Tiede jatkaa rajojen rikkomista, ja se saattaa tulevina vuosina yllättää meidät itseään parantavilla kaupungeilla, hoivaroboteilla ja älykkäämmillä puolustuskeinoilla tulevaisuuden pandemioita vastaan. Tässä esitellään viisi tulevaisuuden näkemystä Euroopan johtavilta tutkijoilta.
Bioarkkitehtuuri – paluu luontoon
Kuvittele kaupunki, jossa rakennukset ovat eläviä rakenteita, jotka imevät saasteita ihmisten kävellessä ohi ja sopeutuvat ympäristöön kasvamalla. Arkkitehti Phil Ayres uskoo, että tämä visio on saavutettavissa.
Hän selittää, kuinka biohybridiarkkitehtuurin viimeaikaiset edistysaskeleet sienipohjaisista materiaaleista kiipeäviin kasveihin avaavat mahdollisuuksia kestävälle suunnittelulle ja uudistavat kaupunkiympäristöjämme.
Philip Ayres Horizon
Kööpenhaminassa sijaitsevan Tanskan kuninkaallisen akatemian professori Ayresin mukaan kaupunkimme on pitkälti suunniteltu palvelemaan yhtä lajia: ihmistä. Hänen työnsä biohybridiarkkitehtuurien parissa tasoittaa tietä tulevaisuudelle, jossa muut elävät organismit ovat aktiivisessa roolissa rakennetussa ympäristössä ja auttavat ihmisiä luomaan uudelleen yhteyden luontoon.
Hän on tutkinut, miten organismit, kuten sienet (Fungateria- ja Fungal Architectures -hankkeissa) ja köynnökset (Flora Robotica -hankkeessa), voisivat toimia arkkitehtonisina materiaaleina.
– Perinteiset rakennusmateriaalit yleensä louhitaan, kuljetetaan ja käsitellään korkeissa lämpötiloissa, ennen kuin niistä tulee kestäviä rakennusten osia, hän selittää.
– Tutkimme, miten eläviä komplekseja voitaisiin hyödyntää osana rakennuksen rakennetta.
Vaikka sienimateriaalit eivät ole vielä riittävän vahvoja korvatakseen betonia tai terästä, Ayres huomauttaa, että rakennukset ovat riippuvaisia monista muistakin materiaaleista näiden kahden lisäksi.
Jos alamme kasvattaa osia rakennuksistamme – aivan kuten kasvatamme puita – pystymme ehkä saavuttamaan ympäristöhyötyjä, joita ovat muun muassa hiilensidonta ja lisääntynyt luonnon monimuotoisuus. Tätä lähestymistapaa voitaisiin laajentaa rakennusten ulkopuolelle myös muihin kaupunki-infrastruktuurin muotoihin.
Jokainen modernissa kaupungissa kävelevä voi nähdä, kuinka pienet viheralueet jäävät laajojen betoni- ja teräspintojen varjoon.
Biohybridiarkkitehtuuri voisi hyödyntää myös metsätalous- ja maatalousjätteitä sekä elintarvikkeiden ja teollisuusprosessien sivutuotteita, mikä tukisi paremmin kiertotaloutta. Elävät materiaalit saattavat jopa mahdollistaa lisäominaisuuksia, kuten ilman tai veden suodatus tai itsensä korjaaminen vaurioitumisen tapauksessa.
Uusien materiaalien kehittämisen myötä meidän on ehkä uudistettava toimitusketjuja, rakennusmenetelmiä ja jopa elävien, kasvavien rakenteiden ulkonäköä koskevia mahdollisuuksia – viime kädessä luomalla tiloja, jotka yhdistävät meidät uudelleen luontoon.
Ayres myöntää, että rakennusalalla suhtaudutaan muutoksiin varovaisuudella ja muutokset ovat hitaita. Olemme rakentaneet pitkälti samalla tavalla vuosisadan ajan. Elävien materiaalien tutkimus etenee kuitenkin nopeasti.
Vaikka näitä materiaaleja ei vielä voi käyttää pääasiallisina rakenneosina, tulevaisuuden versiot saattavat olla riittävän lujia ja kestäviä tukeakseen kokonaisia rakennuksia.
Lue lisää (artikkeli englanniksi): Sienistä uuteen arkkitehtuuriin: elävien, itseään korjaavien rakennusten nousu
Kvanttitietokoneiden tulevaisuus lähestyy
Kvanttilaskenta siirtyy tasaista vauhtia laboratorioista arkielämään. Italialainen elektroniikkainsinööri Giulia Acconcia selittää, miten eurooppalaiset tutkijat siirtyvät teoriasta käytäntöön – millä on merkittäviä vaikutuksia tietoturvaan ja akkuinnovaatioihin.
Giulia Acconcia Horizon
Milanon polyteknisen yliopiston professori Giulia Acconcian mukaan yhä useammat eurooppalaiset yritykset ovat kiinnostuneita kvanttiteknologioista, mikä on merkki siitä, että kvanttitietokoneet ovat lähempänä tosielämän käyttötilanteita. Hän uskoo, että tehokkaat kvanttikoneet pystyvät pian ratkaisemaan ongelmia, joiden ratkaisuun nykyiset supertietokoneet eivät pysty.
– Viimeksi kuluneen vuosikymmenen aikana olemme nähneet todellista edistystä, mutta kehitys on kiihtynyt viimeisten viiden vuoden aikana, hän sanoo.
– Kvanttitietokoneet tulevat siirtymään tutkimuslaboratorioista ja alkavat vaikuttaa ihmisten elämään.
EU:n rahoittamassa QLASS-hankkeessa hänen tiiminsä rakentaa kvanttitietokonetta käyttäen fotoneja. Fotonit ovat pieniä valopaketteja, jotka kulkevat nopeammin kuin elektronit ja voivat koodata enemmän tietoa.
– Tämä antaa meille mahdollisuuden lisätä kvanttitietokoneen lasisten aaltoputkien sisällä lähetettävän tiedon määrää, hän selittää.
Hän lisää, että fotonisiru on ikään kuin pienoiskokoinen lasiteiden verkosto, jota pitkin fotonit kiitävät.
Yksi tutkijoiden keskeisistä tavoitteista on kvanttilaskennan käyttö akkujen suunnittelun optimointiin. Tämä on monimutkainen haaste, johon liittyy monia muuttujia. Parempi optimointi voisi lyhentää sähköajoneuvojen latausaikoja ja auttaa autoja kulkemaan pidempään pienemmillä akuilla.
Tulevaisuuden käyttäjien ei tarvitse käyttää kvanttitietokoneita suoraan. Ihmiset käyttävät kvanttikoneita etäyhteyden kautta ja pyytävät niitä suorittamaan monimutkaisia laskelmia samaan tapaan kuin valokuvien tallentamisessa pilveen.
– Nämä ongelmat ovat niin vaativia, että perinteiset tietokoneet eivät yksinkertaisesti pysty ratkaisemaan niitä kohtuullisessa ajassa, Acconcia sanoo.
Lue lisää (artikkeli englanniksi): Kvanttikoodia murtamassa: valo ja lasi tulevat mullistamaan tiedonkäsittelyn
Hormoneja häiritseviä kemikaaleja piilee kaikkialla
Arkipäivän tuotteissa käytetyt kemikaalit voivat aiheuttaa huomaamatta haittaa kehossamme ajan myötä. Naisten terveyteen kohdistuvia riskejä hollantilainen toksikologi Majorie van Duursen selittää, kuinka parempi sääntely – ja älykkäämmät henkilökohtaiset valinnat – voisivat lieventää pitkän aikavälin haittoja.
Majorie van Duursen Horizon
Vrije Universiteit Amsterdam -yliopistossa työskentelevä van Duursen varoittaa, että monet kemikaalit voivat häiritä hormonitoimintaa ja aiheuttaa pysyviä terveysvaikutuksia. Hänen tutkimuksessaan osana EU:n rahoittamaa FREIA-hanketta tarkasteltiin hormonitoimintaa häiritseviä kemikaaleja ja niiden yhteyksiä rintasyöpään, hedelmättömyyteen, raskauskomplikaatioihin, ennenaikaisiin vaihdevuosiin ja endometrioosiin.
– Saamme jatkuvasti lisää tietoa siitä, mitä seurauksia näille kemikaaleille elämän varhaisessa vaiheessa altistuminen aiheuttaa. Ei pidä paikkansa, että myrkylliseen vaikutukseen tarvitaan suuri määrä haitallista ainetta, koska tärkeämpää on se, milloin altistus tapahtuu, vaikka annokset olisivat hyvin pieniä. Hormonit muokkaavat kehosi koostumusta, ja hormonien muutoksista voi syntyä pitkäaikaisia vaikutuksia.
Meneillään olevasta tutkimuksesta selviää ongelman laajuus, ja tutkimukset osoittavat, että kemikaalien aiheuttamat hormonitoiminnan häiriöt johtavat pitkäaikaisiin terveysongelmiin, joita ovat mm. aiemmin tunnistamattomat sairaudet, kuten sydänsairaudet.
Vaikka kaikkia kemikaaleja on mahdotonta välttää, van Duursen korostaa, että yksilöt voivat silti vähentää altistumistaan.
– Älä osta halpoja muovileluja verkkokaupoista, sillä ne saattavat tulla maista, joissa on löyhemmät säännökset. Valitse ostokoriisi vain EU:ssa hyväksyttyjä leluja, hän neuvoo.
– Älä laita muovisia keittoastioita mikroaaltouuniin. Ja pyri ostamaan henkilökohtaisen hygienian tuotteita, joissa on vähemmän lisäaineita – meidän pitäisi kysyä, mitä kemikaaleja todella tarvitaan.
Pelkästään muoveista on tunnistettu yli 16 000 kemikaalia, mikä korostaa kätevyyden ja terveyden välistä kompromissia.
– Emme halua kieltää kaikkia kemikaaleja – monet niistä ovat todella hyödyllisiä, hän sanoo.
– Mutta meiltä puuttuu tärkeitä tietoja suuresta osasta niistä, jopa Euroopassa. Nykyiset testit eivät ota huomioon kaikkia terveysvaikutuksia, joten tarvitsemme tiukempaa sääntelyä ja turvallisempaa materiaalisuunnittelua alusta alkaen, jotta ongelmia ei huomata liian myöhään.
Kotibotit ovat pian todellisuutta
Kuvittele robotti, joka auttaa vanhusta ihmistä valmistamaan aterioita, nostamaan raskaita esineitä tai purkamaan vanhoja laitteita turvallisesti. Slovenialainen robotiikan tutkija Aleš Ude uskoo, että nämä tilanteet saattavat olla lähempänä kuin luulemme. Merkittäviä haasteita on edelleen kuitenkin ylitettävänä, kuten robottien varustaminen oikeanlaisella empatialla ja arkijärjellä.
Yleiskäyttöiset robotit, jotka auttavat kotona tai sairaaloissa, saattavat olla mahdollisia jo vuosikymmenen kuluessa, sanoo tohtori Ude Jožef Stefan -instituutista Sloveniassa. Tämä on suurelta osin tekoälyn nopean kehityksen ansiota.
Aleš Ude Horizon
ReconCycle-hankkeessa Ude tutki, miten robotit voisivat purkaa monenlaisia elektroniikkalaitteita kierrätystä varten.
– Lähes kenelläkään – rikkaimpia lukuun ottamatta – ei ole käytössään 24 tunnin kotiapua. Monet ihmiset maksaisivat tuollaisesta robotista huomattavasti, hän sanoo.
Joissakin pilottihankkeissa robotteja käytetään jo iäkkäiden potilaiden avustamiseen sairaaloissa.
Ude huomauttaa, että toimiakseen näissä ympäristöissä robottien on todennäköisesti oltava humanoidimuotoisia: sairaalat rakennetaan ihmisen anatomian ympärille, ja jalat mahdollistavat pääsyn paikkoihin, joihin pyörillä liikkuvat robotit eivät pääse. Niiden on myös oltava erittäin luotettavia, turvallisia ja kestäviä selvitäkseen väistämättömistä vahinkotilanteista.
Perinteinen esiohjelmointi, joka toimii teollisuusrobottien tapauksessa, ei sovellu sotkuiseen ja arvaamattomaan kotiympäristöön. Roboteilta puuttuu arkijärki – kyky reagoida asianmukaisesti odottamattomiin tapahtumiin ja välttää vaarallisia virheitä. Ihmisaivoista innoitusta saanut generatiivinen tekoäly ja neuroverkot auttavat robotteja selviytymään tällaisesta epävarmuudesta paremmin.
Uden tiimi tutkii myös ihmisen ja robotin yhteistyötä. Viestintä on parantunut dramaattisesti suurten kielimallien avulla, mutta koti- tai sairaalarobottien on tulevaisuudessa pystyttävä ennakoimaan ihmisen aikomukset neuroverkkojensa avulla.
Ja jos niiden on määrä hoitaa sairaita tai vanhuksia, tietynasteinen empatia on välttämätöntä – ja tämä on edelleen ylittämätön haaste.
Robotti-imurit voivat olla nykyään yleisiä, mutta hyödyllisen kotona avustavan humanoidirobotin on hoidettava monia eri tehtäviä. Uden mukaan on epävarmaa, mihin nämä robotit pystyvät 10 vuoden kuluttua. Kun teknologia kypsyy, ne otetaan todennäköisesti nopeasti laajalti käyttöön kodeissa ja sairaaloissa.
Seuraava pandemia: varaudu odottamattomaan
Mikä on seuraavana koronapandemian jälkeen? Hollantilainen virologi Marion Koopmans väittää, että valppauden, datan ja kansalaistieteen tulisi ohjata Euroopan taistelua tulevia epidemioita vastaan – ja selittää, miksi pandemiat ovat harvoin ennustettavissa.
Rotterdamin Erasmus-sairaalassa työskentelevän professori Koopmansin mukaan uusi pandemia on väistämätön. Emme tiedä milloin se tapahtuu, missä se alkaa tai minkä muodon se ottaa – mutta voimme silti valmistautua.
Pandemioiden alussa on epävarmuutta: alussa on usein epäselvää, kuka tartunnan saa, miten taudinaiheuttaja leviää ja kuinka nopeasti se liikkuu. Hyvä data, tekoäly ja tavallisten kansalaisten tarjoamat tiedot voivat kuitenkin auttaa tiedemiehiä ja lääkäreitä toimimaan aikaisemmin ja tehokkaammin.
Marion Koopmans Horizon
Koronapandemian alkaessa Koopmans johti Versatile Infectious Diseases Observatory (VEO) -hanketta, jonka tavoitteena oli suunnitella tulevaisuudenkestävä uusien sairauksien valvontajärjestelmä.
– Covid-19 oli erittäin voimakas pandemia, mutta se olisi voinut olla pahempikin. Alussa oli sekavuutta, koska uuteen tautiin reagoiminen on kuin laivan rakentamista purjehtiessa, hän sanoo.
– Vastausten saaminen tutkimuksista vie aikaa, mutta nopea toiminta on ratkaisevan tärkeää. Koska epidemioiden leviäminen kiihtyy maailmanlaajuisesti, meidän on pysyttävä valppaina ja vahvistettava ennakkovaroitusjärjestelmiä.
Viimeaikaiset tapahtumat osoittavat, miksi tämä on tarpeen.
– Olemme juuri nähneet apinarokkoepidemian Kongon demokraattisen tasavallan metsäisellä kaivosteollisuuden alueella. Epidemiat voivat alkaa missä tahansa, ja on epärealistista odottaa lääkäreiden testaavan kaikkia mahdollisia taudinaiheuttajia. Meidän on parannettava kykyämme havaita kaikki poikkeavat tilanteet, joita on tarpeen tutkia välittömästi – erityisesti alueilla, joilla riski kasvaa.
Nämä riskit kasvavat, kun ihmiset ovat kosketuksissa eläinten kanssa, sillä se lisää leviämisen mahdollisuutta. VEO tutki tällaisia tilanteita yhdistämällä erityyppisiä tietoja, esimerkiksi tutkimalla alueita, joilla on sekä muuttolintujen reittejä että runsaasti siipikarjankasvatusta.
Yksi viime vuosien tärkeä oppitunti on hänen mukaansa odottamattomaan varautuminen: esimerkiksi vuoden 2009 sikainfluenssapandemia ei alkanut Aasiassa, kuten laajalti oletettiin, vaan Etelä-Amerikassa.
– Tutkimuksemme ovat tuoneet esiin useita mahdollisia leviämisreittejä lintuinfluenssasta ja Länsi-Niilin viruksesta ikiroudan sulamiseen liittyviin sairauksiin ja infektioihin, jotka voisivat levitä nopeasti suurkaupungeissa.
Tulevaisuudessa Koopmans toivoo näkevänsä maailmanlaajuisen, integroidun tietovaraston, joka hyödyntää tieteellisiä tutkimuksia, kansanterveyden seurantaa ja laajamittaista ympäristön seurantaa. Myös kansalaiset voivat osallistua ilmoittamalla epätavallisista löydöksistä, kuten kuolleista linnuista tai uusista hyttyshavainnoista.
– Tutkimme myös, miten tekoäly voisi nostaa esiin näistä lähteistä tulevia mahdollisia signaaleja ja miten laaja-alaiset geneettiset havaitsemistyökalut voisivat havaita uusia, mahdollisesti tulevaisuudessa riskejä aiheuttavia viruksia villieläimissä tai karjassa.
Tämä artikkeli on julkaistu alun perin EU:n tutkimus- ja innovaatiolehti Horizonissa.