Белая книга: путеводитель по 10 технологиям будущего

ИИ — одна из самых динамичных сфер сегодня. В 2016–2020 годах число научных публикаций, связанных с искусственным интеллектом, выросло более чем вдвое — до 44,7 тыс. Работы российских авторов занимают среди них пока 1,5%, но цифра эта постепенно растет. В рейтингах стран по числу публикаций в научных журналах и по количеству патентов лидируют Китай и США. Россия на 20-м и 15-м местах соответственно.

По оценкам аналитической компании IDС, в 2021 году объем мирового рынка ИИ составил $327,5 млрд, а к 2024 году он может достичь отметки $554,3 млрд. Среди наиболее емких рынков — биометрические системы ($36,6 млрд), авиационный ($27,4 млрд) и автомобильный ($23,3 млрд) транспорт разной степени автономности.

Основной вектор развития задают цифровые корпорации США, такие как Amazon, Alphabet, Microsoft, Apple и Facebook/Meta (с 21 марта 2022 года соцсеть запрещена в России решением суда). В числе основных разработчиков в России — «Яндекс», VisionLabs, NtechLab, Сбербанк, VK, MTC, «Газпром нефть» и «Лаборатория Касперского».

«В будущем ИИ-системы смогут разобраться в самых сложных вопросах науки. Например, в проблеме изменения климата», — ожидают авторы «Белой книги». Но для решения ответственных задач нужно обеспечить интерпретируемость, при которой человек будет понимать весь процесс принятия решения алгоритмом.

Эксперты отмечают высокий уровень технологической готовности и зрелости рынков IoT. Самый большой объем приходится на Азиатский регион. Например, в Китае поставили задачу создать к 2025 году от трех до пяти межсекторальных платформ на базе IoT, способных конкурировать на глобальном уровне.

В ведущих странах акцент делают в первую очередь на коммуникационные технологии интернета вещей. В России, которая пока сильно отстает от лидеров, основной фокус — на создание аппаратных и программных элементов конкретных устройств IoT.

Ожидается, что в мире к 2025 году внедрение IoT даст экономический эффект в диапазоне от $4 трлн до $11 трлн. В сочетании с решениями в области ИИ и 5G эти технологии позволят увеличить производительность труда, повысить качество и гибкость производства и сервисов, снизить аварийность и таким образом изменить целые отрасли экономики и социальной сферы.

По темпам распространения технологии пятого поколения мобильной связи (5G) уже обгоняют стандарты предыдущих поколений. При этом рынок абонентских устройств 5G опережает рынок смартфонов в целом. Однако авторы исследования указывают на существенное отставание России. В США, Китае и Южной Корее уровень проникновения 5G достигает 15–20%, а в РФ эта технология реализована только в пилотных зонах.

Эксперты прогнозируют быстрое развитие сервисов и платформ на базе 5G, в том числе для виртуальных встреч и конференций, удаленного обучения, телемедицины, потоковой передачи данных.

В ближайшие несколько лет ожидается взрывной рост направления. С 2020 по 2026 год объем рынка 5G может увеличиться более чем в 100 раз — до $667,9 млрд.

Пока мировой рынок квантовых вычислений находится в стадии формирования. Оценки за 2020 год варьируются от $38 млн до $320 млн. Основной объем финансирования исходит из государственных средств. По количеству исследований лидируют Китай, США и Германия. Доля России в научных публикациях — более 4%.

При этом уже 4% крупных компаний из списка Fortune запустили пилотные исследования в этой области, а 35% изучают такую возможность. В ближайшие годы эти цифры могут вырасти до 13 и 68% соответственно.

По экспертным прогнозам, в течение трех–пяти лет квантовые системы начнут решать практические оптимизационные задачи. Например, по маршрутизации транспорта, оптимизации финансовых портфелей и торговых расчетов.

Это область знаний и технологий, связанных с передачей квантовых состояний в пространстве. Одно из самых перспективных направлений здесь — защищенные каналы связи на основе квантового распределения ключей (КРК), которые гарантируют сохранность данных и закрывают возможность несанкционированного доступа.

В 2021 году действующие инициативы или программы в области квантовых коммуникаций имели 17 стран, включая Китай, США и Россию. Бюджет каждой программы составлял от десятков миллионов долларов до одного миллиарда. По экспертным прогнозам, готовые системы для предоставления сервисов КРК и квантовых защищенных каналов передачи данных появятся на рынке до 2024 года.

Эти технологии обеспечивают децентрализованное хранение данных о транзакциях, сделках или контрактах, не позволяя их несанкционированно менять или удалять. Один из видов технологий распределенного реестра (ТРР) — блокчейн.

Самые высокие показатели патентной активности в ТРР сегодня у крупных финансовых и ИТ-корпораций: Alibaba, IBM, Tencent и других. По числу научных публикаций Россия входит в топ-15 стран, но сильно отстает от Китая, США и Индии.

ТРР успешно используют в финансовом секторе, документообороте, здравоохранении, недвижимости, логистике и производстве, цифровизации госуправления и цифровой идентификации личности. Эксперты прогнозируют, что к 2030 году эффект от внедрения ТРР в управлении данными превысит $570 млрд.

Как и в ряде других сфер, многие российские решения здесь базируются на зарубежных разработках. Поэтому эксперты призывают создавать отечественные аналоги и делать ставку на модели открытого кода.

На фоне перехода к углеродно-нейтральной энергетике выросли требования к надежности электроснабжения, появилась необходимость строить «умные» сети и автоматизировать всю цепочку от генерации до потребления. Это повысило спрос на передовые решения, включая ВИЭ (возобновляемые источники энергии), распределенную генерацию, интеллектуальные системы управления и защиты.

В 2016–2020 годах вложения в ключевые области выросли с $13 млрд до $20 млрд. По масштабу инвестиций на сегодняшний день лидируют проекты в сфере ВИЭ: в некоторых странах их доля уже превышает 50%.

В России развитие технологий передачи электроэнергии и распределенных «умных» энергосистем будет идти в том числе в рамках соглашения между правительством и «Россетями». Оно предполагает локализацию производства по всем приоритетным продуктам и компонентам. Запуски пилотных проектов ожидаются на горизонте 2025–2027 годов.

Для стабильного энергоснабжения потребителей на базе ВИЭ нужны резервные источники и системы хранения, которые не зависят от погодных условий. Сохранять полученную от ВИЭ энергию могут стационарные аккумуляторные станции, источники питания на «зеленом» водороде и гидроаккумулирующие установки.

Если резервировать хотя бы 10% всех ВИЭ аккумуляторными станциями, к 2030 году потребуется не меньше 200–400 ГВт/ч аккумуляторных мощностей в год. В итоге только за счет двух направлений — резервирования ВИЭ и электромобилей — рынок аккумуляторных батарей должен вырасти более чем в семь раз (до 2000–2200 ГВт/ч) в ближайшие десять лет.

Наиболее популярны сейчас системы хранения на литий-ионных аккумуляторах. Но в перспективе на рынке могут появиться еще более быстрые и дешевые решения. Например, на натрий-ионных аккумуляторах или устройствах с твердым электролитом.

Для научно-технического развития нужны материалы нового поколения. К примеру, сверхлегкие или сверхтвердые, с эффектом памяти или программируемыми свойствами.

Сегодня в мире лидируют полимерные композиционные материалы: объем этого сегмента оценивается в сумму около $80 млрд. Предполагается, что до 2030 года он сохранит лидирующие позиции и вырастет более чем в 1,8 раза.

Второй по емкости — рынок цифрового материаловедения. Он составляет около $40 млрд и в ближайшее десятилетие может увеличиться более чем вдвое. Но самый динамичный сегмент — это аддитивные материалы, которые используют для послойного наращивания и синтеза объектов. Здесь к 2030 году ожидается десятикратный рост.

Всплеск интереса к этому направлению связан в первую очередь с широкополосным интернетом, который можно обеспечить с помощью спутников. Такие проекты реализуются с 2013 года.

Сегодня перспективные космические системы охватывают целый ряд технологий: от приборостроения до обработки больших объемов спутниковых данных. Россия входит в топ-10 стран по числу научных публикаций в этой области. Но, как и во множестве других направлений, тут с большим отрывом лидирует Китай.

Один из ключевых трендов — уменьшение и облегчение конструкций космических аппаратов (КА). А среди основных задач, которые предстоит решить к 2030 году с помощью КА, — обеспечение широкополосного доступа в интернет на всей территории России, в том числе в малонаселенных пунктах, где проживают до 250 человек.

«Облако слов» на основе исследования «Белая книга»

Авторы «Белой книги» — Павел Рудник, заместитель директора ИСИЭЗ НИУ ВШЭ, Константин Вишневский, директор Центра исследований цифровой экономики ИСИЭЗ НИУ ВШЭ:

«Белая книга» позволила обобщить наработки по отдельным технологическим направлениям, выявить узкие места и наметить векторы дальнейшего движения. Так, в рамках подготовки «Белой книги» были выделены некоторые риски развития высокотехнологичных направлений. Один из ключевых — достаточно высокая зависимость от импорта комплектующих и оборудования, в том числе необходимых для проведения исследований и разработок.

Санкции и другие ограничения негативно влияют на производство и экспорт высокотехнологичной продукции: отечественные разработчики вынуждены искать потребителей на локальных, сравнительно небольшого объема рынках, что блокирует эффект масштаба, крайне значимый для развития высоких технологий. Другой существенный риск — нехватка квалифицированных специалистов, в том числе необходимых для работы с инновационными решениями.

В связи с этим нарастает риск перекоса в сторону зрелых (готовых) технологий в противовес развитию новых прорывных решений.

В последующих изданиях «Белой книги» планируется сделать акцент на вопросы формирования экосистем вокруг компаний-лидеров, включающих пул вузов, научных организаций, стартапов и других акторов, направления их кооперации, а также механизмы формирования превосходства и паритета с мировыми лидерами по отдельным технологическим направлениям».