Wynalazki, które zmienią życie

Które z nowych wynalazków, technologii i odkryć mają szansę znacząco wpłynąć na nasze życie w horyzoncie jednego pokolenia? Przewidywanie jest bardzo trudne, a już szczególnie, kiedy chodzi o przyszłość, stwierdził kiedyś Niels Bohr.

Trudno się z nim nie zgodzić. Niektóre z na pozór mało znaczących odkryć, wydawałoby się – czysto „technologicznych”, w krótkim czasie powodowały przeobrażenia porządku społecznego, zmieniały hierarchie wartości, prowadziły do zupełnie nowego postrzegania świata. Tak było np. z wynalezieniem prasy drukarskiej czy internetu. Tymczasem „przełomy zaplanowane”, jak lot na Księżyc czy konstrukcja naddźwiękowego samolotu pasażerskiego, mogły zaspokajać przyrodzoną nam potrzebę marzeń, ale naszego codziennego życia znacząco nie zmieniły. Szczególnie w stosunku do koniecznych nakładów. Zabawa w zgadywanie to naprawdę „tricky business”, jak mawiają Anglicy; właściwie tylko jedno jest w niej pewne: część prognoz się nie sprawdzi. Mimo wszystko postanowiłem spróbować i wybrać trzy dziedziny, w których postęp – jak sądzę – będzie najbardziej spektakularny, a jego skutki zdążymy jeszcze zobaczyć na własne oczy.

Dziesięć lat temu zskewencjonowano ludzki genom. To osiągnięcie było jednak w większej mierze symbolem niż realnym przełomem naukowym. Chociaż, rzecz jasna, można się spierać: oto klasyczny przykład projektu zakończonego sukcesem z dziedziny badań podstawowych, który długo jeszcze będzie procentować w większości nauk biologicznych (choć nie zawsze w oczywisty sposób). Optymiści są przekonani, że już wkrótce każdy z nas będzie mógł zskewencjonować swój genom i wkroczymy w erę medycyny spersonalizowanej, czyli leków dostosowanych do naszego osobistego genetycznego „garnituru”. O ile to pierwsze jest całkiem możliwe – do dziś zsekwencjonowano już kilkanaście ludzkich genomów, a koszty spadły kilkakrotnie (Human Genome Project kosztował blisko 3 mld dolarów; dziś każdy chętny może zsekwencjonować swój genom za niecałe 20 tys. dolarów) – o tyle z lekami dostosowanymi do konkretnej osoby może być już znacznie trudniej. Po pierwsze, opracowywanie nowych biofarmaceutyków zabiera coraz więcej czasu i wymaga coraz większych początkowych nakładów. Aspirynę każdy może zrobić w garażu, ale laboratorium inżynierii genetycznej nie da się tam stworzyć. Po drugie, z faktu, że leki stają się coraz bardziej wyspecjalizowane, wynika też, że można je sprzedać mniejszej liczbie pacjentów. Kiedy dodamy „po pierwsze” i „po drugie”, otrzymamy coraz wyższe ceny leków na aptecznych półkach. Firmom już w tej chwili nie opłaca się szukać leków na malarię czy inne egzotyczne choroby, i to się raczej nie zmieni. Być może więc, dzięki znajomości własnego genomu, niedługo będziemy mogli dowiedzieć się, czy mamy skłonność do alergii, albo dlaczego nie smakuje nam sok pomarańczowy, ale na prawdziwie „osobiste” pigułki jeszcze poczekamy.

Prawdziwy przełom w medycynie – taki na miarę lekarstwa na raka – jest jednak całkiem możliwy. Postęp w biologii molekularnej, jaki dokonał się w ostatnich latach, jest bowiem rzeczywiście niezwykły, choć – ze względu na skomplikowanie przedmiotu i problem z jego popularyzacją – dokonuje się raczej po cichu. Przede wszystkim, po wielu latach prób i porażek, wreszcie jesteśmy bliscy opracowania metod bezpiecznej i skutecznej ingerencji w materiał genetyczny naszych własnych komórek. Rośnie liczba udanych terapii genowych (czyli „podmieniania” niedziałających albo źle działających genów bezpośrednio w ciele), udaje się coraz lepiej sterować ekspresją wybranych genów (czyli wpływać na to, czy są włączone, wyłączone, albo np. ustawione pośrednio). Na razie większość tych osiągnięć jest oddalona co najmniej 1520 lat od praktyki klinicznej, ale wreszcie – po długich latach kompletnych porażek – część eksperymentów uwieńczyły sukcesy. Coraz częściej dochodzi także do mariażu nanotechnologii z biologią molekularną – naukowcy są już w stanie stworzyć podróżujące z krwią nanocząstki, które selektywnie atakują (np. przez dostarczenie na miejsce odpowiedniej „komórkowej trucizny”) komórki nowotworowe, a omijają te zdrowe. Dzięki terapii genowej udało się już wyleczyć kilkanaście osób (ostatnio pacjenta dotkniętego talesemią, czyli chorobą powodującą powstawanie nieprawidłowej formy hemoglobiny). Biolodzy molekularni są też o krok od zrozumienia, jak pobudzić u ludzi mechanizmy regeneracji tkanek, co przypomina pomysły z literatury sciencefiction. Na razie otrzymali myszy, którym odrastają uszy, zaś serca po uszkodzeniu zdolne są do prawdziwej „naprawy”, a nie jedynie do zabliźnienia.

Wiele z wyżej wymienionych odkryć może doprowadzić do rozwiązania problemów, nad którymi pracuje się mozolnie od dziesiątków lat.

Także na styku „klasycznej” techniki i medycyny ostatnio sporo się dzieje. Wielkie wrażenie wywierają osiągnięcia inżynierów pracujących nad stworzeniem dostępnego za akceptowalną cenę egzoszkieletu, który może diametralnie zmienić życie osób dotkniętych różnymi formami inwalidztwa. „Egzoszkielet” to po prostu mocowane na zewnątrz ciała urządzenie przystosowane do wzmacniania siły ludzkich mięśni. Najsłynniejsza firma zajmująca się ich projektowaniem, Berkeley Bionics, współpracująca z naukowcami z University of California w Berkeley, w październiku zaprezentowała swoje najnowsze dzieło, dzięki któremu ludzie od lat przywiązani do wózków inwalidzkich mogli znów samodzielnie chodzić. Egzoszkielety – konstruowane początkowo na potrzeby wojska – prawdziwy sukces odnieść mogą właśnie na cywilnym rynku. W starzejących się społeczeństwach Zachodu popyt na tego rodzaju urządzenia wydaje się niemal nieograniczony. Właściwie jedynym poważnym problemem ograniczającym rozwój tych technologii jest źródło zasilania. Tak się jednak składa, że akurat ten problem może być rozwiązany szybciej, niż się spodziewamy (więcej na ten temat w dalszej części tekstu).

Elektronika

Na rynku pojawiła się niedawno czwarta wersja iPhone’a, czyli słynnego telefonu firmy Apple. Mniej więcej w tym samym czasie Steve Jobs i spółka obdarował nas też iPadem, kolejnym produktem, który miał ruszyć z posad bryłę świata. – Najlepszą cechą iPhone’a jest to, że kiedy przekręcimy telefon o 90 stopni, automatycznie zmienia się też sposób wyświetlania treści! – mówią złośliwi. Z kolei iPad to tablet, czyli komputer prawdziwie przenośny – przypominający tabliczkę pozbawioną klawiatury (ta może być wyświetlana na ekranie). To chyba znak czasów: dwa nowe urządzenia, które, choć zgrabne i całkiem wygodne w użytkowaniu, tak naprawdę po prostu powielają istniejące już rozwiązania i są w gruncie rzeczy gadżetami. Inna sprawa, że gadżetami, które sprzedają się w milionach egzemplarzy, pomimo słonej ceny. Bez względu na to, ilu jeszcze wersji iPadów i iPhonów doczekamy się, można śmiało powiedzieć, że w szeroko pojętej elektronice użytkowej od dłuższego czasu panuje stagnacja. Jakie nowe wynalazki mogą ją przerwać? Przede wszystkim te, które wymagają wielkich mocy obliczeniowych.

Prawo Moore’a wciąż obowiązuje, i choć możliwości kolejnych wersji procesorów przeciętny użytkownik wykorzystuje głównie na symulowanie coraz bardziej realistycznych rozbryzgów krwi wrogów na ekranie, moc obliczeniowa może nam się przydać także przy innych okazjach, np. przy tłumaczeniu w czasie rzeczywistym, które wydaje się być odległe raptem o kilka lat. Systemy rozpoznawania mowy i przenoszenia jej na tekst wychodzą już z przedszkola, a ich możliwości przestają śmieszyć. Z odwrotnym problemem – syntezą dźwięku na podstawie tekstu – poradzono sobie już dawno temu. Programy translacyjne największy problem miały do tej pory z uwzględnieniem właściwego kontekstu podczas tłumaczenia, nie bardzo radziły sobie też z odczytaniem żartu, czy dwuznaczności. Z miesiąca na miesiąc stają się jednak coraz bardziej wyrafinowane i choć wciąż mogą np. pomylić „zmiatacza wolnych rodników” (ang. „free radical scavenger”) z „wolnym i radykalnym ścierwojadem”, osobisty symultaniczny tłumacz na dowolny język świata wydaje się być tuż tuż. Być może nawet jako aplikacja w dziewiątej wersji iPhone’a.

W naszych domach może też wkrótce zagościć jeszcze jedno urządzenie – uniwersalny czytnik prasy i książek. Oczywiście, już dziś niemal każda gazeta ma swoją wersję w internecie, coraz więcej przygotowuje się też wydań przystosowanych specjalnie do tabletów. Zdigitalizowane książki sukcesywnie pojawiają się w wirtualnych bibliotekach i księgarniach. Do ich „czytania” używa się dziś głównie dwóch urządzeń: wspomnianych wcześniej tabletów oraz czytników wyposażonych w tzw. „elektroniczny papier” (którego alternatywną nazwą jest... „elektroniczny tusz”). Każde z nich ma jednak wady, skutecznie hamujące ich rozpowszechnienie. Tablety powielają wiele wad innych komputerów: ich ekrany emitują światło i męczą oczy (to często słabo uświadamiany problem, który sprawia, że 99 osób na 100 wybiera tradycyjne słowo drukowane), a bateria stosunkowo szybko ulega rozładowaniu. Czytniki wykorzystujące technologię elektronicznego papieru nie męczą oczu (odbijają światło tak jak zwykła gazeta), ich baterie starczają na bardzo długo, ale nie pozwalają za to na odtwarzanie filmów czy innych dynamicznie prezentowanych treści. Do niedawna nie wyświetlały też kolorów. Wspólna wada obu urządzeń: każde z nich to sporych rozmiarów tabliczka, której nie da się złożyć w pół albo zgiąć.

Trudno stwierdzić, czy wygrają czytniki czy tablety. Osobiście stawiam na konkurenta, który pogodzi oba standardy. Będzie to urządzenie elastyczne, wyświetlające kolory i filmy wideo oraz niemęczące wzroku. Na jego dysk automatycznie ściągną się najświeższe wydania gazet i magazynów. Niemal dowolną książkę będzie można kupić jednym kliknięciem (a raczej muśnięciem palca, gdyż obsługiwać się go będzie za pomocą ekranu dotykowego). Baterię trzeba będzie ładować raz na kilka dni. „Urządzenie, które uratowało prasę”, pojawi się do końca następnej dekady.

Energetyka

W 2009 roku zainaugurowała swoją działalność nowa amerykańska instytucja – Advanced Research Projects AgencyEnergy (ARPAE), czyli Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych – Energia. Jak sama nazwa wskazuje, ARPAE ma się zajmować finansowaniem nowatorskich projektów związanych z szeroko pojętą energetyką. Wzorowano ją na legendarnej DARPA – Agencji Zaawansowanych Obronnych Projektów Badawczych Departamentu Obrony USA, utworzonej w odpowiedzi na wystrzelenie przez ZSRR „Sputnika 1”; powołano ją do istnienia po to, by „już nigdy USA nie zostały zaskoczone technologicznie na podobną skalę”. DARPA w pełni spełniła pokładane w niej nadzieje i z sukcesami funkcjonuje po dziś dzień: zawdzięczamy jej m.in. internet czy systemy bezzałogowych samolotów wspierających żołnierzy na polu walki.

Projekty finansowane przez ARPAE należą do przeróżnych kategorii. Agencja finansuje realizację pomysłów budowy nowych źródeł energii odnawialnej; wytwarzania paliw ze źródeł biologicznych (np. etanolu z celulozy), coraz lepszych baterii i akumulatorów, ale też rozwiązania prowadzące do bardziej efektywnego wykorzystania już istniejących zasobów. Niektóre z koncepcji bywają zaskakujące, jak np. akumulator... w płynie, opracowany przez profesora z MIT, służący do magazynowania nadwyżek energii z sieci elektrycznej. Jego najważniejsze zalety: nadzwyczajna zdolność szybkiej absorpcji bardzo dużych ilości energii, wysoka odporność na zużycie (prostota budowy! – akumulator nie ma żadnych części stałych), łatwa dostępność materiałów niezbędnych do produkcji (nie trzeba ich sprowadzać np. z Bliskiego Wschodu), prosty proces technologiczny, znakomity stosunek masy do ilości zgromadzonej energii.

Jest jeszcze korzyść najważniejsza – niski koszt, na co zwrócili uwagę eksperci z ARPAE oceniający projekty; zauważyli, że akumulator w płynie ma wreszcie szansę złamać barierę wydatkową uniemożliwiającą dotąd szybkie wprowadzenie na rynek innych urządzeń magazynujących energię elektryczną i łatwe włączanie ich do krajowej sieci energetycznej. Aktualnie istniejące rozwiązania krótkotrwałego „zagospodarowywania” nadwyżek mocy (np. sprężanie powietrza, przepompowywanie wody między zbiornikami na różnych poziomach, produkcja wodoru) są mało wydajne, często dość skomplikowane w zastosowaniu, a zwykle po prostu zbyt drogie. Warto zauważyć, że organizacja produkcji i przesyłu prądu elektrycznego, dotąd oparta zwykle na kilku dużych dostarczycielach mocy, będzie nieuchronnie ewoluować w stronę sieci bardziej dynamicznej, w której obok dużych elektrowni będą współistnieć tysiące rozproszonych „elektrowni” w skali mikro.

Szybciej, niż się spodziewamy ich funkcję mogą spełnić... gospodarstwa domowe. Fotowoltaika przeżywa renesans; wydajność ogniw słonecznych rośnie o kilka procent rocznie, a stają się przy tym coraz trwalsze. Nawet na naszej szerokości geograficznej już wkrótce będą w stanie zapewnić większość energii potrzebnej do zasilania domowych urządzeń. Postęp zauważa się też w energetyce wiatrowej. Dziś ten sposób produkcji energii wciąż jest relatywnie drogi, ale koszty ciągle spadają. Kiedy samochody hybrydowe i elektryczne zaczną wreszcie być sprzedawane masowo (najszybciej stanie się to w USA i Japonii), a ich baterie stworzą dodatkowy magazyn energii w „sieci inteligentnej”, nastąpi efekt synergii. Do tego czasu nawet o rząd wielkości może wzrosnąć też efektywność przenośnych akumulatorów. Nadejdzie w końcu czas, że pożegnamy „baterie paluszki”.