Kuinka tunnistaa Suomen (tai yrityksen) kannalta lupaavimmat radikaalit teknologiset läpimurrot? Osmo Kuusi Dosentti Aalto-yliopisto, Turun yliopisto What Futures Oy osmo.kuusi@utu.fi 30.1.2014
Kuinka tunnistusmenetelmä kehitettiin? Käynnistyi Eduskunnan tutevaisuusvaliokunnassa edustaja Ville Vähämäen ideasta syksyllä 2012 Osmo Kuusen esiselvityksen jälkeen pääprojekti käynnistyi keväällä 2013 tutkijoina Risto Linturi (Sovelto Óy), Osmo Kuusi (What Futures Oy) ja Toni Ahlqvist (VTT) Risto Linturi päätekijänä
On Delfoihin verrattavissa oleva menetelmä Rinnastuu suurilla paneeleilla (yli 1000 henkeä) tehtyihin kattaviin teknologian ennakoinnin Delfoitutkimuksiin mm. NISTEP Japanissa 5 vuoden välein ja Fraunhofer ISI Saksassa erityisesti 1990-luvulla Menetelmä on paljon joustavampi asiantuntijatiedon käytössä kyeten käyttämään tehokkaasti joukkoistamista. On systemaattisempi kuin MIT Technology Review:n vuosittaiset Top Ten listat
30/01/2014 4 Tulevaisuuden radikaalit teknologiat -nelitasomalli Tieteen vaikutus arvoverkkoihin 1 Maailmanlaajuiset arvoverkot(20) 2 Radikaalit teknologiset ratkaisut(100) Tieteen vaikutukset ratkaisuihin 3 Kansalliset taidot ja markkinaläsnäolo Maailman R&D toiminta 4 Tieteen kehitys
Arvonluontiverkostot, joiden avulla radikaalien teknologioiden hyöty arvioidaan (2) 1) Henkilöautoliikenteen automatisointi 2) Tavaraliikenteen automatisointi 3) Lähivalmistus ja teollisen rakenteen murros 4) Kaupan ja palveluiden virtualisoituminen 5) Lähiruoka ja funktionaalinen ravinto 6) Etäläsnäolo ja työkalujen kauko-ohjaus 7) Oppimisen ja opastuksen yksilöllistyminen 8) Toimintakyvyn säilyttämistä tukeva omatoiminen ja yksilöllinen terveydenhuolto 9) Toimintakyvyn lisääminen toimintakykynsä menettäneille 10) Tietoisuutta toimintaympäristöstä lisäävät välineet
Arvonluontiverkostot, joiden avulla radikaalien teknologioiden hyöty arvioidaan (2) 11) Toiminnalliset materiaalit ja uudet materiaaliteknologiat 12) Tavaran älykkyyden toiminnalliset lisäarvot 13) Kestävän kehityksen energiateknologiat 14)Raaka-aineet maapallon hyödyntämättömiltä alueilta ja avaruudesta 15) Viihteen, kulttuurin ja vaikuttamisen osallistuvat muodot 16) Maanpuolustus ja terrorismin torjunta 17) Tilojen ja rakenteiden toiminnallistuminen 18) Itseorganisoituvat yhteisölliset toimintatavat 19) Identiteettien ja sosiaalisten rakenteiden virtualisoituminen 20)Demokratia, vapaus ja sosiaalinen koheesio
2. Teknologiset läpimurrot (100) Systemaattinen kuvaustapa: 1) Läpimurron perusidea 2) Julkiset internet-lähteet kärkisovelluksille 3) Kuvaus odotetulle kehityksen perusuralle 4) Tulevat odotetut sovellukset 5) Teknologian kypsyys 6) Linkit arvoverkkoihin 7) Tieteellinen lupaavuus 8) R&D toiminnan laajuus 9) Suomalainen osaaminen 10) Suomalainen markkinaläsnäolo
Kypsyys eli teknologisen ratkaisun ennakoitu tilanne vuonna 2020 1 =Läpimurron mahdollistava tieteellinen periaate todistettu ja toimintaperiaate demonstroitu vertaisarvioidussa julkaisussa (nyt vähintään 1) 2 =Demonstroitu prototyyppi, jonka esitetään toiminnallisuutensa puolesta täyttävän kaupallistamisen edellytykset (nyt vähintään 1) 3 =Kilpailutilanne useiden hyvin pääomitettujen toimijoiden kehittäessä teknologialäpimurtoa, jonka toiminnallisuus lähellä markkinakelpoisuutta (nyt vähintään 2) 4 =Tuotteita toimitetaan asiakkaille kasvavassa määrin sovellusalueiden ja toimitusmäärien laajetessa ja hintojen laskiessa (nyt vähintään 3)
3. Maailman soveltava R&D, suomalainen soveltava osaaminen ja markkinaläsnäolo Sovelluksiin tähtäävät R&D hankkeet maailmalla Suomalainen erityisosaaminen mm. SHOK:t Suomalaiset tuotantoklusterit (vrt. ETLA 1990- luku) Pienetkin voivat olla olennaisia Suomen kannalta
4. Kiinnostusta tieteellisessä perustukimuksessa on arvioitu tutkimuksen kuumilla alueilla Japanilainen tutkimuslaitos Nistep on tunnistanut kuumia alueita ryhmittelemällä avainsanojen perusteella eniten viitattuja 1% tieteellisistä artikkeleista 2000-2008. Käytetty tietokanta sisältää yli 10 miljoonaa tuoretta artikkelia yli 8500 maailmaan tieteellisestä lehdestä Nistep on tunnistanut 121 kuumaa aluetta ja sijoittanut ne alojen yhteyksiä kuvaavalle kartalle. Kartan keskipiste on alueella, josta käytetään nimeä jälkigenomitutkimus Siinä yhdistyvät geenitekniikka ja nanotekniikka mm. biosirujen käyttönä
Tarttuvat taudit ja immunologia Sydämen ja verisuonien tutkimus Syöpä Rappeumat Kantasolujen tutkimus Aivotutkimus Kasvitutkimus Jälkigenomitutkimus Nanotiede Ympäristö Hiukkasfysiikka ja kosmologia
Työversion 25 tärkeintä ratkaisua Kypsyys A=1, B=2, C=3, D=4 Tieteellinen kiinnostavuus 0-2 Itsenäisten R&D-polkujen laajuus 0-1 Suomen osaaminen 0- Suomen 1 access 0-3 Pisteet 2.19 Avoin data ja Big data 4 1 1 1 445,5 2.72 Äärimmäisen tiheät, kvantti-ilmiöiden huomioon ottamista edellyttävät 4 prosessorit 2 1 407 2.22 Laajennetun todellisuuden välineet (Augmented reality). 4 1 1 1 390,5 2.13 Vapaasti organisoituva etätyö ja netissä muodostuvat organisaatiot 4 1 1 1 385 2.12 Oppimisen uudelleenorganisointi 4 1 2 357,5 2.20 Yhteistyön ja yhteiskunnan pelillistäminen 4 1 1 2 354 2.02 Tauteja, fysiologisia tiloja ja organismien ominaisuuksia nopeasti 3 ja halvalla 2tunnistavat biosirut 1 tai biosensorit 1 1 324,5 2.45 Robottiauto 3 1 2 292,5 2.82 Nopeasti halventuva aurinkoenergia 4 1 1 2 288 2.43 Painettavat yms halvat sensorit 3 1 1 1 274,5 2.56 Tavaroiden 3D-tulostus 4 1 1 1 269,5 2.28 Pilvilaskenta, massiivinen keskitetty data ja prosessointiteho 4 1 1 260 2.40 Materiaalitutka 3 1 1 256 2.09 Dementiaa ehkäisevä lääkitys 3 2 1 2 247,5 2.53 Modulaarinen robotiikka 3 1 1 1 247,5 2.01 Rutiinimainen kattava DNA-luenta 4 2 1 1 240 2.74 Antibakteeriset ja muut likaa hylkivät materiaalit ja pinnat 4 1 1 1 3 238 2.23 Haptiset käyttöliittymät 3 1 2 225 2.89 Kevyet tehokkaat nopeasti ladattavat akut ja kondensaattorit 4 2 220 2.70 Robottijalat ja liikkumista vahvistava haarniska 4 1 2 209 2.78 Nanosellu 4 1 1 3 208 2.99 Sähköraha, aikapankit 4 1 207 2.32 Ympäristön reaaliaikainen 3D-mallinnus 3 1 206,5 2.54 Kävelevä, kädellinen robotti 3 2 204 2.07 Henkilökohtainen oman kehon analysaattori 3 1 1 200 12
2.40 Materiaalitutka**** Ingressi: Laser-teknologia yhdistettynä spektroskopian metodeihin avaa mahdollisuuden tunnistaa kemiallisia yhdisteitä ja materiaaleja näköetäisyyden päästä. Avaruustutkimuksen alueella spektroskopia on ollut ainoa luotettava keino tunnistaa avaruudessa olevan materian koostumusta. Elektroniikan halventuessa ja osaamisen kehittyessä menetelmä erityisesti yhdistettynä laser-teknologiaan tuottaa teoriassa yleiskäyttöisen välineen tunnistaa esimerkiksi ravintoaineita, myrkkyjä, erilaisia kaasuja, pintamateriaaleja, räjähdysaineita, huumeita, sairauksia, puutostiloja tai ravinteita ilman reagensseja tai muita kuluvia osia, täysin automaattisesti ja häiritsemättä tai muuttamatta tutkinnan kohdetta. Taustatietoa ja esimerkkejä: http://davidbrin.blogspot.fi/2012/07/acceleratingdangers-opportunities-from.html, http://www.geniaphotonics.com/, http://www.scienceworldreport.com/articles/8881/20130816/new-method-molecularimaging-demonstrated-first-time.htm, http://people.csail.mit.edu/fadel/wivi/,http://www.sciencecodex.com/bombdetecting_lase rs_could_improve_security_checkpoints-118953 Kehityksen kärki tai kärjet: Alan johtava yritys on Genia Photonics, joka markkinoi tuotteitaan lääketieteen, teollisuuden ja turvallisuusalan tarpeisiin. Sovellusalueita: Turvallisuusala, teollisuus, lääketiede, palvelut, robotiikka, kaivosteollisuus, maatalous, ja teknologian hinnan laskiessa myös ihmisen normaali arki. 30.1.2014 13
2.02Tauteja, fysiologisia tiloja ja organismien ominaisuuksia nopeasti 30.1.2014 14 ja halvalla tunnistavat biosirut tai biosensorit **** Taudinaiheuttajien ja puutostilojen nopea tunnistaminen, nopea geneettisen tyypin tunnistaminen pienin kustannuksin. Yksilöllisen hoidon mahdollistaminen ilman viivettä ja ilman monimutkaisten laboratoriomenetelmien tuntemusta. Elintarvikkeiden ominaisuuksien tunnistaminen, esimerkiksi allergeenit, pilaantuminen, ravinnepitoisuus. Sekä tutkimuksen että sovellusten kannalta erittäin kiinnoistava Säätelyn haasteita: Luotettavuuden turvaaminen itse käytetyissä testeissä, väärät diagnoosit Saako käyttää vapaasti toisten perimän tutkimiseen näytteistä? Syntyykö jäämiä?
30.1.2014 15 2.23 Haptiset käyttöliittymät **** Haptiset käyttöliittymät käyttävät hyväkseen tuntoaistia Uusi teknologia mahdollistaa kosketusnäytöt, jotka sormi tunnistaa kovaksi, pehmeäksi, rosoiseksi, sileäksi jne. Läheisyyden tunteen välittäminen Palautteen antaminen virtuaaliympäristössä Etäohjatun robotin aistimusten välittäminen Pistekirjoitus näkövammaisille Kankaan kokeilu näytöltä ennen vaatteen tilaamista sähköisestä kaupasta Esimerkiksi Senseg käyttää haptisissa näyttölaitteissa staattista sähkökenttää ja sen modifiointia tuntoaistin ohjaamiseen Disney kehittää ilman värähtelyyn perustuvaa tuntoaistimusta. Sovellusalueita: Kosketusnäytöt, kehon tilan tunnistimet, liikuntavälineet, pelit, robottien kaukoohjaimet. Disneyn Aireal laite, joka tuottaa haptisia vasteita käyttämällä ilmaa
2.47 Nelikopterit -työn säästö kymmeniä tuhansia henkilövuosia http://www.youtube.com/watch?v=jnkmyfq5yfy Nelikopterit (Quadcopter) Kartoitus-, kuvaus- ja valvontatehtävät Kirjeenkanto, pakettien nouto, rakentaminen Mittaus- ja ohjaustehtävät, sotilaskäyttö Laitteessa yleensä oma vakaaja, gps, kamera, radio-ohjaus, navigaattori Muut etiäiset etäläsnäolo kokouksissa, oppitunneilla jne. avustaminen robotti suorittaa helpot tehtävät, ihminen ohjaa robottia etiäisenä tarvittaessa nosturit, kuljettimet, kokoonpanorobotit kirurgiset robotit jo nykypäivää yms. Developer & Designer Day 2012 16
2.78 Nanosellu Ingressi: Selluloosa koostuu pitkistä kuiduista. Kuituja sopivasti pilkkomalla saadaan aikaan ns. mikrokuituja tai nanosellua, jonka ominaisuudet poikkeavat olennaisesti tavallisesta selluloosasta. Se on huomattavan lujaa ja kevyttä. Lujuus voi vastata kevlaria. Huokoisuus, keveys ja kyky heijastaa valon eri aallonpituuksia sekä läpinäkyvyys kuuluvat nanosellun mahdollisiin ominaisuuksiin. Nanosellua tuotetaan jo tuhansia kiloja päivittäin, mutta monet sovellukset vaativat nanosellulta rakenteita, jotka hallitaan vasta laboratoriomittakaavassa. Nähtävissä on, että nanosellusta voisi tehdä esimerkiksi auton koreja, ikkunoita, näyttölaitteita, suodattimia, kantavia rakenteita, turva-asusteita ja kokonaan uusia, joustavuutta, toiminnallisuutta ja lujuutta edellyttäviä osia esimerkiksi robotiikkaan. Viitteet: http://www.newscientist.com/article/mg21528786.100-why-wood-pulp-is-worldsnew-wonder-material.html, http://gizmodo.com/5994113/7-incredible-uses-for-nanocellulose, http://www.theverge.com/2013/4/8/4195982/nanocellulose-wonder-material-produced-fromalgae-solar-energy, http://www.aalto.fi/en/current/magazine/04/ever-finer_cellulose/, http://www.kcpk.nl/algemeen/bijeenkomsten/presentaties/20130130-nanocellulose Kehityksen kärki tai kärjet: Nanosellua tai mikrokuitusellua tuottavat mm. Stora-Enso ja UPM, sen ominaisuuksia tutkitaan maailmalla laajalti, mm. Aalto-yliopistossa.
Erityishaaste TEK:lle: top 100 listan jatkuva päivittäminen asiantuntija-arvioilla ja joukkoistamalla Tehty Top 100 lista menettää nopeasti ajankohtaisuutensa, ellei sitä jatkuvasti päivitetä Jatkuvan asiantuntemukseen ja joukkoistamiseen perustuvan päivittämisen järjestäminen on paitsi kustannuksiltaan vähäistä myös vaikuttavinta teknologian kehityksen ennakointia, mitä Suomessa voidaan nyt tehdä!
Teknologiseen kehitykseen vaikuttavan tieteellisen tutkimuksen piirteitä Tieteen kehitys tapahtuu maailmanlaajuisesti. Teknologisen kehityksen kannalta keskeisissä luonnontieteissä merkittävät tutkimustulokset leviävät nopeasti maasta toiseen. Tieteessä menestymistä mitataan toisten tieteen tekijöiden arvostuksella ja vain toissijaisesti tai ei lainkaan taloudellisella merkityksellä Arvostuksen tärkein mitta on julkaiseminen arvostetuimmissa tieteellisissä lehdissä. Perustutkimuksen autonomista asemaa ja tiedeyhteisöjen vahvaa roolia Suomessa ja monessa muussa maassa vahvistaa käytäntö, jolla virat täytetään ja tutkimuksesta palkitaan erityisesti julkaisemisen perusteella.
Tieteellinen tutkimus ja kaupalliset sovellukset Ellei eroa toiminnan motiiveissa oteta huomioon, yhteistyö tieteellisen tutkimuksen ja yritysten kesken voi toimia huonosti. Tämä on koettu Strategisen huippuosaamisen keskittymissä eli SHOK:eissa Yleisesti ottaen tieteellinen aktiivisuus viittaa tuleviin löydöksiin, mutta polku niihin voi olla pitkä ja mutkikas Tieteellisten artikkeleiden rinnalla on olennaista seurata niihin liittyvän patentoinnin kehitystä