Топ-5 технологічних відкриттів 2021 року за версією Массачусетського технологічного інституту

Массачусетський технологічний інститут (MIT) представив свої найзнаковіші дослідження та відкриття за 2021 рік. Вчені поділилися подробицями на офіційному сайті.

Тензорна голографія

У березні інженери MIT розробили систему на базі глибокого навчання (deep learning), яка дозволила комп'ютерам практично миттєво створювати тривимірні голограми. Технологія "тензорної голографії" не вимагає великої кількості ресурсів і може працювати навіть на смартфонах або ноутбуках, достатньо лише 1 МБ пам'яті. Її пропонують використовувати у віртуальній реальності, 3D-друку, медичній візуалізації та інших сферах.

Дослідники давно прагнули створити комп'ютерні голограми, але для обробки фізичних симуляцій був потрібний дуже потужний комп'ютер і багато часу, та й результат який завжди виходив реалістичним. Проблема полягає в тому, що віртуальна реальність може викликати у користувачів нудоту через те, що створює лише ілюзію тривимірних об'єктів на двовимірному дисплеї, напружуючи очі.

Виходом стала надточна нейронна мережа — система штучного інтелекту, який використовував ланцюжок тензорів (об'єктів лінійної алгебри), що навчаються, і грубо імітувала обробку візуальної інформації людиною. Для неї створили базу даних із 4000 пар комп'ютерних зображень із їх голограмами. В результаті нейромережа навчилася сама створювати реалістичні голограми, підбираючи оптимальний колір та глибину для кожного пікселя.

"Рідка" нейромережа

Співробітники MIT створили нейронну мережу нового типу, яка може сама змінювати свою структуру, щоб адаптуватися до нових умов подібно до рідини. На думку вчених, вона дозволить ШІ правильно приймати рішення на основі даних, що постійно змінюються, наприклад, при автономному управлінні транспортом або медичній діагностиці.

"Це шлях у майбутнє управління роботами, обробки природної мови, обробки відео — будь-якої форми обробки даних тимчасових рядів. Потенціал справді великий", — заявив провідний автор дослідження Рамін Хасані.

"Рідка" нейромережа досягла успіху в серії тестів, на кілька відсотків випередила за продуктивністю інші сучасні алгоритми в точному прогнозуванні даних, починаючи від хімії атмосфери і закінчуючи моделями трафіку. Завдяки невеликим розмірам вона також витратила мало енергії на обчислення.

"Розумні" цифрові волокна

У червні MIT створив перші волокна, які можуть сприймати, зберігати, аналізувати цифрові дані та робити висновки на їхній основі після того, як їх зашивають в одяг. Раніше використовувалися лише аналогові версії, що передають електричні сигнали, а не біти. Розробники пропонують використовувати технологію для контролю фізичної активності, виявлення хвороб та інших медичних цілей.

Пристрій складається із сотень квадратних кремнієвих мікросхем, розташованих на полімерній основі. Дослідники змогли створити безперервне електричне з'єднання між чіпами на дистанції десятків метрів. Волокно вийшло настільки тонким і гнучким, що його можна пропускати через голку, вшивати в тканину і прати близько 10 разів.

Використання комп'ютерної візуалізації під час пандемії

Комп'ютерні інженери та антропологи довели, що інфографіки недостатньо, щоб передати реальну небезпеку пандемії COVID-19. Вони вивчили сотні тисяч повідомлень у соціальних мережах та з'ясували: навіть найкращі та зрозумілі графіки можна інтерпретувати за допомогою різних систем переконань.

У деяких випадках комп'ютерна візуалізація переконує людей носити маску, інформуючи про смерті та кількість хворих, але скептики також використовують дані, щоб переконувати у протилежному. Так звані "контрвізуалізації" часто складні, наводять великі обсяги даних з офіційних джерел і красиво оформлені за допомогою комп'ютерних програм.

Маска для виявлення коронавірусу

Інженери Массачусетського технологічного інституту та Гарвардського університету розробили прототип маски для особи, яка приблизно за півтори години носіння може виявити у людини Covid-19. Секрет полягає в маленьких одноразових датчиках, які можна розміщувати на будь-якій тканині, зокрема на лабораторних халатах. Як запевняють вчені, їх можна переробити для виявлення інших вірусів.

Датчики створені за допомогою технології клітинної ліофілізації — висушування речовин за допомогою заморожування. Вони вловлюють нуклеїнові кислоти коронавірусу, а також нервові токсини. Результат тесту відображається лише всередині маски, зберігаючи конфіденційність носія.

Раніше представники MIT створили першу у світі гнучку батарею з оптоволокна довжиною 140 метрів. Всі компоненти знаходяться всередині під захистом зовнішньої оболонки, тому винаходу не страшна вода або короткі замикання.