Obetavne nove tehnologije: od cepiv proti raku do uničevalca večnih kemikalij

Svetovni gospodarski forum (World Economic Forum – WEF) v letošnji 14. izdaji poročila o obetavnih novih tehnologijah izpostavlja napredek v več panogah, od farmacije do energetike in umetne inteligence.

Pri WEF so izbrali nove tehnologije, ki se po njihovi oceni bližajo točki, ko bodo pomagale oblikovati vse bolj negotov sodobni svet in vnesti odpornost v vse bolj krhke sisteme. Toda na poti še vedno stojijo različni izzivi, od regulatornih do tehnoloških, kar poročilo obravnava v strateški napovedi za vsako tehnologijo do leta 2031.

“Mnoge od teh tehnologij postajajo bolj osebne, zasnovane okoli enega pacienta ali enega konteksta in ne neke standardizirane celote. Mnoge postajajo bolj razpršene, saj proizvajajo hrano, energijo in kritične materiale bližje lokacijam, kjer se porabljajo. Tretja težnja je, da mnoge od teh tehnologij naredijo več z manj, proizvajajo hlajenje brez energije, beljakovine brez čred in kemijo brez nenehnih odpadkov,” ugotavljata glavna avtorja poročila, izvršni urednik pri založniku Forntiers Frederick Fenter in poslovni direktor Svetovnega gospodarskega foruma Jeremy Jurgens.

Ne gre pa pozabiti na dejstvo, da te nove tehnologije v nekaterih primerih odgovarjajo na tveganja in negativne posledice preteklih tehnoloških inovacij in napredka: razvoj metod za uničevanje večnih plastik (molekul PFAS) na primer rešuje težavo, ki je nastala zaradi samega izuma večnih kemikalij in njihove široke uporabe.

Vsa energija v omrežju

Električna omrežja po svetu doživljajo veliko preobrazbo s prehodom na obnovljive vire, a pri tem včasih pride do situacij, ko energije ni dovolj, ali pa je ni mogoče mobilizirati takrat, ko je potrebna. Odgovor na to je omrežje, v katerem vsaka stavba, vozilo in naprava lahko hrani energijo, jo vrne v omrežje in pomaga uravnavati ponudbo in povpraševanje v realnem času.

Najpomembnejša sprememba na tem področju je tehnologija baterijskih celic, saj litij-ionske baterije na osnovi kobalta in niklja (ki sta dostopna le na specifičnih lokacijah na svetu) lahko nadomestijo baterije z bolj dostopnimi minerali, kot sta natrij in litij. Lani so prvič litijeve baterije pomenile večji delež baterij v električnih vozilih kot nikljeve baterije. Obenem so se razvili tudi novi čipi, namenjeni usmerjanju energije v teh distribuiranih omrežjih.

Z vse večjo elektrifikacijo bodo omrežja morala postati vse bolj fleksibilna in decentralizirana, kar bi lahko zmanjšalo nadzor držav in elektrodistributerjev nad omrežji. Regulacija bi se tako morala premakniti iz obstoječih kategorij, saj bodo poleg energetske politike za bolj prilagodljiva omrežja potrebna nova pravila javnih naročil v prometu, gradbenih predpisov, podatkovne infrastrukture in standardov programske opreme.

Za elektrodistributerje, ki temeljijo na tradicionalnih omrežjih, bi prehod lahko pomenil, da se bodo morali premakniti od prodaje energije k upravljanju teh distribuiranih omrežij. Ključna tveganja bodo degradacija baterij, nejasen prihodkovni model in tveganja kibernetske varnosti.

Hlajenje brez energije

Materiali za pasivno sevalno hlajenje (passive radiative cooling materials, angl.) so še posebej aktualni v času, ko se Evropa in cel svet soočata z vse pogostejšimi vročinskimi valovi.

Takšni materiali, ki se lahko dodajo različnim površinam – barvnim premazom, strešnim kritinam itd. – omogočajo ohlajanje brez uporabe energije. Razpršijo več kot 95 odstotkov vhodne sončne svetlobe, preden se ta spremeni v toploto, z uporabo mikroskopskih zračnih mehurčkov, ki delujejo kot ogledala. Površina, ki izgubi več energije, kot jo pridobi, pade pod temperaturo okoliškega zraka, ne da bi porabila kakršno koli energijo.

Kot piše WEF, sta dva izmed največjih gradbenih trgov na svetu, kitajski in kalifornijski v ZDA, že uvedla te materiale v svoje zelene gradbene standarde. V Združenem kraljestvu se tehnologija uporablja za izboljšanje učinkovitosti električnih omrežij, saj kabli s posebnim premazom ostajajo hladnejši in lahko prenašajo več elektrike.

Ti hladilni materiali bi lahko spopadanje z vročino spremenili iz stalnega operativnega stroška v odločitev, ki jo sprejmemo v fazi zasnove novih zgradb, kar bi lahko zmanjšalo potrebe po ogrevanju, ventilaciji in klimatskih napravah. Toda ključna pri uvajanju teh tehnologij bo regulacija, saj bodo oblasti morale te materiale dodati v gradbene standarde, preden postanejo široko uporabljene.

Uničenje večnih kemikalij

Tako imenovane večne kemikalije oziroma molekule PFAS so dandanes prisotne v telesih vseh ljudi in na vseh celinah – celo na Arktiki, daleč stran od kakršne koli tovarne. Osnovna lastnost teh umetnih snovi je njihova odpornost (na toploto, vodo, kemični razkroj), ki jo omogoča izredno močna kemijska vez med atomi fluora in ogljika.

Zaradi nje se je večnih plastik težko znebiti. Doslej smo PFAS lahko odstranjevali iz pitne vode, sedaj pa se pojavljajo načini, da se te snovi dejansko uničijo. WEF našteva tri pristope: prvi segreje vodo nad kritično točko, v stanje, kjer se molekule PFAS raztopijo in razpadejo na vodo, ogljikov dioksid in mineralne soli. Drugi spušča onesnaženo vodo čez specializirane elektrode, pri čemer z električnim tokom neposredno odstrani elektrone iz molekul PFAS – pristop, ki je še posebej primeren za koncentrirane industrijske odpadke. Tretji uporablja UV-svetlobo za pogon katalizatorja, ki ustvari natančen sunek kemične energije, usmerjene v samo vez med ogljikom in fluorom.

Regulacija je pomagala, da je ta tehnologija že v uporabi, pri čemer je prva ukrepala Evropska unija z omejitvijo PFAS v pitni vodi leta 2020. V ZDA, v zvezni državi Michigan, že od leta 2023 poteka uničevanje PFAS iz odtoka vode na odlagališčih, medtem ko je japonski proizvajalec klimatskih naprav Daikin (eden večjih proizvajalcev PFAS na svetu) opravil večji test uničevanja večnih plastik s pomočjo UV svetlobe.

Poleg vpliva na zdravje ljudi bi uvedba tehnologij lahko pomenila nižje stroške za omejevanje kontaminacije s PFAS, saj bi se lahko ta uničevala lokalno na mestu izvora, namesto bolj kompleksnega in dražjega procesa zajemanja in pošiljanja v sežig. Toda zmogljivosti za uničevanje PFAS bodo verjetno še nekaj časa ostale omejene. Zato se bo “najtežje odločiti, katera območja bodo najprej obdelana in ali lahko skupnosti, ki se soočajo z najhujšo kontaminacijo, pritegnejo kapital, potreben za njeno odpravo.”

Personalizirana cepiva proti raku

Pandemija covida-19 je dala pospešek razvoju cepiv na osnovi mRNA. Ista tehnologija omogoča razvoj personaliziranih cepiv za zdravljenje raka. Takšna cepiva delujejo drugače od zdravil, saj raka ne napadejo, ampak naučijo imunski sistem, kako ga prepoznati.

Ko bolnik prejme diagnozo, zdravniki iz tumorja vzamejo vzorec celic in sekvencionirajo genske mutacije tumorja. Tako lahko identificirajo beljakovine – tako imenovane antigene – ki te rakave celice prepoznajo kot tujke. Na tej podlagi se izdela cepivo mRNA, ki nosi navodila za prepoznavanje in odziv na rakave celice.

“Ista diagnoza ne pomeni več enakega zdravljenja. Namesto tega lahko biologija vsakega tumorja zdaj določi cepivo, ki je zasnovano za ciljanje nanj,” so zapisali pri WEF.

Ta tehnologija bi pomenila nov proizvodni model v farmaciji, vzporeden tradicionalnim zdravilom. Za farmacevtska podjetja, ki proizvajajo identične doze zdravil v velikem obsegu, bi se spremenili poslovni modeli. Spremenila bi se tudi dinamika med diagnozo in zdravljenjem; biopsija ne bi več le prepoznala bolezni, ampak bi določila tudi to, kakšno zdravljenje bo prejel pacient.

Osrednji izziv teh cepiv bi bil dostop. Zgodnja zdravljenja, ki presegajo ceno 100 tisoč dolarjev na bolnika, bi prednost pri dostopu dala bolnikom v dobro oskrbljenih zdravstvenih sistemih. “Osrednji izziv v naslednjih petih letih je, ali lahko zdravstveni sistemi zagotovijo cepiva proti raku z mRNA v velikem obsegu, ne da bi precizna medicina postala privilegij namesto standard oskrbe,” piše v poročilu.

Poročilo med pomembnimi novimi tehnologijami v farmaciji omenja tudi metodo dostavljanja zdravil v telo s pomočjo eksosomov, molekul, ki so v naših telesih zadolžene za prenašanje proteinov in drugih snovi. To bi lahko omogočilo zdravljenje nekaterih obolenj, ki jih obstoječa zdravila težko dosežejo, na primer različne nevrološke bolezni. Na področju odkrivanja novih zdravil pa WEF kot perspektivno vidi tehnologijo kvantnih simulacij, ki precizno modelirajo obnašanje molekul.

Umetna inteligenca, ki bo razumela fizični svet

Umetna inteligenca se v obliki velikih jezikovnih modelov o svetu uči predvsem prek teksta oziroma človeških opisov sveta, ne na neposredni izkušnji. Svetovni modeli pa se bodo na podlagi podatkov iz več senzoričnih kanalov – video, globinski senzorji, odčitki tlaka, zajem gibanja – učili o tem, kako se svet obnaša, nato pa te vhodne podatke strnili v en sam reprezentativni prostor opazovanega sveta. Na podlagi tega bodo lahko tudi podajali napovedi, saj bodo sposobni razumeti dinamiko in vzorce opazovanih sistemov.

Razvijalci že delajo na modelih, katerih namen je razumevanje fizičnega sveta. Vodilni izdelovalec čipov za umetno inteligenco Nvidia je lani predstavil platformo Cosmos, ki je usposobljena na 20 milijonih ur podatkov iz fizičnega sveta in zajema robotiko, industrijska okolja ter vožnjo.

“Roboti, usposobljeni na platformi Cosmos, posplošujejo na fizične situacije, s katerimi se še nikoli niso srečali, ker sklepajo na podlagi notranjega modela obnašanja stvari, ne pa na podlagi knjižnice situacij, ki so jih že videli,” povzema poročilo.

Svetovni modeli bi bili najprej uvedeni v sektorjih, kjer poslovanje ustvarja neprekinjene podatke, na primer v proizvodnji in logistiki, kasneje tudi gradbeništvu, proizvodnji in oskrbi starejših. Ti modeli bodo verjetno vplivali tudi na delovno silo v teh sektorjih; WEF kot primer bližnje prihodnosti navaja delavko v pristanišču, kjer je svetovni model med njenim jutranjim obhodom med žerjavi že testiral jutrišnje zaporedje nakladanja glede na plimovanje, napoved vetra in porazdelitev teže kontejnerjev, ki še niso prispeli. “Do takrat, ko pride delavka do zadnjega žerjava, je model dvakrat šel skozi dnevni urnik in enkrat spremenil urnik.”

Tehnologija seveda ni brez tveganj. Modeli lahko reproducirajo določene predsodke ali pridejo do napačnih zaključkov o tem, kako deluje opazovani sistem. Poleg tega bi jih uporabljale organizacije, ki težijo k stabilnosti in standardizaciji, ti modeli pa so zasnovani, da svoje predpostavke prilagajajo novim podatkom.