Öngyógyító, biohibrid épületek, kvantumszámítógépek, tervezéssel garantált biztonság, háztartási robotok és mesterséges intelligenciával segített járványkészültség. Néhány azok közül az izgalmas projektek közül, amiben idén Európa kutatói igyekeznek átformálni azt, ahogy élünk, dolgozunk és tervezzük a városainkat.
Ahogy a tudomány folyamatosan feszegeti a határokat, a következő évek önszabályozó városokkal, gondoskodó robotokkal és a jövőbeli járványok elleni okosabb védelemmel lephetnek meg minket. Öt izgalmas projektet gyűjtött össze Európa vezető kutatóitól a Horizon magazin, az Európai Unió kutatási és innovációs kiadványa.
Bioépítészet – vissza a természethez
Képzeljünk el egy olyan várost, ahol az épületek „élnek” – olyan szerkezeteket, melyek megkötik a szennyeződéseket, és dinamikusan alkalmazkodnak. Phil Ayres építész szerint ez a jövőkép karnyújtásnyira van.
Szerinte a biohibrid építészet legújabb eredményei a gombaalapú anyagoktól a kúszónövényekig új lehetőségeket nyitnak a fenntartható tervezés terén, és átformálják a városi környezetünket.
Városaink tervezése lényegében egyetlen céllal történik: hogy szolgálják az embert. A szakember biohibrid építészet terén végzett munkája egy olyan jövő irányába mutat, amelyben az élőlények aktív szerepet játszanak az épített környezetben, segítve az embereket, hogy újra megtalálják a kapcsolatot a természet világával.
Azt kutatja, hogyan lehetne építőanyagként használni az élőlényeket, például a gombákat (a Fungateria és Fungal Architectures projektben) és a kúszónövényeket (a Flora Robotica projektben).
„A hagyományos építőanyagokat általában bányásszák, szállítják, majd magas hőmérsékleten feldolgozzák, mielőtt tartós építőipari alkotóelem lenne belőlük. Mi azt vizsgáljuk, hogyan lehetne élő komplexumokat felhasználni az épületek szövetének részeként ” – magyarázza.
A gombaalapú anyagok egyelőre nem elég erősek ahhoz, hogy helyettesíthessék a betont vagy acélt, de Ayres úgy látja, hogy az épületekben ezeken túlmenően is sok más anyag található.
Ha elkezdjük az épületeink egy részét növeszteni – nagyon hasonlóan ahhoz, ahogy a fákat neveljük –, különböző környezeti előnyöket érhetünk el, például a szén-dioxid megkötését/tárolását és a nagyobb biológiai sokféleséget. Ez a megközelítés az épületeken túl a városi infrastruktúra más elemeire is kiterjedhet.
Ha valaki egy modern városban sétálgat, láthatja, hogy a növények csak kis foltokban, a rengeteg beton és acél árnyékában találhatók.
A biohibrid építészet ezzel szemben támaszkodhat az erdészeti és mezőgazdasági hulladékokra, valamint az élelmiszeripar és az ipari folyamatok melléktermékeire is, támogatva a körforgásos gazdaságot. Az élő anyagok akár további funkciókat is betölthetnek, például a levegő vagy a víz szűrését vagy önmaguk javítását sérülésük esetén.
Ahogy új anyagokat találunk fel, újra kell gondolnunk az ellátási láncokat, az építőipari módszereket, de még az élő, növekvő szerkezetek nyújtotta esztétikai lehetőségeket is – végső soron olyan tereket létrehozva, amelyek újra kapcsolatba hoznak minket a külvilággal.
Ayres elismeri, hogy az építőipar óvatos, és lassan változik; ezt támasztja alá, hogy egy évszázada majdnem ugyanúgy építkezünk. Az élő anyagok kutatása azonban gyorsan halad.
Bár ezek az anyagok egyelőre nem használhatók elsődleges szerkezeti elemekhez, lehetséges, hogy a jövőbeli változatok már képesek lesznek azt a szilárdságot és tartósságot biztosítani, amely a komplett épületek hordozásához szükséges.
Bővebben: A gombáktól az új építészetig: az élő, öngyógyító épületek megérkezése
Egyre közelebb a kvantumalapú számítástechnikához
A kvantumalapú számítástechnika a laboratóriumból egyre inkább bekerül a mindennapi életbe. Giulia Acconcia olasz elektronikai mérnök szerint az európai kutatók most lépnek át az elmélet területéről a gyakorlatba – és ennek mélyreható következményei vannak az adatbiztonság és az akkumulátorokkal kapcsolatos innovációk területén.
„Számos európai vállalat foglalkozik kvantumtechnológiákkal, ami annak a jele, hogy a kvantumszámítógépek egyre közelebb jutnak a mindennapi felhasználáshoz. Az elmúlt évtizedben valódi fejlődést láttunk, de az elmúlt öt évben különösen felgyorsultak az események” – mondja a Milánói Politechnikai Egyetem professzora. Úgy gondolja, hogy a hatékony kvantumgépek hamarosan olyan problémákat fognak megoldani, amelyekkel napjaink szuperszámítógépei nem boldogulnak.
Csoportja az EU által finanszírozott QLASS projektben fotonok használatával épít kvantumszámítógépet – a fotonok apró fénycsomagok, amelyek gyorsabban haladnak, mint az elektronok, és több információt is képesek hordozni.
„Ez lehetővé teszi, hogy növeljük azt az információmennyiséget, amelyet a kvantumszámítógép hullámvezetőiben továbbítani lehet” – teszi hozzá. Egy fotonchip úgy néz ki, mint egy üvegből épített utakból álló miniatűr hálózat – ezeken száguldoznak a fotonok.
A kutatók egyik célja az, hogy kvantumalapú számításokkal optimalizálják az akkumulátorok tervezését, ami önmagában egy komplex, sokváltozós kihívás. A jobb optimalizálás lerövidítheti a járművek töltési idejét, és lehetővé teszi, hogy a gépkocsik kisebb akkumulátorokkal is nagyobb távolságokat tehessenek meg.
A jövő felhasználóinak nem kell majd közvetlenül kezelnie a kvantumszámítógépeket. Az emberek, hasonlóan ahhoz, ahogy a fotóikat tárolják a felhőben, távolról fogják elérni a kvantumgépeket, és kérnek tőlük komplex számításokat.
Bővebben: A kvantumkód feltörése: a fény és az üveg átalakítja a számítástudományt
A hormonháztartást megzavaró vegyszerek ma már mindenütt ott lapulnak
A hétköznapi termékekben használt vegyi anyagok idővel megzavarhatják a szervezetünk működését. Majorie van Duursen holland toxikológus a nők egészségére leselkedő veszélyeket kutatja, elmondja, hogy a hatékonyabb szabályozás – és az okosabb személyes döntések – hogyan csökkenthetik a hosszú távú károkat.
Sok vegyszer zavarhatja az emberi hormonok működését, és tartós egészségügyi hatásokat okozhat – figyelmeztet a Vrije Universiteit Amsterdam kutatója. Az EU által finanszírozott FREIA kezdeményezés keretében végzett kutatómunkája a belsőelválasztású mirigyek működését megzavaró vegyszereket és ezeknek az emlőrákkal, a terméketlenséggel, a terhesség közben megjelenő komplikációkkal, a korai menopauzával és az endometriózissal való kapcsolatait vizsgálja.
„Egyre többet tudunk meg az ezeknek az anyagoknak való fiatalkori kitettségről. Nem mindig »a dózis jelenti a mérget«, többet számíthat, hogy mikor vagyunk kitéve akár alacsony dózisnak is. A hormonok alakítják ki a szervezet tervrajzát, és ha megváltoztatjuk őket, ennek hosszan tartó hatásai lehetnek” – magyarázza.
A folyamatban levő kutatások feltárják a probléma teljes mélységét, és a vizsgálatok azt mutatják, hogy a hormonháztartást megzavaró vegyszerek hosszú távon egészségügyi problémákhoz és akár olyan betegségekhez is vezethetnek, melyeket korábban nem ismertünk fel, például szívbetegséget is okozhatnak.
Bár lehetetlen minden vegyszert elkerülni, mégis mindenki csökkentheti a kitettségét hangsúlyozza van Duursen.
„Ne vásároljunk olcsó műanyag játékokat online, mert ezek olyan országokból érkezhetnek, ahol gyengébb a szabályozás. Válasszunk az EU-ban jóváhagyott játékokat. Ne tegyünk a mikrohullámú sütőbe műanyag edényeket. Keressünk olyan testápoló szereket, amelyekben kevesebb az adalékanyag, és tegyük fel magunknak a kérdést, hogy mely vegyszerekre van valóban szükségünk” – tanácsolja.
Csak a műanyagokban több mint 16 ezerféle vegyi anyagot azonosítottak, kiemelve, hogy a kompromisszumra van szükség a kényelem és az egészség között. Mint mondja, nem akarják az összes vegyszert betiltani, sok közülük tényleg hasznos.
„Sokukról azonban még kulcsfontosságú információk hiányoznak, még Európában is. A jelenlegi kutatások nem derítik fel az összes egészségügyi hatást, ezért erősebb szabályozásra és az anyagok kezdetektől fogva biztonságosabb megtervezésére van szükség, ahelyett, hogy akkor fedeznénk fel a problémákat, amikor már túl késő” – emeli ki.
Háztartási robotok: egy lépéssel közelebb a valósághoz
Képzeljünk el egy olyan robotot, amely ételt készít az időseknek, nehéz tárgyakat emel fel, vagy biztonságosan szétszereli a régi készülékeket. Aleš Ude szlovén robotikai kutató hisz benne, hogy ezek a forgatókönyvek közelebb lehetnek, mint gondolnánk – de még mindig vannak kulcsfontosságú kihívások, például, hogy a robotokat megfelelő szintű empátiával és józan ésszel kell ellátni.
Az otthonokban és kórházakban segítő általános célú robotok a mesterséges intelligencia gyors fejlődésének köszönhetően egy évtizeden belül valósággá válhatnak a szlovén Jožef Stefan Intézet kutatója szerint.
Ude a ReconCycle kezdeményezés keretében jelenleg most azt vizsgálja, hogyan tudnák a robotok az elektronikai berendezések széles skáláját szétszerelni az újrahasznosításhoz.
„A gazdagok kivételével szinte senkinek nincs napi 24 órás háztartási segítője, miközben sokan akár elég jelentős összegeket is kifizetnének egy ilyen robotért” – mondja. Vannak olyan próbaprojektek, amelyek már napjainkban is robotokat használnak kórházakban az idős betegek támogatására.
Megjegyzi: ahhoz, hogy ilyen környezetekben tudjanak működni, a robotoknak valószínűleg humanoid formára lesz szükségük: a kórházak az emberi testfelépítéshez vannak kialakítva, és a lábak olyan helyek megközelítését is lehetővé teszik, melyekhez a kerekes robotok nem férnek hozzá. Ezenkívül rendkívül megbízhatónak, biztonságosnak és robusztusnak is kell lenniük ahhoz, hogy túléljék az elkerülhetetlen baleseteket.
A hagyományos előzetes programozás megfelelő az ipari robotokhoz, de nem alkalmas a rendezetlen, kiszámíthatatlan otthoni környezetbe. A robotokban nincs meg a józan ész, vagyis az a képesség, hogy megfelelően reagáljanak a váratlan eseményekre, és elkerüljék a veszélyes hibákat. A generatív AI és az emberi agy által inspirált neurális hálózatok segítik a robotokat, hogy ilyen bizonytalan körülmények között jobban elboldoguljanak.
Ude csoportja az ember–robot együttműködést is kutatja. A kommunikáció a nagy nyelvi modellekkel ugrászerűen javult, de a háztartási és kórházi robotoknak a neurális hálózataik segítségével képesnek kell lenniük előrelátni a gondozására bízott személy szándékait.
Ha beteg vagy idős emberekről kell gondoskodniuk, elengedhetetlen egy bizonyos mértékű empátia – ez pedig továbbra is kihívás a kutatók számára.
Bár a robotporszívók már általánosan elterjedtek, egy hasznos háztartási robotnak sok különböző egyéb feladatot is meg kell oldania. Ude szerint egyelőre nem lehetünk biztosak abban, mire lesznek képesek ezek a robotok tíz év múlva. Ahogy azonban érik a technológia, valószínű, hogy viszonylag gyorsan bekövetkezik a széles körű alkalmazásuk az otthonokban és a kórházakban.
Itt a következő világjárvány? Számítsunk a váratlanra
Mi jöhet a COVID-19 után? Marion Koopmans holland virológus szerint éberségre, adatokra és a civil tudományra van szükség Európában a jövőbeli járványok elleni küzdelemben.
Az újabb világjárvány elkerülhetetlen, a rotterdami Erasmus Medical Centre professzora szerint. Nem tudjuk, mikor következik be, honnan indul vagy milyen formában jelenik meg – de így is felkészülhetünk rá.
A világjárványok bizonytalansággal kezdődnek: a legkorábbi napokban gyakran nem világos, hogy kit fertőz meg, hogyan terjed, és milyen gyorsan vándorol a kórokozó. A megfelelő adatok, a mesterséges intelligencia és a civil tudomány hozzájárulása azonban segítheti a kutatókat és orvosokat abban, hogy korábban és hatékonyabban cselekedhessenek.
Amikor lecsapott a COVID-19, Koopmans a Versatile Infectious Diseases Observatory (VEO) nevű projektet vezette, amelynek célja egy időtálló felügyeleti rendszer kialakítása az új betegségek ellen.
„A COVID-19 nagy hatású világjárvány volt, de lehetett volna rosszabb is. Az elején nagy volt a zűrzavar, mert egy új betegségre választ adni olyan, mintha egy hajót menet közben építenénk meg” – mondja.
Hozzáteszi: idő kell ahhoz, hogy a kutatások válaszokat adjanak, ugyanakkor kulcsfontosságú a gyors cselekvés. Mivel a járványkitörések világszerte gyorsulnak, ébernek kell maradunk, és meg kell erősítenünk a korai jelzőrendszereket.
A közelmúlt eseményei azt is megmutatták, miért. „Nemrégiben láthattuk, hogyan tört ki a majomhimlő a Kongói Demokratikus Köztársaság egyik erdős bányavidékén. A kitörések akárhonnan elindulhatnak, és nem reális elvárni az orvosoktól, hogy mindenkit minden kórokozóra leteszteljenek. Jobbnak kell lennünk abban, hogy időben kiszúrjunk minden olyan szokatlan dolgot, amelyek azonnali vizsgálatot igényelnek; különösen olyan régiókban, ahol növekvő a kockázat” – hangsúlyozza.
A kockázat olyan helyeken nagyobb, ahol az emberek állatokkal érintkeznek, így teremtve lehetőséget az átterjedésre. A VEO különböző típusú adatok kombinálásával vizsgálta az ilyen a forgatókönyveket, például ahol a madarak vonulási útvonalán nagy tömegben tartanak háziszárnyasokat.
Az elmúlt évek egyik nagy tanulsága, hogy számítani kell a váratlanra: a 2009-es sertésinfluenza-világjárvány például – a széles körben elfogadott feltételezésekkel szemben – nem Ázsiából indult, hanem Dél-Amerikából.
„A kutatásaink számos lehetséges kiindulási útvonalra hívták fel a figyelmet a madárinfluenzától a nyugat-nílusi víruson át az olvadó permafroszttal kapcsolatos betegségekig és olyan fertőzésekig, melyek gyorsan szétterjedhetnek a nagyobb városokban” – sorolja.
Előretekintve ugyanakkor abban bízik, hogy fel tudunk építeni egy globális, integrált adattárat a tudományos kutatások, az egészségügyi megfigyelések és környezet nagy léptékű megfigyelése alapján. Ebben a hétköznapi emberek is szerepet játszhatnak, ha jelentik a szokatlan dolgokat, például elpusztult madarakat vagy, ha új szúnyogfajokat észlelnek.
„Azt is vizsgáljuk, hogyan lehetne mesterséges intelligenciával megjelölni az ezekből a forrásokból származó lehetséges előjeleket, és a széles körű genetikai észlelés hogyan találhat meg olyan új vírusokat a vad- vagy a haszonállatokban, amelyek a jövőben kockázatot jelenthetnek” – teszi hozzá.
