El futuro del futuro. Una visión desde las tecnologías de convergencia.
Prof. Dr. Alberto L. D’Andrea . Director de Nanotecnología y Nuevas Tecnologías.
En sólo dos siglos… Año
Vida
Población
CO2
1800
24 años
1.000 millones
280 ppm
2015
76 años
7.400 millones
380 ppm
Fundamentos científicos. • 1833-Miguel Faraday estableció la naturaleza eléctrica en la materia. • 1864-James Clerk Maxwell estableció la naturaleza eléctrica y magnética de la luz. • 1900-Max Karl Ernst Ludwig Planck demostró y postuló la naturaleza discontinua de la energía. • 1913-Niels Henrik David Bohr, basándose en los postulados de M. Planck, culmina el primer modelo atómico “confiable”. • 1926-Erwin Schrödinger dio origen al modelo atómico probabilístico vigente en la actualidad.
En sólo dos siglos… Año
Vida
Población
CO2
1800
24 años
1.000 millones
280 ppm
2015
76 años
7.400 millones
380 ppm
La problemática cualitativa.
• De los 7.400 millones de habitantes actuales, 1000 millones no pueden comprar sus alimentos y 5.000 millones están excluidos de la vida garantizada. • Aproximación a la “carga máxima de la tierra”. • Fuerte incremento en la demanda de energía y alimentos, • Aumento de la contaminación en general producto de la mayor cantidad de habitantes y de la actividad del hombre. • Peligrosa acumulación de gases que conducen al calentamiento global. • Agotamiento de la energía fósil-extractiva, antes abundante y barata. • Declive constante de la diversidad biológica ante la apropiación de más espacios físicos por el hombre
4900 millones de habitantes mĂĄs en 65 aĂąos.
1950 2.500 millones
2015
1950 4.900 millones
"Laudato si", la encíclica del Papa (18/06/15) “Incluye la decisión de sustituir el uso de los combustibles fósiles y el desarrollo en su lugar de las fuentes de energía renovables para reducir las emisiones de gases contaminantes". “El sistema industrial, al final del ciclo de producción y de consumo, no ha desarrollado la capacidad de absorber y reutilizar residuos y desechos. Todavía no se ha logrado adoptar un modelo circular de producción que asegure recursos para todos y para las generaciones futuras, y que supone limitar al máximo el uso de los recursos no renovables, moderar el consumo, maximizar la eficiencia del aprovechamiento, reutilizar y reciclar”.
¿Cómo resolver la problemática cualitativa?
Biósfera El saber necesario … Cambio de paradigma
Antes: ciencias y tecnologías destinadas a conocer la naturaleza. Hoy: ciencias-tecnologías destinadas a transformar la naturaleza.
El triángulo del saber para el siglo XXI
Biotecnología
Bionanotecnología
Química Biológica
Química
Nanotecnología
Fisicoquímica
QUÍMICA. El 23 de junio-2015 el registro de sustancias del Chemical Abstract Service (CAS), una división de la American Chemical Society, llegadó a los 100 millones de sustancias químicas. El 7 de septiembre del año 2009 el Chemical Abstracts Service anunció el registro de un novedoso analgésico: la sustancia química 50 millones. El CAS registró la sustancia número 40 millones apenas nueve meses antes. En el año 1990 se registró el compuesto 10 millones.
NANOTECNOLOGÍA.
Breve historia de la Nanotecnología. • • • • • • • • • • •
1974 Norio Taniguchi publica “On the Basic Concept of Nano Technology”. 1977 Concepto de nanotecnología molecular (Drexler). 1981 Microscopio de efecto túnel STM. 1985 Fulerenos. 1986 Microscopio de fuerza atómica AFM 1989 La manipulación atómica es una realidad. El logo de I BM escrito con átomos. 1991 Nanotubos de Carbono. 2000 U.S. National Nanotechnology Institute. 2001 La calculadora más pequeña (Gimzewski) 2004 Grafeno. 2010 Premio Nobel a Andre Geim y Konstantin Novoselov por el descubrimiento del grafeno.
Sus cinco áreas…
Salud
Medio Ambiente.
Materiales Energía Electrónica
Patentes: grafeno, nanotubos de carbono, puntos cuรกnticos.
BIOTECNOLOGÍA.
Sus cuatro áreas…
Alimentos
Salud
Energía
Medio ambiente
Biotecnología. Puntos de inflexión de la biotecnología moderna: • • • • • • • • • • •
1973 1980 1983 2000 2006 2006 2006 2008 2011 2012 2013
INGENIERÍA GENETICA. PATENTAR LA VIDA. PRIMERA PLANTA TRANSGENICA. PROYECTO GENOMA HUMANO. PRIMERA VACUNA CONTRA UN CÁNCER. RNAi. REPROGRAMAR LA VIDA. PRIMER CROMOSOMA SINTÉTICO. CONBUSTIBLES GENETICOS. EDICIÓN DEL GENOMA-CRISPR/CAS9. SECUENCIACIÓN MASIVA DEL ADN.
Edición del genoma-CRISPR/CAS9 Terapias de rejuvenecimiento
ADN recombinante
Células madres reprogramables
RNA de interferencia Terapia génica
Anticuerpos monoclonales
Biotecnología Vacunas Secuenciación masiva Alimentos modificados genéticamente Carne biotecnológica Biotecnología de microalgas
Terapia celular Producción con residuo cero Biomasa Biofábricas transgénicas
Biocombustibles
Jeremy Riffkin
El Siglo de la BiotecnologĂa (1999)
“El siglo de la biotecnología” Jeremy Rifkin En su libro “El siglo de la biotecnología” Jeremy Rifkin dice: •
A la biotecnología le corresponde la difícil tarea de reinventar la naturaleza y de rehacer el mundo.
•
La mundialización del comercio y los negocios hacen posible una nueva y completa siembra de la biosfera terrestre con una génesis concebida en el laboratorio, una naturaleza bioindustrial producida artificialmente y destinada a reemplazar la pauta evolutiva destruida para hacer posible la vida en la tierra.
Se aceleran las inversiones en biotecnologĂa. NASDAQ 8 de agosto 2013
NBI
INDU
2009
El triángulo del saber para el siglo XXI. Biotecnología
Química Biológica
Bionanotecnología
Nanotecnología
Química
Fisicoquímica
El triángulo científico-tecnológico para la innovación.
Biotecnología
Bioinformática
Bionanotecnología
Infotecnología
Nanotecnología Nanoelectrónica
National Science Foundation Department of Commerce. EEUU. (Diciembre 2001)
www.wtec.org/ConvergingTechnologies/Report/NBIC_pre_publication.pdf
Tecnologías de convergencia.
NANOTECNOLOGÍA
NBIC BIOTECNOLOGÍA
INFOTECNOLOGÍA
COGNOTECNOLOGÍA
NBIC. Bio
Química Cogno Info Nano
SMALL BANG. BIT Átomo
Infotecnología Química Nanotecnología
Neurona Genes
Ciencia cognitiva Biotecnología
Biósfera El saber necesario … Cambio de paradigma
Antes: ciencias y tecnologías destinadas a conocer la naturaleza. Hoy: ciencias-tecnologías destinadas a transformar la naturaleza.
Tecnologías de Convergencia. Carreras de grado en la Argentina. 90 80 70
INFORMÁTICA
60
¿?
50 BIOTECNOLOGÍA
40 30
NANOTECNOLOGÍA
20 10 0 1
2
3
Primera Licenciatura en NanotecnologĂa.
El triángulo científico-tecnológico para la innovación.
Biotecnología
Bioinformática
Bionanotecnología
Infotecnología
Nanotecnología Nanoelectrónica
NBIC: dos caminos.
Respuestas a las necesidades socioeconómicas
NBIC Cognociencia y cognotecnología
FUTURO EXTREMO
El futuro del futuro = futuro extremo •
Cambio constante y espiralado concordante con la evolución exponencial del conocimiento nuevo sobre el inmediato anterior.
•
Imprevisibilidad debido a que la simbiosis de las tecnologías convergentes desplazan continuamente el límite de lo utópico.
•
Complejidad por la necesidad de herramientas conceptuales en las cuatro áreas para interpretar las incalculables posibilidades de nuevos desarrollos.
•
Velocidad por la dinámica propia de la evolución del conocimiento actual y por las presiones para dar respuestas a las crecientes necesidades socioeconómicas.
•
Riesgo de que el potencial de las NBIC sea utilizado con fines inescrupulosos para el dominio y/o para la acumulación de poder.
Nanotecnología para estudiar el cerebro. La Nanotecnologia permitiría, entre otra cosas, reemplazar las matrices con los 64 electrodos de la tecnología actual por matrices de 100.000 o más nanoelectrodos estratégicamente ubicados para captar las señales de las neuronas individuales y además, debido a alteraciones en la superficie de los nanoelectrodos, recoger información sobre los cambios químicos en el cerebro vinculados a los 100 neurotransmisores (pequeñas moléculas que llevan señales entre las neuronas) conocidos.
Proyectos cerebro humano. Human Brain Project. Comisión Europea para reproducir tecnológicamente las características del cerebro humano. Brain Activity Map. EEUU invertirá 3.000 millones de dólares. Los proyectos europeo y americano se parecen en muchos aspectos. La inmensa relevancia que ambos conceden a la investigación del cerebro. Los frutos económicos y sociales se esperan conseguir en el plazo de una década.
El Dr. Peter Fromherz del Instituto de BioquĂmica Max Planck Neuroelectronic Interfacing: semiconductor Chips with Ion Chanels, Nerve Cells and Brain (2003)
Héctor, un robot con conciencia.
Sofware para simular “comportamiento imaginado”. Imaginar acciones es una característica central de una forma de conciencia simple.
Cerebros similares. Las primeras simulaciones con “cerebros similares” se esperan para el 2020 cuando los ordenadores hayan alcanzado la potencia de cálculo requerida. No será necesario, para tal cometido desentrañar todos los misterios de cerebro humano, el propio instrumento proveerá un marco para acomodar lo conocido y realizar predicciones sobre lo desconocido. Estas guiarán el diseño de experimentos futuros y los nuevos conocimientos adquiridos en ellos se integraran a los anteriores de tal modo que, luego de sucesivos ciclos, finalmente dispongamos de un modelo unificado de cerebro capaz de reproducir el funcionamiento de uno natural con suma precisión, desde sus mecanismos moleculares hasta el comportamiento del órgano como un todo.
Introducing a Brain-inspired Computer
TrueNorth
Dharmendra Modha IBM Fellow
1 millón de neuronas, 256 millones de sinapsis programables a través de 4.096 núcleos neurosinápticos individuales
NBIC: dos caminos.
Respuestas a las necesidades socioeconómicas
NBIC Cognociencia y cognotecnología
FUTURO EXTREMO
Hacia la Economía Física. ¿Qué es la vida? (1944) Erwin Schrödinger
Perspectiva desde la Física clásica. El mecanismo de la herencia. Mutaciones. La evidencia según la mecánica cuántica. Discusión y verificación del modelo de Delbrück. Orden, desorden y entropía. ¿Está basada la vida en las leyes de la física? -57 páginas.
La metรกfora del metabolismo de la sociedad humana. Nicholas Georgescu-Roegen Metabolismo endosomรกtico. Metabolismo exosomรกtico. 1966 - Analytical Economics. 1971 - The Entropic Law and de Economics Process.
Diágnóstico de Georgescu-Roegen •
•
•
Los economistas clásicos basaron sus teorías en una concepción de la economía como un proceso cíclico de producción y consumo, para la naturaleza no es un ciclo es un proceso unidireccional de consumo de energía y recursos no renovables en el tiempo que se consumen. La economía va indefectiblemente al fracaso. Si la vida es lo más importante, la economía debe ser una subrama de la biología y no la vida depender de la economía. Controlar natalidad, crecimiento económico lo mínimo necesario. Disminuir el consumo en general.
De la economía física a la economía biofísica y la bioeconomía. La incidencia de las nuevas tecnología. ¿Las innovaciones tecnológicas permitirán generar los recursos necesarios en tiempo y forma?
BIOECONOMÍA (Primer respuesta).
La bioeconomía como una economía basada en la biotecnología capaz de generar en tiempo y forma los recursos naturales renovables, con su acervo de 65 millones de genes y la ingeniería genética, para dar respuestas a necesidades socioeconómicas tales como la demanda de energía, alimentos, disminución de los gastos en salud y cuidado del medio ambiente, generando a su vez trabajo e ingresos en forma sustentable.
Plan B: Bioeconomía, Biotecnología, Biofábrica transgénica (2013).
Cambiar el metabolismo exosomático I. CO2 BIOTECNOLOGÍA
NANOTECNOLOGÍA QUÍMICA
Biomasa
Biofábricas transgénicas
Nanofotosíntesis artificial
Nanobaterias.
Cambiar el metabolismo exosomĂĄtico II.
Paneles solares nocturnos
Paneles solares
NanofotosĂntesis artificial
Nanoeconomía (Segunda respuesta) Es una economía originada a partir del eslabón más pequeño, de lo cotidianamente pequeño, una economía centrada en el individuo y en su acontecer económico diario. La nanotecnología probó que no siempre es necesario avanzar de lo mayor a lo pequeño (Top-down), demostró la posibilidad de construir de menor a mayor a partir de los átomos y las moléculas (Bottomup). Resumiendo podemos presentar a la nanoeconomía como una economía construida a partir de las necesidades y el quehacer diario de los 7000 millones de personas habitantes el mundo en vez del resultado del accionar de países o empresas
Aportes del nuevo paradigma a un mundo sin rumbo (Ignacio Ramorel) Economía de pensamiento único. Predominio de lo económico sobre lo social-político. Globalización. Mercado. Medios de comunicación.
Crecimiento de la población. Desequilibrios económicos, ecológicos y sociales. Ascenso de lo irracional.
BIOECONOMÍA
Las NBIC, innovación y un mundo horizontal. Energía y Pobreza. Economía de pensamiento único. Comunicación. Energía. Alimentación. Economía de convergencia
Ethanol synthesis by genetic engineering in cyanobacteria.
ASTAXANTHIN
Biopetrรณleo
Las NBIC y el pensamiento complejo para comprender un mundo complejo. Edgar MorĂn Integrar el conocimiento
Ciencias de la vida, ciencias sociales, humanidades y arte
El futuro del futuro. Una visión desde las tecnologías de convergencia.
• Trasformar la naturaleza con convergencia para lograr los necesarios.
las tecnologías de cambios cualitativos
• Horizontalizar la capacidad de producir energía y alimentos aprovechando las innovaciones de las NBIC conducentes a una economía de convergencia. • Integrar el saber del siglo XXI para lograr un pensamiento complejo que nos permita entender y resolver la problemática de un mundo complejo.
El futuro del futuro. Una visión desde las tecnologías de convergencia.
Prof. Dr. Alberto L. D’Andrea . Director de Nanotecnología y Nuevas Tecnologías.
adandrea@caece.edu.ar