Научные и технологические тренды: 2020-2040 гг.: перспективы научно-технического развития (доклад организации НАТО по науке и технологиям, 2020 г.)
Коданева С.И., с.н.с., к.ю.н.; С.М. Пястолова д.э.н., профессора, гл.н.с. ИНИОН РАН.
Введение
Роль Организации НАТО по науке и технологиям заключается в том, чтобы поддерживать научно-техническое преимущество НАТО путем генерирования, обмена и использования передовых научных знаний, технологических разработок и инноваций для поддержки основных задач Североатлантического союза. Реализации этих задач служит подготовленный Организацией Доклад «Научно-технологические тренды: 2020-2040 гг.», который содержит оценку перспективных и прорывных технологий, их влияния на военные операции НАТО и его оборонный потенциал. В подготовке Доклада был задействован весь экспертный потенциал Организации НАТО, объединяющей более чем 6000 ученых, аналитиков, исследователей и инженеров, а также исследовательских учреждений.
В Докладе анализируется:
- Почему перспективные и прорывные технологии важны для будущей деятельности Альянса;
- Как они будут развиваться с течением времени;
- Что это будет означать для Альянса с оперативной, организационной или корпоративной точки зрения?
Перспективные - это те технологии или научные открытия, которые, в настоящее время еще не получили широкого распространения, но, как ожидается, достигнут зрелости в период 2020-2040 годов.
Прорывные - это те технологии или научные открытия, которые, как ожидается, окажут серьезное или, возможно, революционное воздействие на оборону, безопасность или предпринимательские функции НАТО в период 2020-2040 годов.
К числу таких технологий относятся технологии, обладающие четырьмя ключевыми характеристиками: интеллектуальность, связанность, распределенность и цифровизация.
Интеллектуальность - интегрированное использование искусственного интеллекта, сфокусированной на знаниях аналитики и симбиотического человеко-машинного интеллекта для обеспечения прорывных приложений по всему технологическому спектру. Интеллектуальность предполагает:
- Автономность: автономные системы с поддержкой искусственного интеллекта, способные в некоторой степени к самостоятельному принятию решений. Такие автономные системы могут быть роботизированными, основанными на компьютерных платформах или на (цифровых) агентах;
- Гуманистический интеллект: бесшовная интеграция психо-социально-технических систем, поддерживающих расширенное взаимодействие человека и машины;
- Аналитику знаний: использование передовых аналитических методов (в том числе ИИ) обработки больших массивов данных и продвинутой математики для обеспечения понимания, получения знаний и выработки рекомендаций.
Связанность - это использование сетей (или сетевых структур) пересекающихся реальных и виртуальных доменов, включая датчики, организации, учреждения, отдельных лиц, автономных агентов и процессы. Связанность предполагает:
- Надежную (защищенную) связь: использование технологий распределенного реестра (например, блокчейна), квантового распределения ключей, постквантовой криптографии и наделенных искусственным интеллектом киберагентов для обеспечения защищенных коммуникативных взаимодействий и обмена информацией;
- Синергетические системы: разработка смешанных (физических и виртуальных) комплексных систем (systems-of-systems), позволяющих создавать новые экосистемы (например, умные города).
Распределенность предполагает децентрализованное, повсеместное и крупномасштабное использование сенсоров, накопителей информации, вычислений, механизмов принятия решений, исследований и разработок:
- Граничные (периферийные) вычисления: внедрение систем хранения, вычислений и аналитики (ИИ) вблизи источников информации.
- Повсеместное использование датчиков: внедрение недорогих датчиков для создания больших сенсорных сетей в физических и социальных средах.
- Децентрализованное производство: использование ИИ в проектировании, использование новых материалов и технологий 3D/4D-печати для обеспечения производства необходимой продукции в нужном месте и в нужное время.
- Демократизация науки и техники: снижение затрат на проектирование и производство, расширение вычислительных возможностей и широкая доступность научно-технической информации будут способствовать инновационному развитию и новым научным достижениям.
Цифровизация: сращивание физической, социальной и информационной сред будет способствовать созданию новых физиологических, психологических, социальных и культурных реалий. Цифровизация включает:
- Создание цифровых двойников, т.е. цифровых аналогов (нередко функционирующих практически в режиме реального времени) физических, биологических или информационных объектов, привязанных к оригиналу и поддерживающих прогностическую аналитику, экспериментирование и оценку.
- Синтетические реальности: создание новых воспринимаемых когнитивных или физических реальностей на основе интеграции психо-социально-технических систем. Такие реальности могут быть дополненными, виртуальными, социальными или культурными по своей природе.
Этими свойствами обладают 8 технологий: большие данные, искусственный интеллект, автономные системы, космические технологии, гиперзвуковые технологии, квантовые технологии, биотехнологии, производство новых материалов.
Большие данные, искусственный интеллект, автономные системы, космические и гиперзвуковые технологии уже достаточно хорошо разработаны и будут иметь значительное влияние на военный потенциал в течение следующих 5-10 лет, поэтому они признаны «прорывными».
Новые разработки в области квантовых технологий, биотехнологий и материалов оцениваются как перспективные, требующие значительно большего времени (10-20 лет), прежде чем их прорывной характер в полной мере проявится в отношении военного потенциала.
При этом наиболее значимое для существующего военного потенциала воздействие будут оказывать комбинации различных технологий:
- Большие данные в сочетании с искусственным интеллектом и автономными системами позволят получить потенциальное преимущество в принятии военно-стратегических и оперативных решений.
- Большие данные в сочетании с искусственным интеллектом и биотехнологиями будут способствовать разработке новых лекарств, целенаправленным генетическим модификациям, манипуляциям с биохимическими реакциями и разработке биосенсоров.
- Большие данные в сочетании с искусственным интеллектом и новыми материалами позволят создавать материалы с уникальными физическими свойствами.
- Большие данные в сочетании с квантовыми технологиями увеличат возможности сбора, обработки и использования данных за счет значительного расширения возможностей датчиков, защищенной связи и вычислений (через 15-20 лет).
- Сочетание космических и квантовых технологий позволит создать новое поколение датчиков, пригодных для развертывания на спутниках. Меньшие в объеме, менее мощные, более чувствительные и распределенные космические сенсорные сети, поддерживаемые квантовыми датчиками, станут важным аспектом будущей военной архитектуры через 20 лет.
- Сочетание космических и гиперзвуковых технологий и новых материалов позволит создавать экзотические материалы, новые конструкции, обеспечивать накопление энергии. Новые производственные методы на базе этих технологий будут использованы в космической и гиперзвуковой среде за счет снижения затрат, повышения надежности и производительности, упрощения адаптации к решению конкретных задач.
В октябре 2019 года министры обороны государств-членов НАТО одобрили «дорожную карту» разработки перспективных и прорывных технологий, которая направлена на структурирование работы НАТО по ключевым технологическим областям.
На основе консультаций со штабами НАТО и с учетом таксономии перспективных и прорывных технологий, а также указанной «Дорожной карты» была разработана картина будущего технологического ландшафта и выбрана подгруппа научно-технических областей, которые с наибольшей вероятностью могут оказаться прорывными для НАТО и стран Альянса в ближайшие 20 лет.
наука интеллект альянс вооруженный
1. Прорывные технологии
1.1 Большие данные и Аналитика больших данных
Растущая цифровизация, распространение новых сенсоров, новые способы связи, Интернет вещей и виртуализация социально-когнитивных пространств (например, социальных сетей) внесли значительный вклад в развитие больших данных. Аналитика больших данных (Data Analytics) - это новые подходы к формированию понимания (например, посредством математического анализа и визуализации) и предоставления информации о текущих (описательных) или будущих состояниях системы (прогнозных).
Сегодня в условиях информационного бума аналитики постоянно сталкиваются с данными, имеющими значительный объем, скорость поступления, разнообразие (структурированные и неструктурированные данные), с проблемами визуализации и достоверности. Человек не в состоянии справиться с таким потоком, поэтому необходимы инструменты обработки больших данных, которые позволят аналитикам делать выводы и прогнозы, обеспечивать поддержку принятия решений в режиме реального времени. Методы аналитики больших данных охватывают широкий спектр: искусственный интеллект, оптимизацию, моделирование и имитацию, инженерию человеческих факторов и исследование операций.
Многие области аналитики больших данных хорошо развиты. Уже сейчас многие частные компании используют аналитические данные для критически важных бизнес-операций. Интуитивное принятие решений будет постепенно уменьшаться по мере того, как компании интегрируют аналитику в свои бизнес-процессы. Методы визуализации являются важнейшими средствами оценки данных социальных сетей и используются при принятии решений. Методы визуальной аналитики широко используются в маркетинговых целях.
Эти технологии могут быть использованы и в сфере обороны и безопасности, при этом данные будут распределенными, а их обработка осуществляться непосредственно в месте получения. Алгоритмы машинного обучения смогут принимать простые решения в режиме реального времени, а лица, принимающие решения, получат доступ к сложным имитационным моделям, функционирующим в реальном времени. Маломощные гибкие дисплеи для солдат улучшат информационный поток между тактическим и командным уровнями и повысят ситуационную осведомленность. Квантовое шифрование позволит зашифровать сообщения между сторонами, мгновенно обнаруживать подслушивание. Многие страны Альянса сделали значительные инвестиции в системы аналитики данных как в гражданской, так и в военной сферах. Таким образом, НАТО сможет использовать эти инвестиции, расширяя, адаптируя и интегрируя их в свои процессы и операции. При этом возможны некоторые правовые, коммерческие и интеллектуальные проблемы, такие как появление пока что неизвестных угроз, ограниченные возможности контроля за процессом обработки данных и объяснимость решений, принимаемых искусственным интеллектом.
Процесс аналитики больших данных включает четыре элемента:
1) сбор данных (датчики);
2) передача данных;
3) анализ данных;
4) принятие решений.
Большие данные могут поступать от человека (социальные медиа, биоинформатика и т. д.), из физического мира (сенсоры) и из информационного пространства (кибернетика, анализ и др.). Аналитика больших данных является основополагающей для всех остальных перспективных и прорывных технологий, рассмотренных в Докладе.
Она будет обеспечиваться научно-техническими разработками в различных областях, которые включают: использование характерных особенностей человека; моделирование для социальных сетей; модульные мультисенсорные термоядерные двигатели; использование инструментов и сервисов моделирования и имитации в облаке; визуальная аналитика; поддержка принятия решений с помощью моделирования и имитации на поле боя; технологии распределенных реестров; когнитивное зондирование; компрессионное зондирование; вычислительная визуализация; глубокое обучение; зондирование электрического и магнитного полей; фотонные интегральные схемы; и широкополосный Интернет.
Датчики являются критически важным инструментом для получения больших данных, поскольку они позволяют получать самую разнообразную информацию из окружающего мира и от человека. Масштабное зондирование с помощью датчиков будет усиливаться по мере развития связи 5G и Интернета вещей (IoT), когда практически любой объект может стать сенсором, и все сенсоры будут объединены в единую сеть. Военные приложения будут иметь широкий спектр, включая разработку общей операционной картины, эксплуатацию социальных сетей, автоматизированное планирование логистики, автономные системы и интегрированные системы, объединяющие всех солдат.
Достижения в области технологии материалов в ближайшие 20 лет усилят прорывное действие технологии датчиков, поскольку позволят создавать их в молекулярном, нано- или квантовом масштабе. Это будут интеллектуальный текстиль, оснащенный молекулярными нанодатчиками, обеспечивающими мониторинг здоровья и окружающей среды в режиме реального времени (будет доступен к 2030 году); пассивные радиолокационные системы, которые обеспечат широкомасштабное наблюдение за воздушным пространством (пассивный радар появится в течение 5-10 лет, а полностью полевые системы будут созданы в течение 10-15 лет. Дальность обнаружения воздушных целей может увеличиться с 350 км до 1500 км; квантовое зондирование, которое позволит обнаруживать самолеты, подводные лодки или подземную деятельность на больших расстояниях; цифровые двойники, опирающиеся на обширные встроенные сенсорные сети (получат широкое распространение в течение 10 лет); компьютерная визуализация; микроволновая фотоника (обеспечивает более надежное зондирование и беспроводную связь на поле боя).