته پیشرفت‌های مهمی در ارتباط با آن حاصل شده و در این فهرست قرار گرفته است. در نقطه مقابل، فناوری تشخیص چهره هم‌اکنون در دسترس است و می‌تواند تأثیرات تحول‌ساز خود را در پرداخت الکترونیکی (احتمالاً) در آینده ایجاد کند. نکته جالب در این فهرست، حضور سه مورد در ارتباط با علم پزشکی است که نویدبخش پیشرفت در صنعت بهداشت و درمان است. توجه شما خوانندگان گرامی را به این فهرست جلب می‌کنیم. قبل از آن، یادآوری می‌شود چنین فهرستی تا حدی سلیقه‌ای است و ممکن است فناوری‌های دیگری نیز شایستگی حضور در فهرست ده فناوری خیره‌کننده سال 96 را داشته باشند. به‌ طور مثال، پرتاب موفقیت‌آمیز موشک فالکون هوی یکی از مهم‌ترین خبرهای سال بود. راکتی که با موفقیت توانست ماشین رودستر آقای ایلان ماسک را در مدار از پیش تعیین شده قرار دهد. ماشینی که ستاره‌شناسان از طریق تلکسوپ مستقر در آریزونا موفق شدند آن‌‌ را در میان طیف گسترده‌ای از ستارگان رصد کنند. خودرویی که تقریباً در فاصله 160 میلیون مایلی خورشید قرار گرفته است. 

 1- درمان معلولیت حرکتی بیماران قطع نخاع 

در دهه گذشته پیشرفت‌های شگرفی در زمینه شناخت و اصلاح کارکرد مغز حاصل شده است که برخی از آن‌ها در پرونده ویژه شماره 200 ماهنامه شبکه مرور شده است. اما در اینجا به یک مورد خاص اشاره می‌کنیم که می‌تواند جزء 10 فناوری برتر سال گذشته به شمار آید؛ درمان معلولیت حرکتی بیماران قطع نخاعی! در سال گذشته گروهی از دانشمندان فرانسوی توانستند با ثبت سیگنال‌های قشر حرکتی مغز یک میمون که آسیب نخاعی دیده بود و سپس ارسال فرمان به یک تراشه کاشتنی در نخاع او، ارتباط از بین ‌رفته بین مغز و نخاع را بازیابی کنند. نتیجه این بود که میمون به حرکت کردن فکر می‌کرد و سیگنال‌های مغزی او با امواج بی‌سیم به تراشه‌ای که در نخاع (پایین‌تر از قسمت آسیب‌دیده) تعبیه شده بود ارسال می‌شد. تراشه با تحریک الکتریکی نخاع، پاهای میمون را به حرکت درمی‌آورد. در واقع با این کار، آسیب‌دیدگی نخاع دور زده شد. به‌عنوان یک نمونه دیگر، در دانشگاه Western Reserve در آمریکا، این فناوری برای یک بیمار قطع نخاعی (که تنها قادر به حرکت دادن سر و شانه خود بود) استفاده شد تا بتواند اعضای بدنش را حرکت دهد. علی‌رغم پیشرفت‌های حاصل، از جمله دو موردی که در بالا گفته شد، فناوری مذکور هنوز زمان زیادی نیاز دارد تا به تکامل برسد و قابل عرضه تجاری و مفید برای بیماران باشد، پروفسور جان دان‌هیو بنیانگذار و مدیر مرکز مهندسی اعصاب wysscenter‌ می‌گوید: «فناوری فوق بیش از اندازه پیچیده است و همین موضوع روند پیشرفت را کند کرده است، اما ارزش دنبال کردن را دارد، به‌واسط آنکه هر بیماری دوست دارد به روزهایی بازگردد که سالم بوده است.»

 2- کامیون‌های خودران 

در حال حاضر چندین کمپانی بر روی ایده کامیون‌های خودران کار می‌کنند. هرچند بسیاری از چالش‌های فنی مربوط هنوز حل نشده است، اما ادعا می‌شود این کامیون‌ها درنهایت امن‌تر و کم‌هزینه‌تر از کامیون‌های با راننده خواهند بود. یک نمونه تجاری، شرکت تازه‌ تأسیس Otto است. این شرکت که در سان‌فرانسیسکو مستقر است، تجهیزاتی را به کامیون‌ها اضافه می‌کند تا بتوانند مستقل از راننده حرکت کنند. (البته به نظر می‌رسد حضور یک راننده پشتیبان در کامیون ضروری باشد.) هم‌اکنون هفت کامیون مجهز شده توسط Otto در جاده‌ها تردد می‌کنند. شرکت صاحب‌نام ولوو نیز محصولاتی در این زمینه طراحی کرده است، اما با توجه به مسائل ایمنی که هنوز حل نشده ترجیح می‌دهد از این کامیون‌ها تنها در مناطق خصوصی همچون معادن استفاده کند. در نگاه اول ممکن است امتیازات و چالش‌های خودروها و کامیون‌های خودران یکسان به نظر برسد، در حالی که تفاوت‌هایی بین این دو فناوری وجود دارد. 
درباره کامیون انگیزه‌های مالی پرقدرت‌تری وجود دارد. از جمله کامیون‌های خودران می‌توانند به‌صورت گروهی حرکت کنند تا بر باد غلبه نمایند و مصرف سوخت خود را کاهش دهند. از طرفی، با توجه به ابعاد بزرگ کامیون نسبت به خودرو، مواجهه با چالش‌های فنی آن نیز دشوارتر خواهد بود. همچنین، مسائل اقتصادی که در ارتباط با بیکار شدن رانندگان پدید می‌آید قابل توجه است. با این حال، به نظر می‌رسد در کمتر از یک دهه، شاهد حضور پررنگ کامیون‌های خودران در جاده‌ها باشیم.

 3- شناسایی چهره برای پرداخت پول 

یک شرکت استارت‌آپ چینی به‌نام Face‌++ که ارزش تقریبی آن یک میلیارد دلار برآورد شده است، پیشرفت قابل ملاحظه‌ای در زمینه شناسایی چهره ایجاد کرده است. فناوری به کار رفته در محصول این شرکت، در چندین برنامه موبایل استفاده شده است. برای مثال، اپلیکیشن پرداخت پول Alipay در چین که بیش از 120 میلیون کاربر دارد، از تصویر چهره کاربر برای احراز اصالت استفاده می‌کند. همچنین شرکت Didi که در صنعت حمل و نقل چین فعال است، از این فناوری برای احراز اصالت راننده‌های خودرو بهره می‌برد. البته برای احراز اصالت، فرد باید صحبت کند یا صورت خود را به نحوی حرکت دهد که از هک سیستم با عکس جلوگیری شود. با توجه به تمایل عمومی در چین به نظارت و حریم ‌شخصی، این فناوری در آن بسیار رونق پیدا کرده است. گفتنی است فناوری تشخیص چهره از سال‌ها قبل وجود داشته است، اما از دقت کافی برای استفاده در تراکنش‌های مالی و سایر کاربردهای با ریسک بالا برخوردار نبوده است. اما با ظهور یادگیری عمیق، هم‌اکنون به‌دقت بسیار بالایی رسیده و قابل عرضه تجاری شده است. رویکرد فروشگاه KFC در کشور چین که به مشتریان اجازه می‌دهد با اسکن چهره خود در کیوسک‌های خاص و وارد کردن شماره تلفن همراه خود غذای مورد علاقه را دریافت کنند نشان می‌دهد این فناوری که بر مبنای دوربین‌های سه‌بعدی و الگوریتم‌های تشخیص چهره کار می‌کند، به‌آرامی به یکی از فناوری‌های روز تبدیل خواهد شد. باید دید علاوه بر چین، این شیوه پرداخت پول در سایر نقاط دنیا نیز مورد استقبال قرار می‌گیرد یا خیر.

 4- کامپیوترهای کوانتومی قابل استفاده در عمل 

سال‌ها است پردازش کوانتومی عضو ثابت فهرست‌های فناوری برتر بوده است، اما همچنان به نقطه مطلوب نرسیده است. به بیان دیگر، این شیوه پردازشی برای مدت‌ها یک ایده در مقالات پژوهشی بوده یا آزمایش‌های بسیار محدودی در ارتباط با آن انجام شده است. اما امسال با سال‌های قبل متفاوت بوده است: بودجه‌های قابل توجهی توسط کمپانی‌های بزرگ برای تحقیق و توسعه کامپیوترهای کوانتومی تخصیص داده شد، کمپانی‌هایی نظیر گوگل، اینتل، آی‌بی‌ام و مایکروسافت. همچنین در این سال نخستین کامپیوتر کوانتومی قابل استفاده در عمل در مؤسسه QuTech متعلق به دانشگاه دلف ساخته شد؛ یک مجموعه شامل مدارهای الکترونیکی و نرم‌افزار کنترلی. پژوهشگران دانشگاه دلف تلاش خود را کردند تا بر بزرگ‌ترین چالش پردازش کوانتومی، یعنی ناپایدار بودن واحد سازنده این پردازش در برابر نویز غلبه کنند. این واحد سازنده کیوبیت نام دارد (مشابه بیت در کامپیوترهای ترانزیستوری). در حال حاضر یک کامپیوتر مبتنی بر 5 کیوبیت ساخته شده است. تلاش بر این است که یک کامپیوتر 50 کیوبیتی ساخته شود و این مقداری است که سوپرکامپیوترهای فعلی در رقابت با آن ناتوان می‌مانند. به اعتقاد بسیاری از پژوهشگران، این سطح پردازش 2 تا 5 سال آینده قابل دستیابی است. اگر این گفته درست باشد، در سال‌های آینده یک انقلاب را در صنایع مختلف شاهد خواهیم بود؛ از شبیه‌سازی سطح مولکولی برای ساخت مواد و داروهای جدید تا ارائه روش‌های رمزنگاری غیرقابل نفوذ. گزارشی که در تاریخ 8 فوریه از سوی سایت ساینتیس دیلی منتشر شد نشان داد دانشمندان موفق شده‌اند، روشی جدید موسوم به تداخل‌سنجی را به‌منظور خنک‌سازی دستگاه‌های کوانتومی ابداع کنند.

 5- تصویربرداری 360 درجه 

سال گذشته، یک پژوهشگر دانشگاه هاروارد به‌نام هافکنز که روی تغییرات زیست‌ محیطی کار می‌کند، با یک دوربین مخصوص تصاویر 360 درجه، نمایی را از جنگل‌های ماساچوست در اختیار عموم قرار داد (وب‌سایت VirtualForest.io) در این وب‌سایت با استفاده از موس می‌توانید اطراف خود را ببینید و اگر هدست واقعیت ‌مجازی داشته باشید، با چرخاندن سر خود امکان مشاهده زوایای مختلف جنگل را خواهید داشت. هافکنز اعتقاد دارد با این شیوه می‌توان تأثیر تغییرات اقلیمی را مستندسازی کرد. تا قبل از این دو راه برای انجام چنین کاری وجود داشت: قرار دادن تعدادی دوربین به‌صورت دایره‌ای شکل و کنار هم قرار دادن تصویر همه آن‌ها با نرم‌افزارهای مخصوص، و روش دوم تهیه دوربین‌های خاص‌منظوره 10 هزار دلاری. اما امروزه دوربین‌های 360 درجه با قیمت چند صد دلار در دسترس بوده و می‌توان با آن‌ها ویدئو ضبط و روی یوتیوب و فیس‌بوک بارگذاری کرد. این شیوه تصویربرداری تنها برای سرگرمی مفید نیست. به عنوان مثال، یک استارت‌آپ در لس‌آنجلس به‌نام Giblib ویدئوهای 360 درجه از اتاق عمل برای دانشجویان پزشکی آماده می‌کند. این ویدئوها به دانشجویان پزشکی این امکان را می‌دهد که خود را در اتاق عمل تصور کنند. همچنین این نوع تصویربرداری برای تهیه گزارش‌های خبری نیز مفید خواهد بود. به طور کلی انتظار می‌رود جامعه به این شیوه تصویربرداری که فناوری آن با قیمت مناسب هم‌اکنون در دسترس قرار دارد، گرایش پیدا کند.

 6- سلول‌های خورشیدی گرمایی 

پنل‌های خورشیدی در سراسر جهان به‌وفور استفاده می‌شود، اما پس از چند دهه از ابداع آن‌ها، همچنان گران، حجیم و ناکارآمد هستند. محدودیت‌های ذاتی مربوط به سلول‌های فتوولتاییک مانع از جذب بخش زیادی از انرژی نهفته در پرتوهای خورشید می‌شود. اما سال گذشته یک گروه در دانشگاه MIT اختراعی را به ثبت رسانده‌اند که ممکن است بازی را تغییر دهد. روش آن‌ها این است که ابتدا نور خورشید به گرما تبدیل شود و سپس این گرما به‌صورت نور به سلول‌های فتوولتاییک تابیده شود، منتها نوری که بیشتر آن قابل جذب باشد. پژوهشگران زیادی در سالیان گذشته روی این تکنیک کار کرده‌اند، اما این اولین نمونه‌ای است که بیشتر از پنل‌های معمول انرژی تولید می‌کند. سلول‌های فتوولتاییک رایج می‌توانند حداکثر 32 درصد انرژی موجود در نور خورشید را جذب کنند، اما آنچه در دانشگاه MIT ساخته شده، نزدیک به 7 درصد کارایی دارد که با کمی تغییر به‌میزان دوبرابر سلول‌های رایج خواهد رسید. لایه جذب‌کننده در این دستگاه از جنس نانولوله‌های کربنی سیاه ‌رنگ است که تمام انرژی خورشید را به گرما تبدیل می‌سازد. در دمای حدود 1000 درجه سانتی‌گراد، این گرما به‌صورت نوری که قابل جذب توسط سلول خورشیدی باشد بازتابیده می‌شود. ماده‌ای که برای این کار در نظر گرفته شده، یک نوع کریستال خاص است که در مقیاس نانو می‌توان فرکانس‌های نور قابل عبور از آن را تعیین کرد. دستگاه ساخته ‌شده ایراداتی نیز دارد، از جمله اینکه مواد به کار رفته در آن بسیار گران‌ قیمت است و نیز تنها در محیط خلأ کار می‌کند.

 7- نسل جدید ژن‌درمانی 

محققان از سال‌ها قبل در تلاش برای درمان بیماری‌ها با ژن‌درمانی بوده‌اند. چگونه؟ با ارسال یک ویروس مهندسی ‌شده به بدن بیمار به‌منظور تزریق ژن‌های سالم به سلول‌های وی. اما به‌جز موفقیت‌هایی که اخیراً حاصل شده، این رویکرد همواره محکوم به شکست بوده است. در سال 1999 میلادی، زمانی که یک بیمار در حین ژن‌درمانی درگذشت، این روند پژوهشی بسیار کند شد. اما در حال حاضر پرتوهای امیدی تابیده شده است، چراکه دو نمونه از ژن‌درمانی در ارتباط با مشکلات خون مجوز قانونی کسب کرده است. در ایالات متحده، Spark Therapeutics پیشتاز ماجرا است. آن‌ها راهکاری برای متوقف ساختن روند نابینایی ارائه کرده‌اند. همچنین ژن‌درمانی برای بیماری هموفیلی و برخی بیماری‌های پوستی نیز در حال تجاری‌سازی است. به‌جز درمان بیماری‌هایی که از یک ژن معیوب ناشی می‌شوند، محققان در نظر دارند بیماری‌های شایع دیگری همچون آلزایمر، دیابت، حملات قلبی و سرطان را درمان کنند. روش‌های قبلی ژن‌درمانی به‌علت نحوه غیرمؤثر انتقال ژن سالم به بدن بیمار ناموفق بوده‌اند، اما هم‌اکنون از ویروس‌های مهندسی ‌شده استفاده می‌شود که کارایی بیشتری دارد. با این حال همچنان چندین چالش باقی مانده است. اگرچه در برخی بیماری‌ها همچون هموفیلی ژن معیوب که منجر به بیماری می‌شود کاملاً شناسایی شده است، اما در برخی دیگر چندین ژن دخالت دارد که در هر بیمار ممکن است همگی معیوب نباشند. اگر علم بر این چالش‌ها غلبه کند، شاهد تحولی در حوزه پزشکی خواهیم بود.

 8- اطلس سلول‌های بدن 

تهیه یک اطلس یا نقشه جامع از همه سلول‌های بدن، تا بدانیم که حقیقتاً از چه اجزایی ساخته شده‌ایم، هدف بزرگی محسوب می‌شود. این فناوری به توسعه داروها بسیار کمک خواهد کرد و علم را یک قدم به جلو می‌راند. اما برای اینکه بیش از 37 تریلیون سلول بدن شناسایی شوند، یک کنسرسیوم از دانشمندان چندین کشور از جمله انگلستان، امریکا و ژاپن تشکیل شده تا در روند پژوهش خود به هر سلول یک امضای مولکولی نسبت و یک زیپ کد به آن‌ها در فضای سه‌بعدی بدن تخصیص دهند. تلاش‌های قبلی انجام شده سلول‌های مختلفی را در حدود 300 گونه شناسایی کرده است، از نورون‌های سازنده مغز و نخاع گرفته تا سلول‌های چربی پوست. اما این پایان راه نیست. برای مثال، بررسی‌های سطح مولکولی نشان داده که دو نوع سلول در شبکیه چشم برای مدت‌ها از چشم دانشمندان پنهان مانده‌اند، یا یک نوع سلول در خون که در هر 10000 واحد خونی تنها 4 واحد از آن وجود دارد و وظیفه‌اش مقابله با پاتوژن‌ها است. قطعاً گونه‌های سلولی دیگری نیز وجود دارد که هنوز کشف نشده است. سه فناوری ساخت اطلس بدن را محقق ساخته است: اولی فناوری مرتبط با واکاوی سلول‌ها (تحت عنوان ریزسیال‌شناسی سلولی)، دومی توانایی رمزگشایی مؤثر از ژن‌ها در بدن و فناوری سوم نیز به برچسب‌گذاری سلول‌ها برای شناسایی موقعیت آن‌ها در بدن اشاره دارد. فعالیت‌های انجام ‌شده ساخت چنین اطلسی را در دهه آینده نوید می‌دهد.

 9- بات‌نت اشیا 

با اینکه بات‌نت‌ها مدت‌ها قبل پدید آمده‌اند، اما هم‌اکنون اوضاع وخیم‌تر شده است. انبوه اشیای متصل به شبکه در اینترنت اشیا (IoT) که بسیاری از آن‌ها مکانیسم‌های امنیتی مناسبی ندارند، به‌سادگی تحت کنترل هکرها درمی‌آیند. در ماه اکتبر، یک بات‌نت شامل 100 هزار گجت هک ‎شده، به یک زیرساخت اینترنتی به‌نام Dyn حمله کردند و آن را از کار انداختند. در نتیجه وب‌سایت‌هایی همچون نت‌فلیکس و توییتر برای مدتی از دسترس خارج شد. انتظار می‌رود چنین اتفاقات ناگواری در آینده نیز رخ دهند. بهترین راهکار برای مقابله با حملات مذکور، امن‌سازی هر دستگاهی است که به اینترنت متصل می‌شود. اما چنین چیزی به‌سادگی انجام‌پذیر نیست، چراکه امنیت در پیاده‌سازی تجهیزات اینترنت اشیا جدی گرفته نشده است. بسیاری از آن‌ها به‌علت صرفه اقتصادی یا مصرف انرژی پایین، هیچ گونه مکانیسم امنیتی ندارند. در این صورت هکرها می‌توانند از آن‌ها برای انجام حملات منع ‌سرویس، حملات کلیک و سایر حملات در مقیاس وسیع استفاده کنند. راهکار مقابله در صورت مواجهه با حملات بات‌نت‌ها این است که سیستم فرمان و کنترل آن‌ها را از کار انداخت (که با توجه به شمار زیاد آن‌ها کار دشواری است) و دیگر اینکه سیستم‌های حفاظتی همچون IDS را در برابر آن‌ها فعال کرد. با این حال، اوضاع فعلاً به‌نفع هکرها است و فناوری بات‌نت اشیا را می‌توان جزء فناوری‌های خیره‌کننده سال گذشته (البته در بُعد منفی) در نظر گرفت.

 10- یادگیری تقویتی 

سیستم پردازشی AlphaGo که برپایه یادگیری تقویتی طراحی شده است، توانسته در بازی سخت Go بر رقیب بسیار توانمند انسانی پیروز شود. در یادگیری تقویتی که به یادگیری انسان شباهت دارد، کامپیوتر برای هر حرکتی که در هر موقعیت انجام می‌دهد، یک پاداش مثبت یا منفی اختصاص می‌دهد تا در زمان‌های بعدی حرکات صحیح را انجام دهد. ترکیب این شیوه یادگیری با یادگیری عمیق سطح هوشمندی ماشین‌ها را افزایش شگرفی داده است. یک چالش یادگیری تقویتی این است که برای یادگیری به آزمون و خطای فراوانی نیاز دارد، و این کاری است که در شبیه‌سازی (و نه محیط واقعی) قابل انجام است. تنها نمود یادگیری تقویتی در بازی نیست و خودروهای خودران، روبات‌هایی که قابلیت کار با اجسام را داشته باشند و پیکربندی بهینه یک مرکز داده از شگفتی‌های دیگر یادگیری تقویتی به حساب می‌آیند. ‌
در همین راستا، شرکتی به‌نام Mobileye نرم‌افزاری را طراحی کرده که در خودروهای خودران استفاده می‌شود. این نرم‌افزار رانندگی این خودروها را به رانندگی انسان بسیار شبیه می‌سازد. برای مثال، برخی تقاطع‌ها شکل هندسی درستی ندارند یا گاهی ترافیک گره می‌خورد که در این صورت خودروی خودران باید بتواند همچون راننده واقعی راه خود را پیدا کند. 
به نظر می‌رسد محصول این شرکت در یک یا دو سال آینده به بازار عرضه شود و این یک پیشرفت قابل توجه در هوشمندسازی صنعت حمل و نقل محسوب می‌شود.