Newsletter Październik 2009

Analiza wstępna w zakresie 56 technologii

W ramach projektu badawczego Perspektywa Technologiczna Kraków - Małopolska 2020 zostaną wybrane technologie przyszłości pozwalające zdefiniować najważniejsze dla przyszłości regionu obszary badań naukowych i prac badawczo-rozwojowych. W październiku dokonano wstępnej analizy 56 zastosowań technologii. Służy temu metodyka foresight, w oparciu o klasyfikację jednego z najbardziej renomowanych w skali świata strategicznych ośrodków badawczo-analitycznych RAND Corporation. Przyjęto założenie, że to dobry punkt wyjścia do dyskusji na temat obszarów badawczych najlepiej dopasowanych do aspiracji i potencjału badawczo-rozwojowego i gospodarczego Małopolski. Wybór technologii przyszłości ma sprzyjać innowacyjności i kreatywności i przyczyniać się do rozwoju sektora małych i średnich przedsiębiorstw.

Dokument podsumowujący został przygotowany przez zespół redakcyjny w składzie dr Jerzy Jedliński, prof. dr hab. inż. Jan Kazior, Sławomir Kosieliński, Paweł Przewięźlikowski, prof. dr hab. Krzysztof Zieliński. Zespół redakcyjny zarekomendował, by w ramach dalszych analiz dokonać prognoz trendów technologicznych i zidentyfikować korelacje obszarów badawczych. Należałoby również zadbać o budowanie sieci współpracy pomiędzy różnego rodzaju instytucjami sektora badań i rozwoju, a także sektorem prywatnym. Np. w obszarze biotechnologii warto wzmocnić współpracę Małopolski z ośrodkami z Wrocławia i Łodzi. W przypadku robotyki i całej szeroko rozumianej dziedzinie automatyki przemysłowej wskazana jest współpraca Małopolski z Przemysłowym Instytutem Automatyki i Pomiarów z Warszawy oraz innymi mazowieckimi instytucjami naukowymi i badawczo-rozwojowymi. Natomiast w przypadku teleinformatyki, zwłaszcza w dziedzinie czujników dla służb ratowniczych, niezbędna jest współpraca z regionalnymi służbami systemu zarządzania kryzysowego z całej Polski.

Zespół Redakcyjny zarekomendował najbardziej obiecujące obszary technologicznych prac badawczo-rozwojowych Panelowi Analizy, którego zadaniem będzie opracowanie map opcji strategicznych. W oparciu o te materiały analityczne Komitet Sterujący wybierze 20 technologii przyszłości.

Skrócony opis wybranych zastosowań technologii rekomendowanych po wstępnym etapie analiz:

Biotechnologie

Wspomagane komputerowo modelowanie matematyczne może być wykorzystywane do badań nad rozwojem leków, między innymi interakcji wewnątrz organizmu ludzkiego (biologia systemów), analizy celów białkowych, interakcji leku małocząsteczkowego lub białek oraz wpływu organizmu na lek (farmakokinetyka) oraz leku na organizm (farmakodynamika). Modelowanie komputerowe to również pole do nowych zastosowań w diagnostyce, analizy zmian chorobowych sygnalizowanych przez biomarkery, robotyzacji. Przetwarzanie dużej ilości danych, to też konieczność rozwoju metod wizualizacji wyników badań i analizy obrazów, metod planowania badań przesiewowych.

Coraz szersze zastosowania mają osobiste urządzenia ciągłego monitoringu stanu zdrowia, szybkiej diagnostyki lub dozowania leków np. w schorzeniach kardiologicznych, astmie, padaczce, cukrzycy. Rozwijać się będą systemy zdalnej diagnostyki i opieki medycznej, z wykorzystaniem technologii mobilnych i Internetu.

Urządzenia i materiały, które zapewnią zdolność szybkiego przeprowadzania testów na obecność lub brak obecności pewnych biologicznych substancji oraz możliwość przeprowadzania takich testów równocześnie są niezbędne służbom sanitarnym odpowiedzialnym za reagowanie w stanach masowych zagrożeń epidemiologicznych.

Oczekiwany jest postęp w badaniach nad lekami, urządzeniami i materiałami wykorzystywanymi w leczeniu nowotworów i innych poważnych chorób.

Badania nad komórkami macierzystymi będzie stanowiło podstawę dla rozwoju inżynierii tkankowej, transplantologii, a także leczenia uszkodzeń mózgu i rdzenia kręgowego, demencji starczej, choroby Alzheimera, uszkodzeń serca, zaburzeń słuchu, cukrzycy, chorób nowotworowych, ran.

Inżynieria tkankowa, obejmująca projektowanie i wytwarzanie tkanek do przeszczepów i implantów, to nowe metody leczenia ran, chorób i urazów, oparzeń, zastosowania w stomatologii, w leczeniu zwyrodnień stawów i kości oraz w kardiologii. Można się spodziewać współdziałania badaniami w zakresie wytwarzania sztucznych mięśni i tkanek - np. protez biohybrydowych, częściowo składających się z żywej tkanki a częściowo z mechanicznego szkieletu. Sztuczne tkanki to również obszar badań w dysfunkcjach wzroku i słuchu, a także zastosowania poza medyczne, badania nad powłokami o specjalnych właściwościach, narzędziach wspomagających siłę i zmysły człowieka.

Badania genetyczne wśród wielu zastosowań powinny pomóc identyfikować podatność na choroby, indywidualnie dopasowane terapie i szybką diagnostykę.

Podobinie w dziedzinie immunologii rozwijają się tendencje do stosowania zindywidualizowanych terapii. Szczególnie ważnym zastosowaniem jest dziś immunosupresja - czyli ograniczenie odpowiedzi odpornościowej organizmu przy przeszczepach i chorobach automimmunologicznych oraz w leczeniu alergii.

Nanotechnologie i technologie horyzontalne

Urządzenia, materiały, metody diagnostyczne wykorzystujące nanotechnologie powinny poprawić dokładność diagnozowania i skuteczność zabiegów chirurgicznych, są mniej inwazyjne, pomagają skrócić czas powrotu do zdrowia. To między innymi nanomarkery kontrastu, magnetyczne nanocząstki z powłoką z analizatora DNA, identyfikujących poszczególne chore komórki, subminiaturowe instrumenty chirurgiczne i obserwacyjne.

Filtry i katalizatory do oczyszczania wody w obszarach, w których brakuje systemu odprowadzania ścieków lub w sytuacjach, gdy zużyta woda zawiera niestandardowe zanieczyszczenia, w systemach zakładających wykorzystywanie zamkniętych obiegów wody w różnej skali, od jednostkowych gospodarstw domowych, przez ich większe skupiska, po przedsiębiorstwa produkcyjne i rolne.

Zmodyfikowane pod kątem ekologii procesy produkcji w celu eliminacji lub redukcji emisji do otoczenia odpadów oraz szkodliwych i toksycznych substancji. To typowo horyzontalny i rozległy tematycznie obszar badawczy, mający odniesienie do wielu obszarów technologicznych, a także rodzajów przemysłu.

Zminiaturyzowane komputery i sensory, możliwe do umieszczenia w elementach ubrania lub w noszonych przedmiotach codziennego użytku (zegarek, okulary, portfel, biżuteria) będą znajdować zastosowania w medycynie, sektorze militarnym i jako sensory monitorujące oraz w szeroko rozumianych systemach informacyjnych.

Teleinformatyka

Powszechny masowy dostęp do zasobów informacyjnych z użyciem dowolnych platform komunikacyjnych to horyzontalny obszar badań i wdrożeń w zakresie integracji aplikacji informacyjnych, standaryzacji, interoperacyjności i wydajności protokołów komunikacyjnych, systemów kodowania, bezpieczeństwa, zmniejszenie zużycia energii, poprawy jakości wyświetlaczy, konstrukcji i funkcjonalności interfejsów użytkownika .

Miniaturowe elektroniczne znaczniki RFID umieszczone w przedmiotach lub dokumentach mogą służyć do zarządzania systemami informacyjnymi o ich przemieszczaniu i lokalizacji do analizowania zachowań, przepływu towarów, zarządzania biurami, laboratoriami, magazynami, bezpieczeństwem, klasyfikacji dokumentów.

Coraz więcej będzie urządzeń z wbudowanymi inteligentnymi systemami przetwarzania informacji, które mają umożliwiać automatyczną adaptację do zmiennych warunków pracy. Wiele z nich będzie przygotowanych do pracy w sieci. Praktyczne funkcjonowanie tych systemów to pole dla innowacyjnych wdrożeń aplikacyjnych.

Integracja systemu gromadzenia informacji w mieście, w tym wszelkiego rodzaju czujników, sensorów, monitoringu z systemami nadzoru, wczesnego ostrzegania i kierowania będzie służyć zarządzaniu miastem.

Rozwój sieci szerokopasmowych, szczególnie na terenach dotąd zaniedbanych w dziedzinie infrastruktury to obszary badawcze i wdrożeniowe związane z zmniejszeniem zużycia energii, lepszym wykorzystania pasma radiowego, w tym współużytkowaniem kanałów radiowych, kompatybilnością elektromagnetyczną, propagacją fal radiowych w trudnych warunkach terenowych.

Zastosowania metod, technik i protokołów kryptograficznych powinno poprawić warunki rozwoju gospodarki elektronicznej, szczególnie w masowym systemie mikropłatności oraz wypełnić wymogi prywatności w systemach informacyjnych, w tym prawne wymagania anonimizacji danych. Odrębnym polem badań i wdrożeń w dziedzinie bezpieczeństwa informacji jest użycie biometrii do zabezpieczeń dokumentów i uwierzytelniania osób.

Odpowiednie zaplanowanie ewolucji układu kwantowego, czyli stworzenie odpowiedniego algorytmu kwantowego pozwala teoretycznie na osiągnięcie wyników w znacznie szybszy efektywniejszy sposób, niż za pomocą tradycyjnych komputerów dzięki możliwości zrównoleglenia obliczeń. Może to zostać osiągnięte poprzez badania nad konstrukcją komputerów kwantowych. Znanym przykładem potencjalnych zastosowań jest faktoryzacja dużych liczb pierwszych, w kryptologii i kryptoanalizie, której możliwości limitują moce obliczeniowe tradycyjnych komputerów. Praktyczne zastosowania będą dotyczyć również modelowania matematycznego złożonych wieloparametrowych układów.

Zastosowanie interfejsu komputerowego pozostawiającego wolne ręce, obszar badań i wdrożeń w dziedzinie robotyki, nawigacji i rozpoznania, gdzie między innymi chodzi o wykorzystanie czujników rozpoznających położenie obiektów w trzech wymiarach, a także wyświetlaczy umożliwiających wizualizację danych bezpośrednio przed oczami użytkownika, nakładających się na rzeczywisty obraz.

Wynalazki przyszłości

Materiały, technologie i wiedza niezbędna do budowy samowystarczalnych tanich domów mieszkalnych dostosowanych do warunków lokalnych, zapewniających energię dla ogrzewania, chłodzenia i gotowania oraz energię elektryczną do oświetlenia.

Pojazdy hybrydowe dostępne dla masowego odbiorcy z zasilaniem łączącym silnik spalinowy z innym źródłem energii, a także pojazdy elektryczne powinny się przyczyniać do zmniejszenia zanieczyszczania środowiska i uniezależnienia od tradycyjnych paliw.

Nowe technologie dla budowy kolektorów słonecznych np. wykorzystujących nano-kompozyty bazujące na organicznych przewodnikach lub polimery wielkocząsteczkowe naśladujące procesy biologiczne, stwarzają nadzieję na tanie, przystosowane do masowej produkcji wysokowydajne urządzenia, mogące ekonomicznie spełnić wymagania tanich źródeł energii.

W zastosowaniach militarnych można przewidywać wykorzystanie robotów w warunkach, w których żołnierze nie mógłby przeżyć lub w zautomatyzowanych systemach obronnych.