Innovazioni che cambieranno la nostra vita

"5 in 5" è il nome di IBM per una lista di innovazioni scientifiche con il potenziale di cambiare la nostra vita nei prossimi cinque anni. Si basano sui risultati di analisi di mercato, tendenze sociali e progetti dei centri di ricerca IBM in tutto il mondo.

Rendere visibile l'invisibile

Nel 1609 Galileo sviluppò il telescopio e improvvisamente vide il nostro cosmo con occhi diversi. Ha così dimostrato l'indimostrabile che la terra e gli altri pianeti del nostro sistema orbitano intorno al sole. IBM Research mira a seguire l'esempio con nuovi software e strumenti per rendere visibile l'invisibile del nostro mondo dal livello macro a quello nano. "La comunità scientifica ha sempre sviluppato apparati che ci aiutano a vedere il mondo con occhi completamente nuovi. Per esempio, il microscopio ci rende visibili cose minuscole, il termometro ci aiuta a misurare le temperature", ha detto Dario Gil, vicepresidente di Science & Solutions presso IBM Research. "Ora, basandoci sui progressi dell'intelligenza artificiale e della nanotecnologia, vogliamo sviluppare una nuova generazione di strumenti che ci aiuterà a capire meglio le complesse e invisibili relazioni del nostro mondo di oggi nei prossimi cinque anni".

Un team globale di scienziati IBM lavora costantemente per rendere tali invenzioni dei centri di ricerca adatte all'uso quotidiano. Le seguenti cinque innovazioni scientifiche renderanno visibile l'invisibile nei prossimi cinque anni.

L'intelligenza artificiale dà un'idea della nostra salute mentale

Un adulto su cinque negli Stati Uniti oggi soffre di disturbi neurologici o mentali come il morbo di Huntington, l'Alzheimer, il Parkinson, la depressione o la psicosi - ma solo la metà delle persone colpite riceve un trattamento. A livello globale, il costo dei trattamenti per queste condizioni supera quelli per il diabete, le malattie respiratorie e il cancro: solo negli Stati Uniti, il costo annuale è più di 1 trilione di dollari.

Molti processi nel cervello sono ancora un mistero nonostante i successi della ricerca. Una chiave per una migliore comprensione delle complesse interrelazioni è il linguaggio. Nei prossimi cinque anni, i sistemi cognitivi saranno in grado di trarre importanti conclusioni sul nostro stato mentale e sulle nostre condizioni fisiche dal modo in cui parliamo e formuliamo. Gli esperti IBM, per esempio, stanno combinando trascrizioni e registrazioni audio dalle conversazioni dei pazienti con l'apprendimento automatico come parte di un progetto per scoprire modelli di discorso nei record che aiuteranno a prevedere con precisione la psicosi, la schizofrenia, il comportamento maniacale o la depressione in futuro. Attualmente, il sistema cognitivo che elabora questi dati ha bisogno solo di 300 parole per fare una previsione appropriata.

In futuro, i ricercatori sperano che tecniche e innovazioni simili possano essere applicate anche ai quadri clinici di cui sopra o anche ai disturbi da stress post-traumatico e persino all'autismo e ai disturbi da deficit di attenzione. Per fare questo, i sistemi cognitivi analizzano il discorso, le dichiarazioni, la sintassi e l'intonazione delle persone colpite. In combinazione con dispositivi indossabili e tecniche di imaging come l'elettroencefalografia (EEG), un metodo di misurazione dell'attività elettrica del cervello registrando le fluttuazioni di tensione sulla superficie della testa, emerge un quadro completo della persona, aiutando psicologi e professionisti medici nella diagnosi e nei trattamenti futuri. Così, quelli che prima erano segni invisibili, in futuro diventeranno indicatori discernibili dell'imminente insorgenza o deterioramento della malattia di un paziente, se il trattamento sta funzionando o deve essere regolato. Se vengono utilizzati anche i dispositivi mobili, i pazienti o i loro parenti saranno in grado di effettuare da soli gli esami pertinenti a casa e quindi aiutare a preparare gli appuntamenti del medico.

Nuovi ausili visivi combinati con l'intelligenza artificiale espandono le capacità visive

L'occhio umano non può vedere più del 99,9 % dello spettro elettromagnetico. Negli ultimi 100 anni, tuttavia, la scienza ha sviluppato dispositivi appropriati che utilizzano i raggi e la loro energia a diverse lunghezze d'onda per rendere le cose visibili - gli esempi includono il radar e l'imaging a raggi X. Anche se questi dispositivi sono spesso in uso da decenni, possono ancora essere utilizzati solo da specialisti e sono costosi da mantenere e acquistare. In cinque anni, ausili visivi appropriati combinati con l'intelligenza artificiale ci permetteranno di vedere larghezze di banda più ampie dello spettro elettromagnetico per ottenere preziose intuizioni sulle cose. Una caratteristica importante di queste innovazioni: Questi aiuti saranno portatili, economici e disponibili ovunque.

Uno scenario applicativo che è attualmente molto discusso e testato è quello delle auto a guida autonoma. Con l'aiuto dei sistemi cognitivi, gli ostacoli improvvisi o il deterioramento delle condizioni meteorologiche possono essere analizzati meglio e più velocemente di quanto sia possibile oggi, al fine di far navigare il veicolo in modo sicuro verso la sua destinazione. Facendo un ulteriore passo avanti, cosa succederebbe se in futuro tecnologie di questo tipo fossero integrate nei nostri smartphone e potessero aiutarci a indicare il contenuto nutrizionale di un alimento o la sua durata di conservazione? O aiutare a determinare l'autenticità di una droga? Gli scienziati IBM stanno già lavorando su una corrispondente piattaforma tecnologica compatta che espanderà significativamente le nostre capacità visive.

Usare la macroscopia per capire meglio le interrelazioni globali

Le interconnessioni e la complessità del nostro ambiente immediato ci rimangono nascoste nella grande maggioranza dei casi. Con l'Internet of Things e i suoi già più di sei miliardi di dispositivi connessi, questo cambierà definitivamente: Frigoriferi e lampadine, droni, telecamere, stazioni meteorologiche, satelliti o telescopi forniscono già ogni mese exabyte di dati aggiuntivi, precedentemente poco utilizzati. Dopo la digitalizzazione delle informazioni, delle transazioni e delle interazioni sociali, è ora il momento di digitalizzare i processi del mondo fisico. Nei prossimi cinque anni, gli algoritmi e i software di apprendimento automatico aiuteranno a organizzare e comprendere queste informazioni del mondo fisico. Questo approccio è chiamato macroscopia. A differenza di un microscopio o di un telescopio, i sistemi che vengono sviluppati per questo approccio sono progettati per analizzare le interazioni di cose che sono visibili a occhio nudo ma non possono essere facilmente contestualizzate.

Prendiamo l'agricoltura, per esempio: raccogliendo, organizzando e analizzando i dati sul clima, le condizioni del suolo, i livelli delle acque sotterranee e i metodi di coltivazione, gli agricoltori saranno in grado di selezionare le loro sementi, determinare la giusta posizione per i campi e ottimizzare i rendimenti - senza esaurire inutilmente le preziose riserve di acque sotterranee, per esempio. Nel 2012, IBM Research ha iniziato un progetto con il viticoltore statunitense Gallo che ha valutato i metodi di irrigazione, le condizioni del suolo, i dati meteorologici dai satelliti e altri dettagli per garantire la migliore irrigazione per una resa ottimale e la qualità dei suoi terreni. In futuro, tali approcci macroscopici saranno utilizzati ovunque - per esempio, in astronomia per valutare i dati sugli asteroidi, per determinare con più precisione la loro composizione materiale e per prevedere le rotte di collisione.

I chip diventano laboratori medici e trovano i fattori scatenanti delle malattie su scala nanometrica

La diagnosi precoce delle malattie è fondamentale per il loro trattamento. Tuttavia, ci sono anche malattie come la già citata sindrome di Parkinson o il cancro che sono difficili da diagnosticare in una fase iniziale. Una possibilità per la diagnosi precoce sono le bioparticelle nei fluidi corporei come saliva, lacrime, sangue, urina o sudore. Tuttavia, poiché queste particelle sono spesso 1000 volte più piccole del diametro di un capello umano, sono estremamente difficili da rilevare.

Nei prossimi cinque anni, i chip diventeranno minuscoli laboratori medici che scansioneranno i nostri fluidi corporei e ci faranno sapere in tempo se è ora di andare dal medico. L'obiettivo della ricerca è quello di raggruppare gli esami necessari, che in precedenza richiedevano un ambiente di laboratorio completamente attrezzato, su un singolo chip. In futuro, permetterà agli utenti di leggere rapidamente e regolarmente i biomarcatori e trasferire queste informazioni al cloud dalla comodità delle loro case. Lì, può essere collegato con ulteriori dati provenienti, per esempio, da monitor del sonno o orologi intelligenti e analizzato da un sistema cognitivo. La combinazione di diverse serie di dati si traduce in una visione completa dello stato di salute e può identificare indicatori problematici in una fase iniziale.

Gli scienziati dell'IBM Research stanno già lavorando su una nanotecnologia "lab-on-a-chip" che può separare e isolare le bioparticelle con un diametro di soli 20 nanometri, che è nell'ordine del nostro DNA, da virus o esosomi.

I sensori intelligenti rilevano l'inquinamento in tempo reale

La maggior parte degli inquinanti sono invisibili all'occhio umano - finché i loro effetti non possono più essere ignorati. Il metano, per esempio, è un componente del gas naturale, che è effettivamente una fonte di energia pulita. Tuttavia, quando il metano entra nell'aria prima di essere bruciato, è uno dei principali responsabili del riscaldamento globale, insieme al biossido di carbonio. La U.S. Environmental Protection Agency (EPA) stima che più di nove milioni di tonnellate di metano sono fuoriuscite solo da fonti di metano naturale nel 2014. Questo equivale alla quantità di gas serra prodotti dalle industrie americane di ferro e acciaio, cemento e alluminio messe insieme negli ultimi 100 anni.

In cinque anni, saranno disponibili nuove tecnologie di sensori a basso costo da attaccare a pozzi di gas, serbatoi e condutture, assicurando che l'industria rilevi in tempo reale perdite precedentemente difficili da trovare. Reti di sensori dell'Internet delle cose saranno interconnesse nel cloud, monitorando pozzi e infrastrutture di produzione ampiamente disperse per rilevare una perdita in pochi minuti, piuttosto che in settimane. Così facendo, contribuiranno a ridurre le fuoriuscite e la probabilità di disastri.

I ricercatori IBM stanno già lavorando con le aziende del gas come Southwestern Energy del Texas per sviluppare un nuovo sistema di stoccaggio del gas come parte del Programma ARPA-E Methane Observation Networks with Innovative Technology to Obtain Reductions (MONITOR) per sviluppare un sistema di monitoraggio del metano corrispondente e intelligente. I ricercatori stanno usando la fotonica del silicio - una tecnologia in cui i dati sono trasmessi tra i chip del computer dalla luce. Il vantaggio: la luce può trasmettere molti più dati in meno tempo dei conduttori elettrici. Questi chip possono essere integrati in sensori di rete direttamente sul posto, in altri punti della catena di sorveglianza o anche nei droni. In questo modo, dai dati in tempo reale si può sviluppare un modello ambientale complesso che determina l'origine e la quantità degli inquinanti nel momento in cui si verificano.

Maggiori informazioni su IBM 5 in 5: http://ibm.biz/five-in-five (in inglese)