Od živih stavb do večopravilnih domačih robotov

Žive stavbe, kvantni računalniki, domači roboti in z umetno inteligenco podprta pripravljenost na pandemije. Evropski raziskovalci na novo oblikujejo način, kako živimo, delamo in načrtujemo svoja mesta.

Ker znanost še naprej premika meje mogočega, nas bodo mogoče v prihodnjih letih presenetili samozdravilna mesta, roboti, ki skrbijo za ljudi, in pametnejši mehanizmi za zaščito pred prihodnjimi pandemijami. V nadaljevanju predstavljamo pet pogledov v prihodnost, ki jih ponujajo nekateri vodilni evropski raziskovalci.

Bioarhitektura – vrnitev k naravi

Predstavljajte si mesto, v katerem so stavbe žive – zgradbe, ki vsrkavajo onesnaževala, medtem ko se ljudje sprehajajo mimo, in se z rastjo prilagajajo okolju. Arhitekt Phil Ayres meni, da je takšna vizija uresničljiva. Nove možnosti za trajnostno zasnovo odpirajo nedavni napredki v biohibridni arhitekturi – od materialov na osnovi gliv do vzpenjavk. Po besedah Ayresa, profesorja na Kraljevi danski akademiji v Københavnu, so bila naša mesta doslej večinoma zasnovana za eno samo vrsto: človeka. Njegovo delo na področju biohibridne arhitekture je usmerjeno v prihodnost, v kateri imajo tudi drugi živi organizmi aktivno vlogo v grajenem okolju ter pomagajo ponovno vzpostaviti povezavo med ljudmi in naravnim svetom.

Raziskoval je, kako bi lahko organizmi, kot so glive (v projektih Fungateria in Fungal Architectures) in vzpenjavke (projekt Flora Robotica), delovali kot arhitekturni materiali. »Tradicionalne gradbene materiale običajno pridobivajo z rudarjenjem, nato pa jih prepeljejo in obdelajo pri visokih temperaturah, preden postanejo trajni gradbeni elementi,« pojasnjuje. »Proučujemo, kako bi lahko žive komplekse uporabili kot del strukture stavbe.«

Čeprav materiali na osnovi gliv še niso dovolj trdni, da bi nadomestili beton ali jeklo, Ayres poudarja, da se stavbe ne zanašajo zgolj na ti dve vrsti materialov. Če bomo začeli gojiti dele stavb – podobno, kot gojimo drevesa – bomo lahko pridobili okoljske koristi, kot sta vezava ogljika in večja biotska raznovrstnost. Takšen pristop bi se lahko razširil tudi onkraj stavb, na druge oblike urbane infrastrukture.

Vsakdo, ki se sprehaja po sodobnem mestu, lahko opazi, da obsežne površine betona in jekla močno prevladujejo nad majhnimi zaplatami zelenja. Biohibridna arhitektura bi lahko temeljila tudi na gozdarskih in kmetijskih odpadkih ter stranskih produktih prehranskih in industrijskih procesov in tako podpirala bolj krožno gospodarstvo. Živi materiali bi lahko zagotavljali tudi dodatne funkcije, na primer filtriranje zraka ali vode ali pa samoobnavljanje v primeru poškodb.

Z nastajanjem novih materialov bomo morda morali ponovno premisliti dobavne verige, gradbene metode in celo estetske možnosti živih, rastočih struktur ter nazadnje ustvariti prostore, ki nas ponovno povezujejo z zunanjim okoljem. Ayres priznava, da je gradbena industrija previdna in se počasi spreminja; že stoletje gradimo na zelo podoben način. Vendar raziskave na področju živih materialov hitro napredujejo. Čeprav ti materiali še ne morejo biti primarni nosilni elementi, bi lahko njihove prihodnje različice zagotovile trdnost in vzdržljivost, ki sta potrebni za nosilno konstrukcijo celotnih stavb.

Kvantno računalništvo vse bliže preboju

Kvantno računalništvo se postopoma seli iz laboratorijev v vsakdanje življenje. Italijanska elektrotehniška inženirka Giulia Acconcia pojasnjuje, kako evropski raziskovalci prehajajo od teorije k praksi – z velikimi pridobitvami za varnost podatkov in razvoj baterij.

Vse več podjetij v Evropi se ukvarja s kvantno tehnologijo, kar je po besedah profesorice Giulie Acconcie s Politehnične univerze v Milanu znak, da se kvantni računalniki vse bolj približujejo uporabi v resničnem svetu. Prepričana je, da bodo zmogljivi kvantni stroji kmalu reševali probleme, ki jih današnji superračunalniki ne zmorejo. »V zadnjem desetletju smo bili priča resničnemu napredku, vendar se je razvoj v zadnjih petih letih močno pospešil,« pravi. »Kvantni računalniki so tik pred tem, da zapustijo raziskovalne laboratorije in začnejo vplivati na življenja ljudi.«

V okviru projekta Qlass njena raziskovalna skupina razvija kvantni računalnik, ki temelji na fotonih – drobnih paketih svetlobe, ki potujejo hitreje kot elektroni in lahko prenašajo več informacij. »To nam omogoča, da povečamo količino informacij, ki se prenašajo znotraj steklenih valovodov kvantnega računalnika,« pojasnjuje. Fotonski čip je, dodaja, videti kot miniaturno omrežje steklenih cest, po katerih drvijo fotoni.

Eden izmed ciljev raziskovalcev je uporaba kvantnega računalništva za optimizacijo zasnove baterij – to je izjemno zapleten izziv, ki vključuje veliko spremenljivk. Boljša optimizacija bi lahko skrajšala čas polnjenja električnih vozil in omogočila daljši doseg z manjšimi baterijami. Prihodnjim uporabnikom kvantnih računalnikov ne bo treba upravljati neposredno. Podobno kot danes shranjujemo fotografije v oblaku, bodo ljudje do kvantnih strojev dostopali na daljavo in jim pošiljali zahtevne računske naloge. »Ti problemi so tako zahtevni, da jih klasični računalniki preprosto ne morejo rešiti dovolj hitro,« poudarja Acconcia.

Motilci hormonov prežijo povsod

Številne kemikalije lahko motijo delovanje hormonov in povzročajo trajne zdravstvene posledice, opozarja toksikologinja Majorie van Duursen z Vrije Universiteit Amsterdam, ki proučuje tveganja za zdravje žensk. V raziskavah v okviru projekta Freia je proučevala endokrino motilne kemikalije ter njihovo povezanost z rakom dojk, neplodnostjo, zapleti v nosečnosti, prezgodnjo menopavzo in endometriozo.

»Pridobivamo vse več vpogleda v izpostavljenost tem kemikalijam v zgodnjem obdobju življenja. Ni vedno res, da samo odmerek loči zdravilo od strupa, pogosto je pomembnejše, kdaj ste izpostavljeni, celo pri zelo nizkih odmerkih. Hormoni oblikujejo načrt našega telesa, njihovo spreminjanje pa ima lahko dolgotrajne posledice.«

Trenutne raziskave razkrivajo razsežnost problema: študije kažejo, da hormonske motnje zaradi kemikalij vodijo v dolgoročne zdravstvene težave, vključno z boleznimi, ki prej niso bile prepoznane kot povezane s tem mehanizmom, na primer s srčno-žilnimi.

Čeprav se vsem kemikalijam ni mogoče popolnoma izogniti, Majorie van Duursen poudarja, da lahko posamezniki svojo izpostavljenost vseeno zmanjšajo. »Ne kupujte poceni plastičnih igrač po spletu; pogosto prihajajo iz držav z manj strogimi predpisi. Izbirajte igrače, ki so odobrene v EU,« svetuje. »Plastične kuhinjske posode ne dajajte v mikrovalovno pečico. Pri izdelkih za osebno nego pa izbirajte tiste z manj dodatki – vprašati bi se morali, katere kemikalije so resnično potrebne.«

Že sama plastika vsebuje več kot 16.000 prepoznanih kemikalij, kar jasno kaže, da sta večja priročnost in razširjena uporaba plastičnih izdelkov pogosto doseženi na račun zdravja. »Ne želimo prepovedati vseh kemikalij – številne so v resnici koristne,« še dodaja. »Toda za veliko teh snovi nimamo bistvenih informacij, niti v Evropi. Obstoječi testi ne zajemajo vseh vplivov na zdravje, zato potrebujemo strožjo regulacijo in varnejšo zasnovo materialov že od začetka, namesto da težave odkrijemo šele, ko je že prepozno.«

Roboti kot naši pomočniki

Predstavljajte si robota, ki starejšemu človeku pomaga pri pripravi obrokov, dviguje težke predmete ali varno razstavlja stare elektronske naprave. Slovenski strokovnjak za robotiko Aleš Ude meni, da je uresničitev takšnih scenarijev morda bliže, kot si mislimo – vendar so pred nami še vedno ključni izzivi, med drugim vprašanje, kako robote opremiti z ustrezno mero empatije in zdrave pameti.

Splošnonamenski roboti, ki bi pomagali na domu ali v bolnišnicah, bi lahko po besedah dr. Udeta z Instituta Jožef Stefan v Sloveniji postali realnost že v prihodnjih desetih letih, predvsem zaradi hitrega napredka umetne inteligence. V okviru pobude ReconCycle je Ude raziskoval, kako bi lahko roboti razstavljali širok nabor elektronskih naprav za namene recikliranja. »Skoraj nihče, razen zelo premožnih, nima 24-urne pomoči na domu. Mnogi bi bili pripravljeni za takšnega robota plačati precejšen znesek,« meni. Nekateri pilotni projekti že danes uporabljajo robote za podporo starejšim bolnikom v bolnišnicah.

Za delovanje v takšnih okoljih bodo roboti po Udetovem mnenju najverjetneje potrebovali humanoidno obliko: bolnišnice so zasnovane po meri človeškega telesa, noge pa omogočajo dostop do prostorov, kamor roboti na kolesih ne morejo. Poleg tega bodo morali biti izjemno zanesljivi, varni in dovolj robustni, da bodo prenesli neizogibne nezgode.

Tradicionalno vnaprejšnje programiranje, ki deluje pri industrijskih robotih, ni primerno za neurejeno in nepredvidljivo domače okolje. Kar robotom najbolj manjka, je zdrava pamet – sposobnost ustreznega odzivanja na nepričakovane dogodke in izogibanja nevarnim napakam. Generativna umetna inteligenca in nevronske mreže, navdihnjene z delovanjem človeških možganov, robotom pomagajo bolje obvladovati tovrstno negotovost.

Udetova ekipa raziskuje tudi sodelovanje med človekom in robotom. Komunikacija se je z razvojem velikih jezikovnih modelov močno izboljšala, vendar bodo domači ali bolnišnični roboti morali prek svojih nevronskih mrež predvidevati tudi človekove namene.

Če naj bodo namenjeni oskrbi bolnih ali starejših, bo nujna tudi določena stopnja empatije – kar za zdaj ostaja nerešen izziv.

Robotski sesalniki so danes že nekaj povsem običajnega, vendar bo uporaben humanoidni domači robot moral obvladati veliko različnih nalog. Kaj vse bodo takšni roboti sposobni opravljati čez deset let, je po Udetovih besedah še negotovo. Ko pa bo tehnologija dozorela, bo široka uporaba v domovih in bolnišnicah verjetno sledila zelo hitro.

Naslednja pandemija

Kaj sledi po covidu-19? Nizozemska virologinja Marion Koopmans meni, da bi moral evropski odziv na prihodnje izbruhe temeljiti na pazljivosti, kakovostnih podatkih in znanosti za državljane.

Nova pandemija je neizogibna, pravi profesorica Koopmans z Medicinskega centra Erasmus v Rotterdamu. Ne vemo, kdaj se bo zgodila, kje se bo začela ali kakšno obliko bo imela – vendar se nanjo kljub temu lahko pripravimo. Pandemije se začnejo v negotovosti: v najzgodnejših fazah pogosto ni jasno, kdo se okuži, kako se povzročitelj širi in kako hitro napreduje. Vendar pa lahko kakovostni podatki, umetna inteligenca in prispevki običajnih državljanov pomagajo znanstvenikom in zdravnikom ukrepati hitreje in učinkoviteje.

Ko je izbruhnil covid-19, je Marion Koopmans vodila projekt vsestranskega observatorija za nalezljive bolezni (VEO), katerega cilj je bil zasnovati na prihodnost pripravljen sistem nadzora nad nastajajočimi nalezljivimi boleznimi. »Covid-19 je bil pandemija z velikim vplivom, čeprav bi lahko bilo še huje. Začetek je bil kaotičen, saj je bilo odzivanje na novo bolezen podobno gradnji ladje med plovbo,« pravi. »Za pridobivanje odgovorov iz raziskav je potreben čas, vendar je hitro ukrepanje ključno. Ker se izbruhi po svetu pospešujejo, moramo ostati pozorni in okrepiti sisteme zgodnjega opozarjanja.«

Zakaj je to pomembno, kažejo tudi nedavni dogodki. »Nedavno smo bili priča izbruhu opičjih koz na gozdnatem rudarskem območju Demokratične republike Kongo. Izbruhi se lahko začnejo kjer koli, zato je nerealno pričakovati, da bodo zdravniki testirali vsakega bolnika na vse možne povzročitelje. Izboljšati se moramo pri prepoznavanju vsega, kar je nenavadno in kar bi bilo treba takoj preiskati – zlasti na območjih, kjer se tveganje povečuje.«

Ta tveganja naraščajo tam, kjer ljudje prihajajo v stik z živalmi, kar ustvarja priložnosti za preskok patogenov z živali na človeka. Projekt VEO je takšne scenarije preučeval z združevanjem različnih vrst podatkov, na primer tam, kjer se selitvene poti ptic prekrivajo z območji intenzivne perutninske reje. »Ena najpomembnejših lekcij zadnjih let je, da moramo pričakovati nepričakovano: pandemija prašičje gripe leta 2009 se na primer ni pojavila v Aziji, kot je bilo splošno pričakovano, temveč v Južni Ameriki,« pravi raziskovalka.

»Naše študije so izpostavile več možnih poti nastanka izbruhov, od ptičje gripe in virusa Zahodnega Nila do bolezni, povezanih s taljenjem permafrosta, ter okužb, ki bi se lahko hitro razširile po velikih mestih.«

V prihodnje si Marion Koopmans želi vzpostavitve globalnega, integriranega podatkovnega repozitorija, ki bi združeval znanstvene raziskave, javnozdravstveni nadzor in obsežno okoljsko spremljanje. Pomembno vlogo lahko odigrajo tudi državljani, denimo s poročanjem o nenavadnih opažanjih, kot so pogini ptic ali pojav novih vrst komarjev. »Raziskujemo tudi, kako bi lahko umetna inteligenca zaznala morebitne opozorilne signale iz teh virov in kako bi lahko s širokospektralnimi genetskimi orodji odkrili nove viruse pri prostoživečih živalih ali živini, ki bi lahko predstavljali tveganje v prihodnosti.«

----------------------------

Članek je bil prvotno objavljen v reviji Horizon, reviji EU za raziskave in inovacije.