پایداری؛ موضوع اصلی ۱۰ تکنولوژی نوظهور ۲۰۲۴
۱- هوش مصنوعی برای اکتشافات علمی
پیشرفت‌‌‌های هوش مصنوعی مثل یادگیری عمیق، هوش مصنوعی مولد و مدل‌‌‌های پایه، امکان پیشرفت چشمگیر را در تقویت نوآوری انسانی به وجود می‌‌‌آورند.
در چند سال گذشته، نحوه استفاده از هوش مصنوعی در اکتشافات علمی دچار تحولی گسترده شده است. از سیستم «آلفافولد» دیپ‌‌‌مایند گوگل (که مدل‌‌‌های سه‌‌‌بعدی ساختارهای پروتئینی را به طور دقیق پیش‌بینی می‌کند) گرفته تا کشف خانواده جدید آنتی‌‌‌بیوتیک‌‌‌ها و موادی برای ساخت باتری‌‌‌های بهینه‌‌‌تر، جهان در آستانه یک انقلاب اکتشاف علمی به سرکردگی هوش مصنوعی است. بر اساس گزارش اخیر «شورای مشاوران علم و تکنولوژی» رئیس جمهور ایالات متحده، «هوش مصنوعی این پتانسیل را دارد که هر گونه نظم علمی و بسیاری از جنبه‌‌‌های انجام کارهای علمی را متحول کند».
۲- تکنولوژی‌‌‌های ارتقای حریم شخصی
دسترسی به پایگاه‌‌‌های داده بزرگ – به‌‌‌ویژه هنگام استفاده از هوش مصنوعی – تحقیق، اکتشاف و نوآوری را متحول می‌کند. اما نگرانی در مورد حریم شخصی، امنیت و حاکمیت داده، میزان به اشتراک‌‌‌گذاری داده‌‌‌های باارزش را محدود می‌کند. مجموعه‌‌‌ای قدرتمند و نوظهور از تکنولوژی‌‌‌ها باعث می‌‌‌شوند به اشتراک‌‌‌گذاری و استفاده از داده‌‌‌های حساس با در نظر گرفتن این دغدغه‌‌‌ها، امکان‌‌‌پذیر شود. در سال‌های اخیر، علاقه به «داده‌‌‌های مصنوعی» زیاد شده است. این داده‌‌‌ها، روندها و الگوها را در پایگاه‌‌‌های داده حساس تکرار می‌کنند، اما اطلاعات حساس مربوط به افراد یا سازمان‌ها یا دولت‌‌‌ها را شامل نمی‌‌‌شوند. داده‌‌‌های مصنوعی به کمک پیشرفت‌‌‌های هوش مصنوعی، بسیاری از محدودیت‌های کار کردن با داده‌‌‌های حساس را برطرف می‌کنند و احتمالات جدیدی را برای به‌‌‌اشتراک‌‌‌گذاری داده در سطح جهان فراهم می‌کنند.
۳- سطوح هوشمند قابل پیکره‌‌‌بندی (RIS)
تقاضای جهانی برای داده‌‌‌های بیشتر، سرعت بالای کار و ارتباطات بیشتر همراه با بازدهی انرژی در حال افزایش است. انتظار می‌رود ورود پیش‌بینی‌شده تکنولوژی ۶G تا سال ۲۰۳۰ این فشار را تشدید کند. برای پاسخگویی به این چالش‌‌‌ها، شبکه‌‌‌های آینده باید مهندسی شوند تا ظرفیت و ارتباط‌‌‌پذیری آنها بیشتر شود و تمرکزشان بر پایداری زیست محیطی افزایش یابد. در اینجا «سطوح هوشمند قابل پیکره‌‌‌بندی» (RIS) به عنوان پلتفرم‌‌‌هایی که از فراماده، الگوریتم‌‌‌های هوشمند و پردازش سیگنال پیشرفته استفاده می‌کنند، وارد می‌‌‌شوند تا سطوح و دیوارهای معمولی را به اجزای هوشمندی برای ارتباط وایرلس تبدیل کنند. RIS امکان کنترل دقیق امواج الکترومغناطیس را فراهم می‌کند و پارازیت و نیاز به قدرت انتقال بالا را کم می‌کند. به‌‌‌علاوه، RIS به‌‌‌شدت تطبیق‌‌‌پذیر است و می‌تواند پیکربندی شبکه را مطابق با تقاضای آنی، به صورت دینامیک تنظیم کند که باعث مصرف بهینه منابع و افزایش کارآیی انرژی در شبکه‌‌‌های وایرلس می‌شود.
۴- ایستگاه‌‌‌های مرتفع جوی
ایستگاه‌‌‌های مرتفع جوی (HAPS) در سطح لایه استراتوسفر که تقریبا ۲۰ کیلومتر بالاتر از سطح زمین است، فعالیت می‌کنند. این ایستگاه‌‌‌ها که معمولا به شکل بالن، کشتی هوایی یا هواپیماهای بال ثابت کار می‌کنند، یک سکوی ثابت برای مشاهده و ارتباط گرفتن دارند که تا ماه‌‌‌ها فعال است. پیشرفت‌‌‌هایی که در کارآیی پنل‌‌‌های خورشیدی، چگالی انرژی باتری، مواد کامپوزیتی سبک، آنتن‌‌‌ها و اویونیک (Avionic، الکترونیک هوانوردی) خودکار و همچنین توسعه باندهای فرکانس و استانداردهای جدید هوانوردی حاصل شده، کاربرد HAPS را در آینده نزدیک فراگیر می‌کند. برقراری ارتباط با HASP اصلا قابل مقایسه با ماهواره‌‌‌ها یا برج‌‌‌های مخابراتی نیست؛ به‌‌‌ویژه در مناطق صعب‌‌‌العبور مثل کوه‌‌‌ها، جنگل‌‌‌ها یا بیابان‌‌‌ها.
۵- حس‌‌‌سنجی و ارتباطات یکپارچه
دهه‌‌‌ها پیشرفت جداگانه در تکنولوژی‌‌‌های حسی و ارتباطی، به ظهور تعداد زیادی ابزار منجر شده که کاربردهای مشابه یکدیگر دارند و به عدم‌کارآیی این ابزارها و ضررهای مالی منجر می‌‌‌شوند. حس‌‌‌سنجی و ارتباطات یکپارچه (ISAC) قابلیت‌‌‌های حس‌‌‌سنجی و ارتباطی را وارد یک واحد می‌کند و جمع‌‌‌آوری و انتقال داده‌‌‌های همزمان را تسهیل می‌کند. این یکپارچه‌‌‌سازی، سخت‌‌‌افزار، انرژی و هزینه‌‌‌ها را بهینه می‌کند و همچنین امکان کاربردهای جدید فراتر از الگوهای ارتباطی متداول را فراهم می‌کند.
ISAC همچنین شبکه‌‌‌های وایرلس را نسبت به محیط‌زیست هوشمند می‌کند و قابلیت‌‌‌هایی مثل محلی شدن، نقشه‌‌‌برداری محیطی و نظارت بر زیرساخت‌‌‌ها را فعال می‌کند. از نمونه‌‌‌های آن می‌توان به سیستم‌های نظارت زیست محیطی که از سنسور و تجزیه و تحلیل داده برای سنجش کیفیت آب و هوا استفاده می‌کنند، اشاره کرد.
۶- تکنولوژی فراگیر برای سازه‌‌‌های انسانی
در حالی که پلتفرم‌‌‌های تکنولوژی بزرگ، در جست‌‌‌وجوی کاربردپذیری در متاورس هستند، یک صنعت تحولش را در این زمینه شروع کرده است: ساخت‌وساز. ابزارهای فراگیر با کمک هوش مصنوعی، به طراحان و متخصصان ساخت‌وساز امکان می‌دهند هماهنگی بین دنیای فیزیکی و دیجیتال را چک کنند و از دقت و امنیت و پایداری آن اطمینان حاصل کنند. ساخت‌وساز یکی از بزرگ‌ترین و تاثیرگذارترین صنایع دنیاست و عامل ۴۰درصد انتشار دی‌‌‌اکسید کربن جهانی است. این صنعت با وجود ردپای بزرگی که دارد، در استقبال از انقلاب دیجیتال کند بوده است. اما تکنولوژی فراگیر قرار است این چشم‌‌‌انداز را تغییر دهد. تجربیات طراحی با ابزارهای فراگیر، به پیش‌بینی چالش‌‌‌هایی که ممکن است در عملیات ساخت‌وساز پیش بیاید، از طریق تست کردن فرضیات، شناسایی خطاهای احتمالی و ارائه راه‌حل‌‌‌های پیش از شروع ساخت، کمک می‌کند. ساخت ماکت‌‌‌های مجازی و آزمایش‌‌‌های مجازی، دقت کار را بالا می‌‌‌برد. همچنین دوقلوهای دیجیتال که در حال حاضر کاربرد صنعتی گسترده‌‌‌ای دارند، برای شبیه‌‌‌سازی نتایج طرح‌‌‌های پیشنهادی بسیار پیچیده برای پروژه‌‌‌های توسعه شهری مورد استفاده قرار می‌‌‌گیرند.
۷- سیستم‌های الاستوکالوریک
دمای کره زمین در حال افزایش است و به همین ترتیب نیاز به راه‌حل‌‌‌های خنک‌‌‌کننده بیشتر می‌شود. آژانس بین‌المللی انرژی ارزیابی کرده که تقاضای جهانی انرژی برای خنک کردن فضا طی ۳۰ سال آینده بیش از سه برابر خواهد شد که عامل رشد حدود ۳۷ درصدی تقاضای برق در سطح دنیا تا سال ۲۰۵۰ خواهد بود. پمپ‌‌‌های حرارتی الاستوکالوریک یک تکنولوژی نوآورانه هستند که می‌توانند میزان انرژی موردنیاز برای تامین سرما و گرما را تا چند برابر کاهش دهند و فعلا یکی از امیدوارکننده‌‌‌ترین جایگزین‌‌‌ها برای سیستم‌های فعلی، از طرف وزارت انرژی آمریکا عنوان شده‌‌‌اند. مواد الاستوکالوریک در قلب این تکنولوژی، وقتی در معرض فشار مکانیکی قرار می‌گیرد گرما ساطع می‌کند و وقتی این فشار کم شد، سرما تولید می‌شود. به این ترتیب، یک چرخه مداوم فشار و رفع فشار شکل می‌گیرد. مزیت افزوده پمپ‌‌‌های حرارتی الاستوکالوریک این است که به گازهای سردکننده که به محیط‌زیست آسیب می‌‌‌زنند نیاز ندارند. در عوض، از فلزات دسترس‌‌‌پذیری مثل نیکل و تیتانیوم استفاده می‌کنند.
۸- میکروب‌‌‌های جذب‌‌‌کننده کربن
در بحبوحه تغییر اقلیمی، یک انقلاب آرام شکل گرفته است: میکروارگانیسم‌‌‌ها برای جذب گازهای گلخانه‌‌‌ای از هوا مورد استفاده قرار می‌‌‌گیرند و آنها را به محصولات باارزشی تبدیل می‌کنند. این ارگانیسم‌‌‌ها برای پیشبرد این فرآیند از نور خورشید یا انرژی شیمیایی مثل هیدروژن استفاده می‌کنند. مهندسی ارگانیسم‌‌‌ها باعث تولید طیف گسترده‌‌‌ای از محصولات پایدار می‌شود و همزمان گرمایش جهانی را هم کم می‌کند. از جمله محصولاتی که با این روش تولید می‌شود می‌توان به سوخت، کود و خوراک دام اشاره کرد. محققان برای رسیدن به این هدف، در حال درست کردن میکروارگانیسم‌‌‌هایی مثل باکتری و ریزجلبک‌‌‌ها هستند که با استفاده از نور خورشید و انرژی شیمیایی پایدار، گازهای موجود در جو را جذب و تبدیل می‌کنند.
۹- خوراک دام جایگزین
خوراک دامی که از حشرات، پروتئین‌‌‌های تک‌‌‌سلولی، جلبک‌‌‌ها و ضایعات مواد غذایی تامین می‌شود، جایگزین مناسبی برای مواد سنتی مثل سویا، ذرت و گندم است و می‌تواند پاسخگوی تقاضای رو به رشد پروتئین در دامپروری باشد. خوراک دام جایگزین، پیشرفت‌‌‌هایی هم در پایداری داشته است. در حال حاضر، نزدیک به ۸۰درصد سویایی که در جهان تولید می‌شود برای خوراک دام مصرف می‌شود که عواقب زیست‌‌‌محیطی منفی جدی دارد.
این میزان تقاضا عامل جنگل‌‌‌زدایی، از بین رفتن تنوع زیستی، استفاده بیش از حد از کودهای شیمیایی و انتشار گازهای گلخانه‌‌‌ای است. روی آوردن به خوراک دام جایگزین، هم این چالش‌‌‌ها را کاهش می‌دهد و هم ارزش غذایی بیشتری در خوراک دام ایجاد می‌کند.
۱۰- ژنوم‌‌‌شناسی برای پیوند اعضا
پیشرفت پیوند اعضا که اتفاق پزشکی مهمی در نیمه دوم قرن بیستم بود، همچنان ادامه دارد. اما یک نقطه عطف جدید در مارس ۲۰۲۴ این تکامل را پررنگ‌‌‌تر کرد: اولین پیوند موفق کلیه غیرانسانی به گیرنده انسانی. این پیشرفت به واسطه توانایی شناخت و ویرایش دقیق ژنوم حاصل شده است. پیوند اعضا زندگی انسان‌‌‌ها را نجات می‌دهد، اما همواره پیدا کردن اهداکننده یک چالش بوده است. فقط در آمریکا، بیش از ۱۰۰هزار بیمار در انتظار پیوند اعضا است و امسال، فقط حدود ۳۰هزار عضو قابل پیوند موجود است. بیش از سه دهه است که دانشمندان برای پاسخگویی به این نیاز، پیشرفت‌‌‌های مداومی را در علم پیوند اعضای حیوانات به انسان رقم زده‌‌‌اند. با کمک تکنولوژی‌‌‌هایی مثل CRISPR-Cas۹، حالا می‌توان چند ژن یک حیوان را دستکاری کرد تا بر موانع ایمونولوژیک (پس زدن عضو پیوندی) غلبه کرد.
منبع: world economic forum
