Tehnoloogia ja loovus
www.tehnoloogia.ee
1
Väljaandja Mittetulundusühing Eesti Tehnoloogiakasvatuse Liit www.tehnoloogia.ee Tallinn 2011 Autorid Voldemar Ansi B21; Villu Baumann A10, B25, B27, B28, B30; Ain Jepišov A11; Kaido Kaas A3, B17, B38; Urmas Kaljuvee B33; Tiit Kobrusepp A8, B14; Pärt Kukk A4, A5, A6; Paul Kunman A16; Urmas Kuusik A7, A12, A16, B24; Ben Kõrgemäe B43; Aron Lips, B31, B32, B34 B35; Elmo Meius B11, B12, B13, B22, B23; Peeter Mändla B36, B37; Geenart Nagel A9, B16, B18, B19; Vilmar Olviste A13, A14, B20; Urmas Pohlak B8, B9, B10; Endel Rihvk A3, A4, A5, A13, A14, A15, A17, A18, A19, B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B26; Jaan Roht B29; Mart Soobik A1, A2, A20, B15, B39, B40, B41, B42, B44. Fotod Ande Kaalep, Internet Kaanekujundus Marit Soobik Keelekonsultant Seoriin Jõgise Kunstikonsultant Paul Kunman Kujundaja Ande Kaalep Sisutoimetaja Endel Rihvk Toimetaja Mart Soobik Trükikoda Paar OÜ ISBN 978-9949-21-920-9
2
SISUKORD A osa: tehniline ja tehnoloogiline teave Tehnoloogia inimese teenistuses 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Inimene ja tehnoloogia 7 Tehnoloogia muudab maailma 13 Energeetika 18 Transport 24 Ehitus 29 Kommunikatsioon ja infotehnoloogia 33 7. Kaasaegsed töötlusprotsessid 37
Materjalid ja nende töötlemine 8. Elektrimaterjalid ja elektroonikakomponendid 43 9. Keraamika ja klaas 49 10. Tekstiilmaterjalid ja nahk 54 11. Plastmassid 59 12. Uued materjalid 63 Esemete kavandamine ja kujutamine 13. Esemete kujutamine tasapinnal 69 14. Teabe edastamine tehnilisel joonisel 75 15. Jooniste eriliigid ja kaasaegne joonestustehnoloogia 80 16. Ülevaade disainist 84 17. Dekoratiivse suunitlusega esemete kavandamine 90 Loovus ja innovatsioon 18. Nutikuse arendamine 97 19. Konstrueerimine ja materjalide korduvkasutus 103 20. Ideest leiutiseni 108
B osa: tööjoonised ja tööjuhendid 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Stiliseeritud lilleõis 112 Kuuma nõu alus 113 Otspuidust lõikelaud 114 Diabolo 115 Lauamäng “Kolmnurk” 116 Rütmipill (kõristi) 117 Puurimistarvik (konduktor) 118 8. Põrnikas 119 9. Elektritõrvik 120 10. Mängulatern 121 11. Reaktiivauto 122 12. Tromboonvile 123 13. Multifunktsionaalne lamp 124 14. Jõuluvalgusti 125 15. Pentamino 126 16. Dekoratiivplaat 127 17. Käevõru 127 18. Vahtplastist sõiduk 128 19. Nukutuba 128 20. Tulnukas 129 21. Uksekoputi 130 22. Plekklitritega rütmipill 131 23. Käsitrummid 131 24. Elektrisõiduk 132 25. Kastiste 133 26. Tulelaev 134 27. CD riiul 135 28. Klaaskandik 136 29. Rahvuslik sõlg 136 30. Lindude söögimaja 137 31. Kummipüstol 138 32. Suruõhurakett 138
33. Märgukell 139 34. Lennuk 140 35. Reaktiivlaev 141 36. WC paberi pani 142 37. Suusavarn 143 38. Öölamp 144 39. Tabalukk 145 40. Mobiiltelefoni alus 146 41. Sõiduk 147 42. Lendav tiivik 148 43. Minivaas 149 44. Puusepasõlm 150 Tegevusjuhised edukaks tööks 151
3
4
Saateks
T
eie, tänaste põhikooli õpilaste, kõige töisemad eluaastad jõuavad kätte paarikümne aasta pärast ja jätkuvad 21. sajandi keskpaigas. Praegu ei suuda keegi täpselt ette näha, milliseid teadmisi ja oskusi vajate te siis kõige enam, sest eluolu ja kutsetöö sisu arenevad tohutu kiirusega. Arengu mootoriks on siiani olnud ja on ka edaspidi tehnika ja tehnoloogia pidev täiustumine. See annab alust arvata, et tehnoloogia muutustega kohanemine ja nende oskuslik ärakasutamine on ka tulevikus iga inimese edu võtmeks. Seetõttu on oluline teada, kuidas tehnoloogia on varem toiminud ja milliseid teid pidi on tänasele tasemele jõutud. Nii saab igaüks endale seada eesmärgiks olla osaline uutele kõrgustele pürgimisel. Nendest kaalutlustest lähtudes on selle õpiku autorid siia koondanud olulisema teabe tehnika ja tehnoloogia tänase taseme kohta. Mõistagi ei ole nende kaante vahele mahtunud andmed kõikide tehnoloogia valdkondade kohta. Põhirõhk on pandud nendele, mis puudutavad iga inimest – energeetikale, transpordile, kommunikatsioonile jne. Samas ei ole siin käsitletud selliseid suuri valdkondi nagu näiteks põllumajandus ja sõjandus. Esimene neist puudutab küll kõiki inimesi toidu allikana, kuid selle majandusharuga vahetult tegelevate inimeste arv pidevalt väheneb. Sõjandus on küll selline ala, mis paljuski liigub tehnoloogilise progressi esirinnas, kuid enamus inimesi sellega otseselt kunagi kokku ei puutu. Nii pole selle kohta vajalik ega ka võimalik täpsemat teavet anda. Pealegi võib kunagi saabuda aeg, kus see valdkond kaotab üldse mõtte. Selleks, et tehnilisi probleeme paremini kirjeldada ja mõista, kasutatakse tänapäeval sõnade kõrval väga laialdaselt graafilist esitlusviisi, mida nimetatakse tehnilisteks joonisteks. Selle nn “tehnika keele” kasutamiseks tuleb teada seal kehtivaid põhimõtteid ja reegleid. Oleme siia raamatusse lisanud nendest lühikokkuvõtte, et te saaksite joonistel kujutatut mõista
ja vajadusel ka ise oma mõtteid sel viisil väljendada. Inimkonna elukvaliteeti viivad edasi need inimesed, kelle isiksuse üheks omaduseks on võime luua uusi ühiskonnale vajalikke väärtusi, kas siis kaunite kunstide või teaduse ja tehnika vallas. Sellist võimet nimetatakse loovuseks ja seeläbi korda saadetut loominguks. Loominguks on igal inimesel kaasa sündinud teatud eeldused, kuid need võivad ilma pideva treeninguta kängu jääda. Tehnikaloomingu jaoks vajaminevaid omadusi saab arendada mitmesuguseid probleemülesandeid lahendades, olemasolevaid tehnoloogiaid täiustades ja uusi tooteid konstrueerides. Nende tegevuste juures rakenduvad inimesel mitmesugused psühholoogilised protsessid, mille kogumit nimetataks mõnikord ka tehniliseks taibuks. Edukas tehnikalooming on suuresti seotud ka käteosavusega, sest enamasti on oma mõtteid vaja realiseerida ka vajaminevate aparaatide ja seadmete valmistamisel. Käteosavuse tagab aga pidev tegelemine materjalide ja töövahenditega mitmesuguste esemete meisterdamisel. Selle ergutamiseks on raamatusse paigutatud valik tööjooniseid ja tööjuhendeid. Enamik seal välja pakutud esemeist on sellised, mille valmistamisel tuleb ka pea loovalt tööle panna ja neid esemeid omapoolselt täiustada, sh nende kujundust uuendada ehk disainida. Läbivalt on raamatus osundatud neile kohtadele, kus igaüks teist saab võimaluse ise kõnealuse probleemi kohta lisateavet hankida või omapoolset lahendust välja pakkuda. Need nn probleemküsimused on esile tõstetud rasvases kirjas, et need teil kahe silma vahele ei jääks. Nende lahendamisel peate tõenäoliselt mõnel juhul pöörduma ka interneti või teabekirjanduse poole, sest kaasaegses ja tulevases maailmas saab määravaks oskus vajalikke andmeid otsida ja leida. Selleks kõigeks soovime teile püsivust ja edukust! Autorid
5
Tehnoloogia inimese teenistuses
6
A osa: tehniline ja tehnoloogiline teave 1. Inimene ja tehnoloogia
I
nimene on aastatuhandeid püüdnud mõelda sellele, kuidas muuta enda ja oma liigikaaslaste elu järjest kergemaks ja mugavamaks, kuidas paremini rahuldada inimeste elulisi vajadusi. Nii ongi inimkond rajanud põllud ja teed, ehitanud hooned, sillad ja staadionid, valmistanud laevu, ronge ja kosmoserakette. Põlvest põlve talletatud tarkuse najal on tänasel päeval inimkonna käsutuses palju sellist, mis mõned aastasajad tagasi olid tundmatud. Paljud meid iga päev ümbritsevad esemed pole inimeste käsutuses olnud kuigi kaua. Elektrihõõglamp joonis 1.1
?
Ümbritsevat keskkonda saab lahutada tinglikult kaheks osaks. Üks osa on looduslik ja toimib järjepidevalt aastatuhandeid ilma inimese osaluseta. Seda osa keskkonnast nimetatakse looduskeskkonnaks. Teine osa meid ümbritsevast keskkonnast on inimkonna poolt kujundatud pika aja jooksul. Seda nimetatakse tehiskeskkonnaks ja kõike sellega seonduvat tehnoloogiaks. Tehnoloogia käsitleb valdkonda, mille inimkond ise on aastatuhandete jooksul maailma loonud. See hõlmab nii teadmisi, oskusi kui ka väärtushoiakuid. Tehnoloogia on seotud loodusliku keskkonna uuendamise, muutmise ja täiustamisega, et rahuldada inimeste soove ja vajadusi. Tehnoloogia ei ole pelgalt arvutid, digiTV ja mobiiltelefonid, vaid see on kogu inimkonna poolt loodud materiaalne keskkond, mis rajaneb inimeste teadmistele ja oskustele. Tehnoloogia kuulub lahutamatu osana iga inimese ellu,
joonis 1.2
Inimene ja tehnoloogia
(elektripirn) ja auto võeti kasutusele 19. sajandi viimasel kolmandikul, lennuk ja süntesaator (elektriorel) 20. sajandi alguses, televiisor ja elektronarvuti möödunud sajandi keskpaiku, internet aga möödunud sajandi lõpus, USB mälupulk ja nutitelefon pole inimeste teenistuses olnud kuigi kaua (joonis 1.1). Tänapäeval on erinevaid arvamusi selle kohta, kuivõrd on sel teel võimalik edasi liikuda. Osa arvab, et suurem osa inimeste vajadusi rahuldavatest esemetest on juba praegu nende kasutada. Teised asjatundjad aga väidavad, et enamik vajalikke asju on veel leiutamata.
Ka lihtne kirjaklamber on üks leiutis. Seda saab aga peale oma põhilise otstarbe kasutada mujalgi. Nimeta 3 kirjaklambri uudset kasutusvõimalust.
7
Inimene ja tehnoloogia 8
sest ka igapäevaste probleemide lahendamine kuulub tehnoloogia valdkonda. Me juhime ja kontrollime ümbritsevat maailma tehnoloogia abil ning loome selleks üha uusi vajalikke lahendusi ja tooteid. Nii on joonisel 1.2 kujutatud elementaarosakeste ringkiirendi üks tänapäeva tehnoloogia tippsaavutustest. Tehnoloogia tegeleb looduskeskkonna kohandamisega inimeste vajadustele. Tehnoloogia spetsialistid juurdlevad selle üle, milline peaks olema parem maailm ja kuidas seda saavutada. Üsna sageli taandub probleem sellele, kuidas midagi valmistada või teostada. Tehnoloogia ja teadus arenevad käsikäes, olles omavahel läbi põimunud. Teadlased uurivad ja püüavad seletada nähtusi ning vastata küsimusele, miks asjad ja nähtused on sellised, nagu nad on. Insenerid on inimesed, kes kasutavad tehnoloogilisi ja teaduslikke lahendusi praktiliste probleemide lahendamiseks. Tehnika all mõistetakse inimtegevuse vahendite kogumit, mis on loodud inimühiskonna eluliste tarvete rahuldamiseks. Siia kuuluvad töö- ja transpordivahendid, aga ka igapäevases elus vajaminevad tarbevahendid(joonis 1.3). Sõna “tehnika” tähendab eesti keeles mõnikord ka vajalike vahendite kasutamisoskust või joonis 1.3 teostusviisi mingi tegevuse sooritamiseks (näiteks graafikatehnika kunstis või viiulimängutehnika muusikas) üksikjuhtudel ka tehniliste töövahendite kasutamist toodete valmistamiseks (näiteks põletustehnika puitesemete ja graveerimistehnika metallesemete kaunistamisel). Toode on inimese loodud ese (tehisese), millel on ühiskondlikult vajalik otstarve. Koolis valmistatavatel toodetel on enamasti esmasel kohal õpetuslik otstarve ja seetõttu nimetatakse neid ka lihtsalt tööesemeteks. Koolis õpetatakse tehnoloogiat tundma ja või-
maluste piires ka rakendama tehnoloogiaõpetuse tundides. Tehnoloogiaõpetuse tunnis omandatakse tehnoloogiline kirjaoskus. See on arusaam tehnoloogia olemusest ümbritsevas maailmas ning võimalustest kasutada, juhtida ning ka hinnata tehnoloogiat. Koolis õpitakse ka keskkonda disainima, st õpitakse tehnoloogiat kasutama, mõeldes välja lihtsamaid tooteid ja neid praktiliselt valmistades. Selle juures on tähtis ka töökultuuri harjumuste omandamine, tööohutuse nõuete tundmaõppimine ja järgimine. Tehnoloogiaõpetus kujundab säästlikku suhtumist loodusrikkustesse, soosib omaalgatust, loovate ideede ja lahenduste leidmist ning ettevõtlikkust. Tehnoloogia areng nõuab inimestelt järjest rohkem uusi oskusi ja vajadust oma teadmisi täiendada. Igapäevaelu nõuab tehnoloogiavahendite kasutamist ja pädevate otsuste tegemist. Selle juures on tarvis otsida infot, selle sisu analüüsida ja otsuseid langetada. Tänapäeva töömaailmas vajatakse üha rohkem tehnoloogiliselt haritud inimesi, kes on suutelised looma uudseid tooteid ja probleemidele omapoolseid innovaatilisi (uudseid ja paremaid) lahendusi. Samas on innovaatiline iga uus idee, mille rakendamine osutub tegelikkuses kasulikuks. Uuendusmeelsus ja ettevõtlikkus on meie Eesti tehnoloogilises arengus olulised märksõnad. Seejuures peetakse silmas loodussõbralikke ja üldtunnustatud humanistlikke väärtusi. Uued tehnoloogilised lahendused nõuavad tootest põhjalikku uurimust ja uudistoote katsetamist. Selle käigus luuakse prototüüp, mida katsetatakse reaalsetes olukordades. Prototüüp on täismõõtmetes töötav mudel, mida kasutatakse toote testimiseks ja täiendamiseks. Üsna sageli kulub ideest kasutuskõlbuliku toote valmimiseni palju aega. Ajaloost on teada, et James Dyson leiutas ja täiustas tolmuimejat 15 aastat (joonis 1.4). Ta tegi sadu erinevaid prototüüpe ja neis tuhandeid täiendusi ning miljoneid teste. Leiutiseks nimetatakse iga uut toodet või tehnoloogilist lahendust, mida varem pole olnud ega kasutatud ning mis on läbinud uuringud ja testimised. Kuulus leiutaja T.A. Edison patenteeris oma elu jooksul 1093 leiutist.
joonis 1.4
Kumb rõivatööstuses kasutatav kinnitusvahend leiutati varem, kas tõmblukk või takjakinnis?
?
Maailmas on korraldatud leiutajatele mitmeid huvitavaid konkursse, et leida häid lahendusi püstitatud probleemidele. Näiteks konkursil X Prize võib võita 30 miljonit dollarit, kui leiutad maanduri, mis jõuab Kuu pinnale. Kui aga soovitakse esialgu proovida kätt lihtsamate tegevustega, siis saab osaleda igal aastal SA Archimedes korraldatavatel noorte
Inimene ja tehnoloogia
Patent on leiutaja õigusi tõendav dokument, mis annab õiguse mingiks tegevuseks. Ideest leiutamiseni jõudmine nõuab mõttetööd ja katsetamist. Kasulikku mudelit eristab patendist see, et see ei pea omama kõrget leiutustaset ja seda on odavam registreerida.
leiutajate konkursil ja võita auhindu. Joonisel 1.5 on näha 2010. aasta konkursi võidutööd. Selleks, et valmistada uut toodet või luua uut tehnoloogiat, on vaja ressursse, süsteeme ja protsesse. Ressursid on: Inimesed, kes uudisloominguga tegelevad. Kui teed midagi uut või uudsel viisil, siis oled sa loov isiksus. Uus tehnoloogia on alati arendatud inimeste poolt, kes kasutavad oma kujutlusvõimet leidmaks uusi lahendusi esilekerkinud probleemidele. Informatsioon ehk teave aitab inimestel täiendada teadmisi, kiirendab õppimist, arusaamist ja suunab väärtushoiakuid. Tarbevahendid on vahendid, mis võimaldavad tööd teostada hõlpsamalt ja paremini, näiteks pliiats, pastakas, vihik, raamat. Tööriistad on vahendid, mis suurendavad inimeste võimekust töödelda materjali, näiteks vasar, kruvikeeraja. Siia kuuluvad ka elektrilised tööriistad, näiteks tikksaag, joonis 1.6 ketaslõikur (joonis 1.6). Masinad on töövahendid, mis aitavad töösse kaasata lisaenergiat, kergendades oluliselt inimeste vaimset ja füüsilist tööd. Eristatakse muundavaid masinaid, transpordimasinaid, tehnoloogilisi masinaid ja infomasinaid. Kindla tööoperatsiooni sooritamiseks mõeldud tehnoloogilisi masinaid nimetatakse ka tööpinkideks (näiteks puurpink, treipink jms) (joonis 1.7). Kapital on maksevahendite kogum materjalide soetamiseks ja transportimiseks ning töötajatele palga maksmiseks. Aeg. Igaks tegevuseks kulub teatud aeg ja seetõttu kuulub see ressursside hulka. joonis 1.7 Materjalid võib omakor-
9
10
joonis 1.5
Inimene ja tehnoloogia
joonis 1.8
mida me vajame või soovime. Selleks tuleb mõistagi kaasata vajaminevaid ressursse. Jalgpallitreenerid seletavad mängijatele graafiliselt, kuidas peab mängu ajal liikuma ja mida meeskonna liikmed peavad tegema, et lüüa vastastele väravaid. Siis on kõigil mängijatel selge, mida ja kuidas tuleb teha. Sarnane tegevus leiab aset ka tehnoloogias, mille on insenerid välja mõelnud. Reeglistatus, seaduspärasus ja seosed aitavad mõista, kuidas süsteemi juhtida ja kuidas see töötab. Sarnast plaani võib kasutada ka siis, kui on vaja ise oma ideid arendada. Süsteemid jagunevad kaheks: avatud ja suletud süsteemiks. Avatud süsteemid on kasutusel näiteks vanades vannitubades, pliitides, valgusfoorides. Need süsteemid ei lõpeta ise sobival ajal tegevust ega lülita seadet välja. Vana vann võib vett üle ajada, toit võib minna pliidil kõrbema ja punast valgusfoorituld pole meil võimalik roheliseks muuta. Avatud süsteem koosneb kolmest osast: sisendist (input), protsessist e protsessorist (process) ja väljundist (output). Sisendiks on ressursid ja ideed ning tegevused. Protsess muudab, töötleb ja kombineerib väljundi tootmiseks ressursse. Protsessid hõlmavad ka inimtegevusi, mida kasutatakse toodete ja süsteemide loomiseks, kontrollimiseks, hooldamiseks ja kasutamiseks. Väljund edastab mingil kujul signaali, mida süsteem toodab, näiteks LED tuled (joonis 1.9). Suletud süsteem erineb avatust selle poolest, et
joonis 1.9
Inimene ja tehnoloogia
da jagada alaliikideks: tooraine esineb looduslikul kujul, näiteks liiv, savi, taimed, puud; töödeldud materjal on looduslikust materjalist mõningase töötlemisega saadud toore, näiteks lauad, loomanahk; tööstuslikult toodetud materjalid on läbinud põhjaliku töötluse, et neid saaks kasutada toodete valmistamiseks (paber, metallid jms); sünteetilised materjalid on loodud kunstlikult, näiteks plastik ja kumm. Energia on ressurss, mille abil on võimalik teha tööd, näiteks elektrienergia ja hüdroenergia, inimenergia (musklite jõud). Süsteem on kogum üksteist vastastikku mõjutavaid, vastastikku seotud või vastastikku sõltuvaid elemente, mis funktsioneerivad ühtse tervikuna ja töötavad koos, et organiseeritult täita mingit ülesannet. Alasüsteem on väiksem süsteem, mis eksisteerib suurema süsteemi sees. Süsteem on üks tervikosa tehnoloogiast. Näiteks reaktiivmootor on üks paljudest alasüsteemidest lennukis. Kuid vahel võivad olla ka erinevad süsteemid koos. Lennuk on terviklik süsteem, aga ta on ka alasüsteem transpordisüsteemis. Teine näide, jalgratta pedaalid, hammasrattad ja kett moodustavad jalgrattal ühe - jõuülekande alasüsteemi. Jalgratas ise kuulub transpordisüsteemi (joonis 1.8). Tehnoloogilise süsteemi vahendusel saame muuta ideed tooteks,
11
tub foorituli roheliseks. Tehnoloogilised süsteemid võivad olla omavahel ühendatud. Nii näiteks mõõdavad auto kiiruskaamerad maanteedel autode sõidukiirusi (joonis 1.10). Kaamera fikseerib kõikide mööduvate sõidukite kiiruse. See on esimene alasüsteem. Kui mõni sõidukitest ületab lubatud sõidukiirust, teeb kaamera sellest sõidukist ja selle juhist foto. Siin rakendub teine alasüsteem. Kaamerasse salvestatud andmed, sh foto, edastatakse politsei menetluskeskusesse kolmanda alasüsteemi poolt. Fotole jäänud sõiduki numbrimärgi alusel tuvastab neljas alasüsteem mootorsõiduki kasutamise eest vastutava inimese. Nii toimivad ühendatud süsteemid edasi, kuni kiirust ületanud juht on seaduserikkumise eest määratud trahvi riigile ära maksnud.
Inimene ja tehnoloogia
?
12
joonis 1.10 sinna on liidetud tagasiside alasüsteem. Tagasiside on süsteemi osa, mis mõõdab, kontrollib ja reguleerib väljundsignaali. Näiteks elektriline veekeedukann lülitab ennast välja, kui on saavutanud teatud temperatuuri. Kui see välja ei lülitu, siis veekann põleb läbi. Suletud süsteemi kasutatakse uste automaatsel avamisel mõnes ruumis. Politseinikud kasutavad vastavat süsteemi auto kiiruse mõõtmisel. On olemas valgusfoorid, millele autoga liginedes, muu-
Too veel näiteid suletud süsteemide kohta!
Tehnoloogiat ja selle arenemist ning toimimist saab jagada ja eristada lähtuvalt kahest erinevast lähtekohast: a) üksikud tehnoloogiad; b) rühmi tehnoloogiast ehk “domeene”, mis sobivad omavahel kokku, sest nad rakendavad sama fenomeni. Nii on elektroonika üks domeen, mille komponendid on näiteks takistid, dioodid, transistorid. Need toimivad kõik elektronidega ja sobivad seega loomulikult kokku. Üksiku tehnoloogia näiteks on automootor, mis on loodud kindlaks otstarbeks, siis sellisel juhul on domeenideks mitmed erinevad osad, millest automootor koosneb ja mida nimetatakse tehnoloogiamaailmas “kasulike komponentide tööriistakastiks” või “tehnoloogia tähtkujuks”. Neid kasulikke komponente saab kasutada paljudes erinevates üksikutes tehnoloogiates. Tehnoloogia leiutatakse, domeen luuakse eraldi osadest. Uute domeenide ja üksikute tehnoloogiate arendamine ja väljatöötamine on aega nõudev ja pikk protsess.
2. Tehnoloogia muudab maailma
K
seonduvaid kulutusi. Kasutatavad sensorid ja nutitelefonid teevad võimalikuks inimese keha andmetöötluse. Sensoritelt tulev info jõuab veebi kaudu nii arstidele kui ka patsiendile.
joonis 2.1 Meditsiinitehnoloogia edusammud viimase aastakümne jooksul on märkimisväärsed. Teostatakse kehaosade siirdamisi (joonis 2.1) Ennustatakse, et aastal 2046 saab kõiki elundeid tehislikult toota ja sellest saab kõige hõlpsam ja populaarsem ravimeetod. Juba ongi saavutatud suured edusammud organite kunstlikul kasvatamisel. 2008. aastal õnnestus teadlastel kasvatada näiteks iseseisvalt tuksuv süda. Prognooside kohaselt saadakse aastal 2097 jagu vananemistõvest. Sagenevad robotite abil teostatavad kaugoperatsioonid, mida teostatakse interneti vahendusel. Nii saab patsiente ravida kogu maailmas. Suureneb nanomeditsiin, näiteks vähiravis. Vähirakud meelitatakse sööma suhkruga kaetud kullast või rauast nanoosakesi, mida seejärel magneti või laserkiirtega tugevalt kuumutatakse. Selliselt surmatakse vähirakud terveid rakke vigastamata. Haiguste ärahoidmiseks kasutatakse vaktsiine ja immuunteraapiat. Viimase abil on võimalik haiguse kulgu tagasi pöörata ja haige terveks ravida. Kui suudetakse luua tüvirakke, aitab see re-
Tehnoloogia ja maailm
ui inimkonna ajaloo varasematel etappidel seondus tehnoloogia eeskätt materjalide töötlemise ja uute toodete valmistamisega, siis tänapäeval on see mõiste saanud oluliselt laiema sisu. Tänasel kiirel ajastul hõlmab tehnoloogia kõiki eluvaldkondi. Isegi igapäevaste probleemide lahendamist saab vaadelda kui tehnoloogia üht väljendusviisi. Seejuures tuleb arvestada tehnoloogia sobivust keskkonna tingimustele ja vajadustele. Inimkonna tulevik on seotud võimega valida ja luua sobilikke tehnoloogiaid ja süsteeme. Tulevane ökoloogiline süsteem peab olema vastuvõetav inimestele, kuid ka kokku sobima muu eluga Maal. Selle saavutamine on piisavalt keeruline ja nende süsteemide väljatöötamiseks rakendatakse väga paljude erialade teadlaste jõupingutusi. Küllalt tihti tekivad täiesti uued teadusharud, mille eesmärgiks on leida ja katsetada uusi tehnoloogilisi lahendusi. Tehnoloogia ja teadus arenevad käsikäes, nad on läbi põimunud ja täiendavad teineteist. Inimene peab toime tulema mitmete uute haiguste ja nende ravimisega. Ameerika teadlased väidavad, et tänu tehnoloogia saavutustele meditsiinivaldkonnas on iga teine inimene täna elus. Kui poleks meditsiinitehnoloogiat, oleks maailma elanikkonna koosseis sootuks teine. ÜRO prognoosi järgi kujuneb aastaks 2050 oodatav inimeste keskmine eluiga 76 aasta pikkuseks. Praegu on see 68 aastat. Meditsiinitehnoloogia teeb praegu hoogsaid edusamme. Täna sooritatakse meditsiinilisi operatsioone, mis võimaldavad inimesel lahkuda juba samal päeval haiglast. Seevastu varem kulus selleks palju päevi või nädalaid. Inimese seisundit saab jälgida kaasaskantavate ja kiirete diagnostikaseadmetega, mis on tavalise mobiiltelefoni suurused. See lahendus aitab oluliselt raha kokku hoida. Siiani teostati uuringuid haiglate laborites ja kallitel seadmetel. Samuti on võimalik saada operatiivselt infot tänu sidetehnoloogia arengule, mistõttu inimene ei pea minema haiglasse uuringutele, vaid võib jääda koju. See omakorda aitab vähendada haiglapäevadega
13
Tehnoloogia ja maailm 14
volutsiooniliselt ravida Parkinsoni tõbe. HIV viiruse ravi tulemused võimaldavad patsiendil loota kuni 30 täiendavale eluaastale. Paarkümmend aastat tagasi puudus selle haiguse efektiivne ravi sootuks. Järjest suuremat tähtsust on omandamas biotehnoloogia. Biotehnoloogia on vahend uute elusorganismide tootmiseks elu hüvanguks. Mitmesuguste eksperimentide ja analüüside tulemusena töötatakse välja uusi ravimeid ja paremaid meetodeid inimeste ravivõimaluste tõhustamiseks. Geenitehnoloogia valdkond uurib inimese geenides (DNA) olevat informatsiooni. Teadlastel on õnnestunud määratleda kolme miljardi nukleotiidi järjestus, mis sisaldab endas 30 000 geeni koodi. Geeniteraapiat nimetatakse tuleviku raviks. Nii näiteks saab vereanalüüside tulemusena kindlaks määrata inimese personaalsust ja tema sobivust mingile tegevusalale. Ka on võimalik vastavate preparaatide manustamisel ravida seni ravimatuks peetud haigusjuhtumeid, nt pimedatel taastada osa nägemisest. Tegemist on uue intellektuaalse omandi valdkonnaga. Biotehnoloogia on tööstus, mis investeerib suurel hulgal arendustegevusse, USAs oli see summa 2006. aastal 25,1 miljardit dollarit. Eesti riigi eelarve 2010. aastal oli ligi 8 miljardit dollarit. Seega kulutati arendustööks 4 korda suurem summa. Nanotehnoloogia abil on võimalik materjalidele anda soovitud omadusi. Vastavate reaktorite süsteemide abil saab luua näiteks süsinik-nanotorusid, mille pikkus toru läbimõõdust on 28 miljonit korda pikem. Neid üliväikesi torusid saab
joonis 2.2
töödelda galluimi ioonide kiirtega. Nanoosakesi saab vaadelda ja töödelda elektronmikroskoopide abil. Vastavalt vajadustele saab sellisel viisil keemiliselt töö-
deldud materjale muuta. Nii on loodud näiteks “nanoplastik”, “nanobetoon”. Need kaitsevad pindasid kriimustuste ja määrdumise eest. On olemas nanomaterjalidega töödeldud töörõivad, mis ei võta külge vett ega õli (joonis 2.2). Eestis tegeletakse tugeva plastiku loomisega, s.o nanotorukesi sisaldav polüetüleenkile, mis on tavalisest kilest palju vastupidavam. Elektrooptiline klaas võimaldab võtta kasutusele elektrilise kardina tehnoloogia. Kui lülitada elekter välja, siis kaotab klaas läbipaistvuse. Tehnoloogia edusammud võimaldavad töötada välja infotehnoloogialahendusi ja roboteid, mis võimaldavad muuta inimtööjõu kasutamise tõhusamaks. Kosmosetehnoloogia tegeleb ka inimeselaadse roboti ohutu viimisega Kuule. See maksaks murdosa summast, mis kuluks astronautide naasmiseks Kuule. Robot ei vaja toitu ega õhku ja tagasireisi Maale pole plaanitud. On loodud osavate kätega humanoidrobot, Robonaut 2, mis on valmis startima kosmosesüstiku Discovery pardal. Robot on välja töötatud NASA ja Genaral Motorsi poolt (joonis 2.3). Humanoidrobotist saaks esimene robot, kes töötab kosmoses. Põhiliselt teeb ta majapidamis- ja koristustöid. Seeläbi soovitakse saada teadmisi, kuidas robotid ja astronaudid omavahel koos töötada saavad. Roboti oskused on veel napid, võrreldes sellega, mida suudab inimene. Tutvustatud robotiprojekt on mõeldud eelkõige tehnoloogiasaavutuste demonstreerimiseks, mitte teadusmissiooniks.
joonis 2.3
Seda programmi saab jäljendada ka koolides kasutusel olevate robotitega, nt LEGO Mindstorms NXT. Üks peamisi roboti jaoks välja mõeldud ülesandeid on kivi üleskorjamine ja selle tagasi asetamine maapinnale. Sootuks põnev on Kuul kõndiv robot – see aitab arendada õpilaste kujutlusvõimet. Tulevikurobotite loojad püüavad neile selgeks õpetada ka inimlikku miimikat, naeratust ja näoilmet. Loodavad robotid suudavad inimestele lähedasteks saada ja neid saab kasutada vanurite, puuetega inimeste abistamisel või taastusravil viibivate inimeste eest hoolitsemisel. Hiljuti esitlesid robotiteadlased sõiduriistu, mis suudavad üksteisega peitust mängida ja endast valejälgi maha jätta. Eesmärgiks oli luua robotid, mis suudavad oma tegevust mõtestada ja tõlgendada teiste, sh inimeste mõtteid ja tundeid. Kaugem eesmärk on luua robot, kes suudab aru saada, mis inimesele meeldib ja mõista inimeste emotsioone ning suhelda inimestega. Inimese kõnet mõistvaid roboteid kasutatakse päästemissioonidel. Selline robot võiks varisemisohtlikest majadest inimesi välja tuua ja anda teada nende asukoha. Seejärel tooksid päästjad inimesed hoonetest välja.
?
Firma IMB tõi 2101.a välja viis ideed, mis võivad viie aastaga muuta maailma. Ennustuse „IMB Next Five in Five“ järgi on innovaatilised ideelahendused järgmised. Päikeseenergia kogumine. Säästlikule kilele trükitud päikesepatareid saab paigaldada hoonete seintele, akendele, autodele, riietele jne. Nende abil saab koguda üsna palju energiat. (joonis 2.4) Terviseseisundi ennustamine. Geneetilised kaardid võimaldavad arstidel näha ette inimeste terviseriske ning ravimifirmadel on võimalus toota igaühele individuaalseid ja tõhusaid ravimeid. Rääkiv ja vastav veeb. Interneti teel saab suhelda suuliselt. E- kirjadele ei pea enam kirjalikult vastama, saab vastata suuliselt.
Digitaalne ostuassistent. Proovikabiinides riiete sobivuse kindlakstegemiseks on viie aasta pärast olemas vastavad puutetundlikud ekraanid ja hääljuhtimisega sisustatud kabiinid. Nende abil saab müüjat teavitada, millise suurusega riideeset ostja soovib ja see tuuakse kabiini. Samuti saab proovikabiinis teha endast pilte ja saata neid sõpradele. Need omakorda saadavad soovitused, kas osta või mitte seda toodet. Tehnoloogiline lisamälu. Lisamälu võimaldab meeles pidada, mida osta näiteks toidupoest või millal on kokku lepitud kohtumine. Igapäevased soovid analüüsitakse ja kuvatakse vajalikus kohas ning hetkel mobiiltelefoni. Maailma Tuleviku Ühingu aastaaruandes on esitatud olulised prognoosid, mis peaks ilmestama tulevast maailma. Aastal 2030 salvestatakse kõik inimese ütlused ja tegevused. Nanosidevahendid võimaldavad inimestel kõikjal sidet pidada ja piiramatult infot salvestada. Autode ajastu teedel väheneb. Lisanduvad võimsad traadita sideühendused, sh juhita liikuvad sõidukid, viimased vahetavad välja veoautod. Järjest rohkem valmistatakse ette spetsialiseeritud töökohtadel vajalikke töötajaid. Näiteks vajatakse neuroteaduse, nanotehnoloogia, koomiksikunsti ja digitaalkriminalistika ala asjatundjaid.
Tehnoloogia ja maailm
Millised tehnoloogilised lahendused mõjutavad tuleviku põllumajandust?
joonis 2.4
15
Tehnoloogia ja maailm 16
joonis 2.5
joonis 2.6
Maailma võrgustikud ühtlustuvad. Loodavad andmebaasid loovad võimaluse riigiti vaadelda erinevaid seadusi. See peaks looma eelduse rahuks ja rahvusvaheliseks partnerluseks. Professionaalsed teadmised aeguvad sama kiiresti, kui need hangitakse. Ametid tegelevad pidevalt inimeste koolitamise ja ümberõppega. Töökoolitused muutuvad vajalikuks igale töötajale. Biomeditsiiniline ja geneetilise täiustamise võidujooks muutub sama oluliseks kui kosmosevõidujooks möödunud sajandil. Sellesse valdkonda investeeritakse palju ressursse. Aastaks 2030 jõuab linnastumine 60%-ni. Linnades elab enamik elanikkonnast. Sellega on seotud ehitus- ja keskkonnamõjud, mis tuleb uuesti üle vaadata ja leida sobivad lahendused (joonis 2.5). Astaks 2030 kasvab elektriga varustatus 83%-ni. 2000. aastal oli see number 73%, 1970. aastal 40%. Elektrivarustus on vajalik elukvaliteedi tõstmiseks. Veel mõni tulevikku suunatud prognoos: Jalgrattasõit muutub ohutumaks. Ratta raami külge kinnitatakse neoonvalgust kiirgavad torud. Need teevad jalgratturi hästi nähtavaks nii eestpoolt, tagant kui ka külgedelt. Rattaaluse tee valgustamine jätab mulje, et rattur on tegelikkuses suurem, mistõttu jätavad mööduvad autod talle rohkem ruumi (joonis 2.6).
Prillid võimaldavad näha selja taha. Nii ratturite kui ka tervisejooksjate ohutuse tagamiseks on vaja suurendada nende nägemisvälja. Nüüd on loodud prillid, mis võimaldavad näha selja taha. Tavaliselt rohkem näeme tänavatel sõitmas elektriautosid. Elektriautod moodustavad 2020. aastal 10% kogutoodangust. See nõuab paremaid ja odavamaid akusid. Toodame puhtamat ja odavamat energiat. Kõrgtehnoloogiline ühiskond vajab palju energiat. See ei saasta keskkonda ega sea ohtu inimese kui liigi tulevikku. Aastaks 2020 peab viiendik Euroopas tarbitavast energiast olema taastuvenergia (tuule-, päikese-, vee-, maaenergia). Võetakse kasutusele biokütus, milleks kasutatakse ka vetikaid. Kauplused ilma kassiirideta. Kaupadel on kiip, skänner loeb tooted kokku ja annab teada, kui palju on vaja kauba eest maksta. Saame ostetava kauba kohta täiendavat infot, kus ja millal on kaup toodetud jne. E-raamat. Riiulitele kuhjatud raamatute asemele tuleb internetiühendusega e-raamat. Aastaks 2020 on veebis 50 miljardit raamatut. Plastdetailid valmistatakse biolagunevast plastist. Hästi lagunev ja taaskasutust leiduv bioplast hoiab kokku energiat, vähendab jäätmeid ja seob atmosfääri süsinikdioksiidi. (joonis 2.7).
joonis 2.7
Kas ja kuidas mõjutab tehnoloogia areng relvakonfliktide puhkemise võimalust riikide vahel?
?
joonis 2.8
Tehnoloogia ja maailm
Samas tuleb silmas pidada, et tehnoloogia ja tehnika areng pole seotud ainult kasulike resultaatidega, vaid sel võib olla ka negatiivseid kõrvalekaldeid. Ei saa tähelepanuta jätta keskkonda, kus me elame: loodusressursse, nende ratsionaalset ja jätkusuutlikku kasutamist. Eriti väärib rõhutamist tehnoloogia eetiline pool ja vastutus keskkonnasõbralikkuse osas. Eetika aitab leida vastuseid küsimustele, mida me võiksime teha paremini, et ära hoida tehnoloogia pahupoole mõju inimese kehale ja hingele. Tehnoloogia pole iseenesest hea ega halb, sest tehnoloogiat juhib ja suunab ikka suuresti inimene ise. Enamik tehnoloogia varjukülgedest ongi inimese põhjustatud, kui pole piisavalt arvestatud erinevate riskidega või on mingil põhjusel midagi olulist unustatud või inimlikus mõttes jäetud midagi kahe silma vahele. Nii võib näiteks geeniteadus sünnitada biovägivalla, nanotehnoloogia aga tekitada raskesti ravitavate sümptomitega haigusi.
Tehnoloogia tulevik sõltub paljuski laste ja noorte teadmistest, oskustest ning väärtushoiakutest tehnoloogiavallas. Nemad hakkavad lähiaastatel maailma tehnoloogiat juhtima ja arendama. Nii ongi hädatarvilik igal noorel omandada tehnoloogiline kirjaoskus, et tulla toime tänapäeva kiirelt areneva tehnoloogiaga. Koolis omandatakse vastavad eelteadmised tehnoloogiaõpetuse tundides. Mis siis on tehnoloogiline kirjaoskus, mida õpilased peaksid koolis omandama? See on eelkõige arusaam tehnoloogiast kui inimkonna arengu mootorist ja iga üksikisiku võimalusest sellesse protsessi sekkuda ning tulemusi kasutada. Selle eelduseks on aga igaühel vajalike omaduste väljaarendamine, mis on olulised tehnoloogilistes protsessides osalemiseks. Nii tuleb probleemülesandeid lahendades treenida oma analüütilist mõtlemist ja tehnilist taipu, esemete disainimise ja nende valmistamise kavandamisega edendada oma loovust, praktilise tööga arendada välja käelised oskused. Et tehnoloogia hõlmab kõiki eluvaldkondi, siis tuleb tehnoloogilist kirjaoskust omandades otsida ja leida vajaminevaid teadmisi ka teistest õppeainetest. Lisaks tuleb õppida tegutsema projektipõhiselt koostöös teiste õpilastega ühise eesmärgi nimel. (joonis 2.8).
17