Le tecnologie emergenti destinate a cambiare il mondo in questo 2019: 10 tecnologie destinate a essere disruptive e che il World Economic Forum (WEF) ha riassunto in un report rilasciato lo scorso giugno.
Alcune di queste si potrebbero anche definire “tecnologie per il benessere”, facendo riferimento a un mio altro articolo pubblicato qualche giorno fa dedicato proprio all’uso delle tecnologie per migliorare la qualità della nostra vita e della società in generale.
Gli estensori del report, che hanno raccolto le indicazione di uno Steering Commitee internazionale di esperti, sono personaggi di tutto rispetto: Mariette DiChristina, dal 2009 caporedattore di Scientific American, e Bernard S.Meyerson, Chief Innovation Officer di IBM.
Come vedremo non si tratta di tecnologie ICT, ma dove l’ICT “c’azzecca” sempre, in un modo o nell’altro che sia per l’elevata capacità computazionale oggi disponibile o per gli algoritmi in grado di sfruttare i big data o, ancora, per le nuove tecnologie di rete e di compressione dei dati che abilitano streaming per la trasmissione di contenuti sempre più “pesanti”.
Vediamo quindi nel dettaglio queste tecnologie emergenti.
1. Bioplastiche per un’economia circolare
Solo nel 2014, l’industria ha generato 311 milioni di tonnellate di plastica, un quantitativo che, secondo il WEF, dovrebbe triplicare entro il 2050: meno del 15% viene riciclato, gran parte del resto viene incenerito, si trova in discarica o viene abbandonato nell’ambiente; i detriti di plastica che si accumulano nell’oceano causano ogni tipo di problema, dall’uccisione della fauna marina che li ingerisce al rilascio di composti tossici; può persino entrare nei nostri corpi attraverso pesci contaminati.
Le materie plastiche biodegradabili possono alleviare questi problemi, contribuendo all’obiettivo di un’economia “circolare“ in cui le materie plastiche derivano e vengono riconvertite in biomassa.
Le opzioni attualmente disponibili di plastiche biodegradabili (a base di mais, canna da zucchero o grassi e oli usati) generalmente mancano però della resistenza meccanica e delle caratteristiche delle plastiche tradizionali. Recenti scoperte nella produzione di materie plastiche da cellulosa o lignina (la sostanza secca nelle piante) promettono di superare questi inconvenienti. In un ulteriore vantaggio per l’ambiente, la cellulosa e la lignina possono essere ottenute da piante non alimentari, come canne giganti, coltivate su terreni marginali non adatti alle colture alimentari o da legno di scarto e sottoprodotti agricoli che altrimenti non avrebbero alcuna funzione.
Molti ostacoli devono essere superati prima che le nuove materie plastiche possano essere ampiamente utilizzate: uno è il costo; un altro è ridurre al minimo la quantità di acqua (bene come si sa preziosissimo) utilizzata per produrli, anche se la lignina proviene solo da rifiuti, infatti, è necessaria acqua per convertirla in plastica.
Il report ricorda comunque che queste soluzioni non saranno sufficienti per l’inversione di marcia di una società basata sulla plastica: sarà necessaria una combinazione di misure sia di tipo normativo sia di tipo comportamentale ossia sul modo in cui ognuno di noi usa e smaltisce la plastica. Tuttavia, i metodi emergenti per la produzione di plastica biodegradabile offrono un esempio perfetto di come solventi più ecologici e biocatalizzatori più efficaci possono contribuire a generare un’economia circolare in un settore importante.
2. Robot “sociali”
Ci si attende che i robot cosiddetti “sociali”, ossia quei robot progettati per interagire con l’uomo, anche sulla base di pulsioni emotive, diventino sempre più sofisticati grazie all’utilizzo di algoritmi di intelligenza artificiale per decidere come agire sulle informazioni ricevute tramite telecamere e altri sensori. Lo studio della mente umana, delle sue capacità di deduzione e l’analisi delle reazioni emotive consentono di tradurre i comportamenti psicologici in algoritmi che permettono ai robot di riconoscere voci, volti ed emozioni, interpretare discorsi e gesti, rispondere in modo appropriato a complessi segnali verbali e non verbali, stabilire un contatto visivo, parlare in modo conversazionale e adattarsi alle esigenze delle persone imparando da feedback, premi e critiche.
Di conseguenza, i robot “sociali” stanno ricoprendo una varietà di ruoli in continua espansione. Il robot terapeutico Paro (sviluppato dal National Institute of Advanced Industrial Science and Technology), che assomiglia a un tenero cucciolo di foca, ha lo scopo di stimolare e ridurre lo stress per le persone malate di Alzheimer nelle strutture di cura: risponde al suo nome muovendo la testa, piange e accarezza. E aumenta il numero di assistenti personali, come Amazon Echo e Google Home, soprattutto quelli indirizzati alla popolazione più anziana (un target molto appetibile nelle società avanzate), come Mabu (Catalia Health) che ricorda ai propri “assistiti” di fare passeggiate o di prendere le medicine o chiamare i familiari.
Le vendite mondiali di robot “di consumo” hanno raggiunto circa 5,6 miliardi di dollari nel 2018 e il mercato dovrebbe raggiungere i 19 miliardi di dollari entro la fine del 2025, con oltre 65 milioni di robot venduti ogni anno.
3. Lenti minuscole per dispositivi miniaturizzati
Man mano che telefoni, computer e altri dispositivi elettronici sono diventati sempre più piccoli, i loro componenti ottici non sono riusciti ad adattarsi oltre un certo limite perché è difficile realizzare lenti minuscole con le tradizionali tecniche di taglio e curvatura del vetro. Recenti studi stanno portando alla realizzazione di alternative molto più piccole e leggere, le lenti metalliche, tecnologie emergenti che consentono di superare il sistema della impilazione di ottiche per ottenere l’effetto desiderato. Nelle telecamere, nei telescopi ecc., le lenti curve vengono infatti posizionate una sopra l’altra per evitare la distorsione dell’immagine. Un metodo costoso che, come dicevamo, non può andare oltre un certo limite fisico. Le metalens sono invece completamente piatte ed altamente efficienti dal punto di vista dello spettro della luce: un insieme molto sottile di onde, chiamate metasurface, piega la luce di passaggio che attraversa questa lente, realizzata in biossido di titanio con nanostrutture metalliche interne, similmente a quanto avviene per le lenti curve. Le dimensioni di queste lenti possono essere talmente infinitesimali da poter essere sovrapposte senza sostanziali variazioni dimensionali.
Ma le lenti metalliche non risolvono solo il problema della miniaturizzazione, il documento del WEF ricorda che nel 2018 i ricercatori hanno risolto, con l’adozione di queste lenti, il problema chiamato aberrazione cromatica (un difetto nella formazione dell’immagine dovuta al diverso valore di rifrazione delle diverse lunghezze d’onda. colori, che compongono la luce che passa attraverso il mezzo ottico; questo si traduce in immagini che presentano ai bordi dei soggetti aloni colorati. Si tratta di un difetto del quale, in diversa misura, sono affetti tutti i sistemi ottici a lenti curve tradizionali): per correggere questo difetto con le lenti in vetro è necessario stratificare le lenti in un allineamento delicato, con le muove lenti un singolo metallo può focalizzare tutte le lunghezze d’onda della luce bianca, per esempio, sullo stesso punto.
Maggiore miniaturizzazione e minore costo dei componenti ottici considerando oltretutto che non ci sarebbero costi dovuti all’installazione di nuove apparecchiature di produzione dato che queste lenti possono essere fabbricate con le stesse apparecchiature già utilizzate nell’industria dei semiconduttori.
Per ora, tuttavia, le spese sono ancora elevate perché è difficile posizionare con precisione elementi in nanoscala su un chip di dimensioni centimetriche. Ci sono inoltre anche alcuni problemi tecnici ancora da risolvere: finora le lenti metalliche non trasmettono la luce in modo efficiente come gli obiettivi tradizionali, una capacità importante per applicazioni come l’imaging a colori. Inoltre, sono troppo piccoli per catturare una grande quantità di luce, il che significa che, per ora, non sono adatti per scattare fotografie di alta qualità.
Ciononostante, evidenzia lo studio, nei prossimi anni queste lenti minuscole si faranno probabilmente strada per la realizzazione sensori più piccoli e più facili da fabbricare, strumenti diagnostici come dispositivi di imaging endoscopico e fibre ottiche. Potenziali applicazioni abbastanza allettanti da aver attratto il supporto alla ricerca da agenzie governative e società come Samsung e Google.
4. Utilizzo farmacologico delle proteine “disordinate”
Alla fine degli anni ’90, i ricercatori hanno scoperto che molte proteine non possiedono una struttura tridimensionale rigida identificando così una vastissima classe di proteine, chiamate proteine intrinsecamente disordinate (IDP), che proprio per questa loro flessibilità risultano elementi chiave nella regolazione di quasi tutti i processi cellulari e nella genesi di alcune malattie dell’era moderna, come il cancro, il Parkinson e l’Alzheimer.
Gli scienziati, rileva lo studio che illustra vari esempi, stanno usando combinazioni rigorose di biofisica, potere computazionale e una migliore comprensione del modo in cui gli IDP funzionano per identificare i composti che inibiscono queste proteine. Capire la relazione tra la loro plasticità e la loro funzione è, quindi, un passo essenziale per la cura di alcune patologie e per la produzione di farmaci che, basati sul comportamento di queste “proteine disordinate”, possano contrastare i “malfunzionamenti” che portano a queste malattie degenerative.
5. Fertilizzanti intelligenti per ridurre la contaminazione ambientale
Per nutrire la crescente popolazione mondiale, gli agricoltori devono aumentare i raccolti. L’applicazione di più fertilizzanti potrebbe aiutare, ma le versioni standard funzionano in modo inefficiente e spesso danneggiano l’ambiente. Ma, rileva il documento del WEF, i prodotti che sono più ecologicamente sani (fertilizzanti a rilascio controllato) stanno diventando sempre più intelligenti.
Grazie alla ricerca negli anni più recenti sono stati realizzati fertilizzanti di questo tipo (lo studio entra nel dettaglio) utilizzando materiali e metodi di produzione sempre più sofisticati, prodotti che si inseriscono nell’approccio chiamato “agricoltura di precisione”. Un approccio che migliora la resa delle colture e minimizza l’eccessivo rilascio di nutrienti combinando l’analisi dei dati, l’intelligenza artificiale e vari sistemi di sensori per determinare esattamente la quantità di fertilizzanti di cui hanno bisogno in un dato momento e implementando veicoli autonomi per fornire le sostanze nutritive nelle quantità e posizioni prescritte. L’installazione di sistemi di precisione è tuttavia costosa; i fertilizzanti a rilascio controllato avanzato sono relativamente economici e potrebbero essere rappresentare un primo passo verso l’aumento della produzione agricola minimizzando l’impatto negativo sull’ambiente.
6. Telepresenza collaborativa
I progressi in diversi ambiti hanno reso possibile la prospettiva di una “telepresenza collaborativa” che consenta ai partecipanti alle riunioni virtuali di sentirsi “fisicamente insieme”. Le tecnologie di realtà aumentata (AR) e realtà virtuale (VR) stanno diventando capaci e sufficientemente convenienti per l’adozione diffusa; l’implementazione di reti 5G consentirà di gestire enormi flussi di dati con ridottissimi tempi di latenza.
Si stanno perfezionando le tecnologie che consentono alle persone di interagire fisicamente con ambienti remoti, compresi i sensori tattili che consentono di sentire ciò che i loro avatar robot toccano. La completa immersione sensoriale prevista per la telepresenza collaborativa richiederà tempi di latenza sostanzialmente inferiori a quelli accettabili per le videochiamate, e anche il 5G potrebbe non bastare, ma gli algoritmi di intelligenza artificiale predittiva potrebbero eliminare la percezione da parte dell’utente degli intervalli di tempo.
Secondo lo studio queste tecnologie emergenti avranno realmente un impatto realmente dirompente e “trasformativo” di certi processi entro 3-5 anni.
7. Monitoraggio e imballaggio intelligente degli alimenti
Circa 600 milioni di persone soffrono di intossicazione alimentare ogni anno, secondo l’Organizzazione mondiale della sanità, e 420.000 muoiono di conseguenza. Quando si verifica un caso di intossicazione, possono trascorrere settimane o giorni prima che se ne identifichi la fonte; nel frattempo altri soggetti possono venire contaminati oppure grandi quantità di cibo, ritenuto possibile veicolo dell’intossicazione, possono essere scartate. Trovare la fonte del problema può essere un lavoro lento perché il cibo effettua un percorso complesso dalla fattoria alla tavola e la tracciatura di questi viaggi viene conservata in sistemi locali che spesso non comunicano tra loro.
Secondo lo studio, ci sono un paio di tecnologie emergenti che potrebbero ridurre sia l’avvelenamento sia lo spreco di cibo. La prima, l’applicazione innovativa della tecnologia blockchain sta iniziando a risolvere il problema della tracciabilità.
La seconda tecnologia riguarda lo sviluppo di piccoli sensori in grado di monitorare la qualità e la sicurezza degli alimenti in pallet, scatole o prodotti confezionati singolarmente per prevenire la contaminazione dei cibi: per esempio, Timestrip UK e Vitsab International hanno creato tag del sensore che cambiano colore se un prodotto è stato esposto a temperature al di sopra di raccomandate e Insignia Technologies vende un sensore che cambia lentamente colore dopo l’apertura di un pacco e indica quando è trascorso il tempo limite per utilizzare il cibo che vi è contenuto.. Oltre a prevenire eventuali intossicazioni, tali sensori possono ridurre gli sprechi dimostrando che un alimento è sicuro da mangiare.
Il costo rimane un ostacolo all’uso onnipresente dei sensori. Tuttavia, la necessità dell’industria alimentare di garantire la sicurezza alimentare e limitare gli sprechi sta spingendo l’adozione di queste tecnologie.
8. Reattori nucleari più sicuri
Secondo lo studio del WEF lo sviluppo di carburanti che hanno meno probabilità di surriscaldarsi e, se lo fanno, produrranno pochissimo o nessun idrogeno potrebbero dare un nuovo impulso all’energia nucleare (riducendo l’ipotesi di esplosioni).
Inoltre la ricerca in questo ambito, guidata da Russia e Cina che stanno ancora investendo in energia nucleare contrariamente a quanto avviene in altre economie avanzate, sta sperimentando reattori di “quarta generazione” che utilizzano sodio liquido o sale fuso anziché acqua per trasferire calore dalla fissione, eliminando la possibilità di produzione pericolosa di idrogeno.
9. Archiviazione dei dati basata sul DNA
Ogni minuto nel 2018, Google ha condotto 3,88 milioni di ricerche, la gente ha guardato 4,33 milioni di video su YouTube, ha inviato 159.362.760 e-mail, twittato 473.000 volte e pubblicato 49.000 foto su Instagram. Entro il 2020, verranno creati circa 1,7 megabyte di dati al secondo per persona a livello globale, il che si traduce in circa 418 zettabyte in un solo anno.
I dati snocciolati dallo studio del WEF, ricordando anche che gli attuali sistemi di memorizzazione magnetica o ottica dei dati non possono durare in media per più di un secolo, evidenziano che stiamo per avere un grave problema di archiviazione dei dati che diventerà sempre più grave nel tempo.
Una alternativa che, secondo lo studio del WEF, sta diventando “dirompente” e rientra a pieno titolo nelle tecnologie emergenti è lo studio di sistemi di archiviazione basati sul DNA che può immagazzinare accuratamente enormi quantità di dati a una densità di gran lunga superiore a quella dei dispositivi elettronici: il semplice batterio Escherichia coli (E. coli), per esempio, ha una densità di conservazione di circa 1019 bit per centimetro cubo; con questa densità, tutte le attuali esigenze di conservazione del mondo per un anno potrebbero essere soddisfatte da un cubo di DNA che misura circa un metro su un lato.
Nel 2016 un gruppo di ricercatori della Harvard Medical School (HMS) guidati da George Church ha realizzato il primo supporto di archiviazione dati molecolare basato su CRISPR, il sistema usato dai batteri per difendersi dai virus; l’anno successivo, lo stesso gruppo ha mostrato in una serie di esperimenti che il sistema CRISPR può codificare all’interno di cellule viventi informazioni abbastanza complesse, per esempio un’immagine digitalizzata di una mano umana oppure una sequenza di immagini in movimento.
Tra le sfide per rendere comune l’archiviazione dei dati sul DNA, rileva lo studio del WEF, ci sono i costi e la velocità di lettura e scrittura del DNA, che devono scendere ancora di più se l’approccio è quello di competere con l’archiviazione elettronica, ma lo studio prevede che anche se il DNA non diventerà un materiale di archiviazione onnipresente, sarà quasi certamente utilizzato per generare informazioni su scale completamente nuove e preservare determinati tipi di dati a lungo termine.
10. Stoccaggio di energia rinnovabile
Nell’ultimo decennio, l’elettricità generata da fonti rinnovabili negli Stati Uniti è raddoppiata, principalmente da impianti eolici e solari, secondo l’Energy Information Administration (EIA). Ma la natura intermittente di quelle fonti significa che i servizi elettrici hanno bisogno di un modo per “immagazzinare” l’energia prodotta ed erogarla anche quando il sole non splende o il vento è calmo.
Secondo gli esperti la strada è quella delle batterie agli ioni di litio che, scrive lo studio del WEF, saranno probabilmente la tecnologia dominante per i prossimi cinque o dieci anni. I continui miglioramenti comporteranno batterie in grado di immagazzinare da quattro a otto ore di energia, ma per lo stoccaggio per tempi più lunghi sarà necessario orientarsi verso altre tecnologie emergenti come le batterie di flusso.
