informatika 8v

Ключевые проблемы и ограничения
Проблемы биосовместимости и иммунного ответа
В медицине существуют проблемы, связанные с биосовместимостью материалов и
нарушениями иммунного ответа. Эти проблемы возникают, например, при использовании
искусственных материалов в качестве имплантатов и при нарушениях работы иммунной системы.
Биосовместимость
Биосовместимость — это способность материала взаимодействовать с живыми тканями без
неблагоприятного воздействия на организм. Некоторые проблемы, связанные с биосовместимостью

Индивидуальная несовместимость организма хозяина и импланта. Это приводит к
осложнениям: развитию периимплантного воспалительного процесса, нестабильности импланта.

Повышенная чувствительность пациентов к металлам и сплавам («металлическая»
гиперсенсибилизация). Это может вызывать осложнения: развитие асептического воспаления,
инфекционных осложнений.

Проблемы выбора материалов для биосовместимых имплантатов. Например,
биосовместимые металлы и сплавы могут подвергаться электрохимическому воздействию биосреды
с опасностью коррозии, а органические полимеры — приобретать структурные изменения за счёт
реакций водопоглощения и гидролиза.
Методы решения проблем биосовместимости, например:

Минимизация
изделий.

Предоперационное прогнозирование и чёткая алгоритмизация при выборе конструкций на
основе индивидуальной совместимости.

Медикаментозная подготовка пациентов — направленная на моделирование локальной
реактивности костного ложа и иммуного ответа организма.
использования
металлических
конструкций в
пользу
керамических
Иммунный ответ
Нарушения иммунного ответа могут проявляться в виде:
Иммунодефицитов — нарушений иммунологической реактивности, обусловленных выпадением одного
или нескольких компонентов иммунного аппарата. Выделяют первичные (врождённые) и вторичные
(развиваются вследствие воздействия внешних факторов или как осложнение других заболеваний)
иммунодефициты
Аутоиммунных заболеваний — болезней, связанных с поражением функций системы иммунитета,
которая, считая свои ткани чужеродными, повреждает их.
Патологической толерантности — «терпимости» системы иммунобиологического надзора к чужеодным
антигенам, что может проявляться в отношении антигенов бактерий, вирусов, клеток злокачественных
опухолей.
Причины нарушений иммунного ответа могут быть, например:

хронические бактериальные и вирусные инфекции;

эндокринопатии (сахарный диабет, гипотиреоз);

острые и хронические отравления различными ксенобиотиками (химическими токсичными
веществами, лекарственными препаратами).
Методы коррекции нарушений иммунного ответа, например:

Заместительная терапия — например, при гуморальных иммунодефицитах применяют
заместительную терапию иммуноглобулинами.

Трансплантация костного мозга — при тяжёлых комбинированных иммунодефицитах
методом выбора является трансплантация гемопоэтических стволовых клеток.

Генная терапия —
иммунодефицитов.
перспективное
направление,
особенно
для
моногенных
форм
Вопросы энергоснабжения и автономности
В микро- и наноробототехнике в медицине возникают вопросы, связанные с
энергоснабжением и автономностью устройств. Эти аспекты связаны с разработкой микро- и
нанороботов для различных задач, например, адресной доставки лекарств, микрохирургии,
диагностики и регенерации тканей.
Энергоснабжение

Стабильный и устойчивый источник питания для нанороботов, оfrontieсобенно при работе
внутри человеческого тела. Эффективное решение этой проблемы требует инновационных решений.
Некоторые варианты:
o
Использование внешних электрических полей для управления нанороботами.
Электрические поля обеспечивают высокую энергоэффективность и широкий диапазон модуляции,
что позволяет эффективно перемещать устройства при низких напряжениях.
Применение электромагнитной индукции для предоставления нанороботам
энергии внутри организма. Явление возникновения электродвижущей силы в замкнутом контуре
проводника, находящемся в переменном магнитном поле, позволяет давать энергию для
вычислительных процессов и активной деятельности.
Использование собственной глюкозы в качестве источника энергии для микронанороботов. Некоторые команды разработали устройства, которые используют глюкозу в качестве
источника энергии.
Также остаётся вопрос, нужно ли оснащать наноробота запасом питательных веществ или лучше
создать обособленную энергетическую систему, чтобы он самостоятельно выискивал электролиты
или определённые молекулы в кровотоке.
o
o
Автономность

o
o
o

Обеспечение автономности микро- и нанороботов. Например:
Использование материалов, реагирующих на раздражители, для микророботов,
которые могут генерировать автономные реакции в определённых условиях, например,
самоукладываться.
Создание самодвижущихся наноботов на основе ферритов и пероксида водорода:
они выделяют пузырьки кислорода и сами движутся к раковым клеткам.
Разработка «умных» наноматериалов, которые могут выполнять логические
операции внутри организма: анализировать биомаркеры и активироваться только при
необходимости.
Однако есть и проблемы, связанные с автономностью микро- и нанороботов, например:
Сложность обнаружения наноробота в организме — необходимо сделать так, чтобы врач
или сам пациент в любой момент мог узнать, где находится робот.

Вопросы безопасности — как убедиться, что самоуправляемое, а в некоторых случаях ещё
и саморазмножающееся создание, способное влиять на окружение, не выйдет из-под контроля.
Вариантов того, что может пойти не так, множество — от перепродукции выделяемого нанороботом
вещества до механической закупорки сосудов.
Точность навигации в сложных биологических средах
Точность навигации в сложных биологических средах достигается за счёт адаптации
биологических систем к условиям обитания, а также использования методов, которые позволяют
ориентироваться в динамических и неструктурированных средах. Это касается как животных, так и
роботов.
Животные

Эхолокация. Животные излучают звуковые волны, которые отражаются от объектов и
возвращаются обратно. Например:
o
Летучие мыши используют эхолокацию для ориентации в тёмных пещерах или при
ночной охоте. Издают высокочастотные ультразвуковые сигналы, которые, отразившись от объектов,
позволяют им с высокой точностью определять расстояние, форму и положение предметов.
Дельфины и киты могут использовать эхолокацию на глубине нескольких сотен
метров, где свет уже не достигает. Звуки, которые они издают, отражаются от морских объектов или
рыб, давая точную картину подводного мира.
Магнитная навигация. Животные используют параметры магнитного поля Земли как
ориентиры для пространственной навигации, часто в сочетании с другими сенсорными системами
(визуальной, осязательной, химической). Например, голуби-почтовики используют магнитное поле
для возвращения в гнездо с точностью до десятков метров
Интеграция ориентиров. Некоторые виды животных сочетают изученные ориентиры с
воспринимаемым направлением (например, от магнитного поля Земли или от неба) для определения
местоположения и навигации.
o


Роботы

SLAM (Simultaneous Localization and Mapping). Позволяет роботу одновременно строить
карту неизвестной среды и определять своё собственное положение в этой карте. Это особенно
актуально для роботов, работающих в динамичных или незнакомых пространствах, где
предварительные карты отсутствуют или устарели.

Метод сенсорного слияния. Информация с разных источников объединяется в единую
модель восприятия. Это повышает надёжность работы в условиях пыли, дождя, отражений и других
факторов, затрудняющих восприятие.

Алгоритмы, способные распознавать и классифицировать изменения в окружающей
обстановке. Например, использование компьютерного зрения и искусственного интеллекта
позволяет роботу различать статичные и подвижные объекты, предсказывать их траектории и
корректировать собственное движение.

Алгоритмы предиктивного планирования. Они не только реагируют на текущие
изменения, но и прогнозируют будущие состояния среды. Таким образом, робот может заранее
выбирать наиболее безопасный и энергоэффективный путь.
Масштабированное производство и стоимость технологий
Масштабирование производства

Сложность и трудоёмкость производственного процесса. Производство даже простых
наноструктур — сложный и дорогой процесс. Некоторые проблемы:
o
o
проблемы с архитектурой нанороботов, датчиками, приводами, передачей данных;
специфические вопросы проектирования: зондирование, навигация, энергетическая
связь, локомоция и манипулирование компонентами;
управление веществом на молекулярном уровне для влияния на поведение
нанороботов.
Совместимость с устаревшими системами. Многие предприятия используют устаревшее
оборудование, которое трудно интегрировать с современными решениями, что приводит к сбоям и
затратам.
Дефицит квалифицированных кадров. Во многих странах ощущается нехватка
специалистов, способных управлять интеллектуальными системами нанороботов, что затрудняет
развёртывание проектов
Сложность соблюдения нормативных требований. Соблюдение экологических,
медицинских и промышленных стандартов требует длительной сертификации продукции, что
замедляет выход на рынок и увеличивает издержки.
o



Стоимость



Высокие начальные затраты. Внедрение инновационных технологий требует крупных
вложений: закупки оборудования, интеграции, обучения персонала и модернизации инфраструктуры.
Увеличение сложности и стоимости производства из-за дополнительных функций.
Например, добавление молекул для точного нацеливания на опухоль увеличивает сложность и
стоимость производства, снижая итоговый выход продукта. В таких условиях массовый выпуск
сложных нанороботов становится экономически нерентабельным.
Высокая стоимость производства нанороботов для медицинских применений. Это
ограничивает их широкое использование в системах здравоохранения, особенно в развивающихся
странах.
Этические и регуляторные барьеры
Этические барьеры
Этический барьер — это препятствие, которое возникает, когда взаимодействию с партнёром
мешает его нравственная позиция, несовместимая с позицией другого.
Пример проявления:

В бизнесе — этический барьер — это виртуальная преграда внутри компании, созданная для
предотвращения обмена конфиденциальной информацией между отделами. Такая мера необходима
для избежания конфликтов интересов и сохранения деловой тайны. Например:
o
В инвестиционных банках специалисты часто имеют доступ к инсайдерской
информации о компаниях, готовящихся к IPO или крупным сделкам. Этический барьер ограничивает
передачу этих данных между отделами, чтобы избежать незаконного использования информации.
o
В финансовой компании, где один отдел ведёт переговоры о покупке конкурента, а
другой консультирует клиентов по акциям этих компаний, этический барьер не позволяет
информации о сделке выйти за пределы узкого круга, предотвращая инсайдерскую торговлю.

В юридической практике — например, когда одна фирма представляет интересы обеих
сторон в споре — временный этический барьер препятствует утечке информации.
Регуляторные барьеры



Регуляторные барьеры — это препятствия, которые возникают из-за несовершенства
законодательства или административных процедур, устанавливаемых органами государственной
власти.
Пример проявления:
Для предпринимательства — правительство регулирует выход на рынки, определяет
требования к регистрации, нормы отчётности и раскрытия информации, обеспечивает соблюдение
налогового законодательства. Это вынуждает предпринимателей взвешивать свои относительные
издержки и выгоды.
Для формирования устойчивого ответственного поведения потребителей —
регуляторные барьеры связаны с несовершенством законодательства в области регулирования
экологической и природоохранной политики, потребления ограниченных ресурсов, сертификации
экологически чистых товаров и других сфер.
Для привлечения инвестиций в коммунальную инфраструктуру — регуляторные
барьеры могут быть связаны с несоответствием действующих принципов тарифного регулирования
современным экономическим реалиям, что затрудняет достижение целевых показателей по
модернизации отрасли
Перспективы развития
Искусственный интеллект (ИИ)
Развитие генеративных моделей и автономных агентов. К 2028 году ожидается, что
80% предприятий внедрят генеративный ИИ, что ускорит инновации в медицине,
транспорте и других отраслях. ИИ начнёт самостоятельно генерировать синтетические
датасеты для обучения, что повысит его эффективность.
Этика и безопасность. Будут разработаны новые подходы для минимизации рисков
и предвзятости ИИ. К 2027 году появятся прорывные методики, позволяющие
расшифровывать логику принятия решений даже в сложных многослойных архитектурах.
Интеграция с квантовыми вычислениями. Квантовые технологии могут значительно
повысить производительность и энергоэффективность ИИ-систем, ускоряя обучение
моделей и решение сложных задач.
Квантовые вычисления
Практическое применение. К 2030 году промышленные квантовые компьютеры
могут стать в миллиарды раз быстрее классических, что откроет новые возможности в
фармацевтике, медицине, логистике и криптографии.
Преодоление технических проблем. Учёные работают над улучшением качества
кубитов, коррекцией ошибок и масштабируемостью систем. К 2035 году возможно
появление первых отказоустойчивых квантовых компьютеров, способных решать задачи,
непосильные для классических суперкомпьютеров.
Угрозы и безопасность. Квантовые компьютеры ставят под угрозу существующие
стандарты шифрования, что требует перехода на постквантовую криптографию.
Биотехнологии и медицина
Персонализированная медицина и генная инженерия. К 2029 году генная инженерия
сможет бороться с наследственными заболеваниями, а персонализированная медицина
позволит создавать уникальные схемы лечения на основе генетических данных.
Биопечать органов. К 2025 году ожидаются значительные прорывы в 3D-биопечати,
что ускорит поиск новых препаратов и улучшит лечение заболеваний. В перспективе —
печать полностью функциональных органов, таких как сердце или печень.
Продление жизни. Исследования в области борьбы со старением могут привести к
созданию технологий, замедляющих биологические процессы старения или обращающих их
вспять.
Энергетика и экология
Термоядерный синтез. Проект ITER обещает получить стабильную реакцию к 2025
году, что может сделать термоядерный синтез почти неограниченным источником чистой
энергии.
Зелёные технологии. Развитие технологий улавливания и хранения углерода (CCS),
а также переход на возобновляемые источники энергии помогут снизить выбросы
парниковых газов.
Биотопливо. Эффективные технологии получения биотоплива помогут обеспечить
экономию запасов ископаемых углеводородов и сократить влияние энергетики на климат.
Метавселенная и расширенная реальность (XR)
Пространственные вычисления. Технологии VR, AR и XR будут интегрироваться в
образование, медицину, производство и развлечения. К 2033 году объём рынка
пространственных вычислений может достичь $1,7 трлн.
Виртуальные офисы и встречи. XR заменит привычные видеозвонки, а
метавселенные станут новым слоем экономики с виртуальными торговыми центрами и
образовательными пространствами.
Робототехника и автономные системы
Беспилотные автомобили и дроны. В ближайшие годы автономные устройства
продолжат завоёвывать мир, массово внедряясь в логистику, доставку и уборку.
Роботы-хирурги и промышленные роботы. Роботехника в медицине и производстве
повысит точность операций и производительность, снижая затраты.
Нейроморфные вычисления
Имитация работы мозга. Нейроморфные процессоры, имитирующие структуру
биологических нейронов, могут стать более энергоэффективными и мощными, чем
классические чипы. Это откроет новые возможности в ИИ и других областях.
Этические и социальные аспекты
Регулирование ИИ и биотехнологий. Будут разработаны чёткие этические
принципы для компаний, работающих с ИИ, биотехнологиями и коммуникациями.
Безответственная разработка технологий станет репутационным и финансовым риском.
Цифровая детоксикация. К 2030 году люди осознают вред цифрового шума и
начнут сознательно ограничивать время онлайн, что приведёт к появлению новых сервисов
для управления «технологическим стрессом».
Эти прогнозы основаны на текущих тенденциях и исследованиях, но
технологический прогресс сложно предсказать с абсолютной точностью. Многие факторы,
включая геополитические изменения и экономические условия, могут повли