Lenistwo na drugie ma kreatywność

Kto nie lubi dłużej pospać, szybko podróżować i kupować tanio? Cóż, z natury jesteśmy leniwi, wygodni i lubimy pieniądze. I dobrze, bo gdyby było inaczej, jeszcze nie wyszlibyśmy z jaskiń.

autor: Robert Gardziński

źródło: Fotorzepa

Dr Tomasz Ciach ma już na koncie kilka bardzo użytecznych wynalazków. Jak mówi, do jego „inteligentnego zęba” koncerny farmaceutyczne muszą dojrzeć. Na razie pomysł jest dla nich zbyt innowacyjny

autor: Kuba Kamiński

źródło: Fotorzepa

Dr Janusz Sokołowski – twórca maszyny przerabiającej popiół na granulat zastępujący żwir

autor: Rafał Guz

źródło: Fotorzepa

Paweł Wawrzyński, Tomasz Winiarski i ich „ucząca się” mechaniczna ręka

+zobacz więcej

Patrząc na coraz szybsze i bezpieczniejsze samochody, lepsze komputery, piloty do wszystkiego, ruchome chodniki czy miliony innych małych lub większych urządzeń, dzięki którym życie staje się lżejsze, trudno uwierzyć, że granice naszego wygodnictwa w ogóle istnieją. Zawsze można wymyślić kolejne udogodnienie. A poprawiaczy świata, którzy nieustannie pracują nad tym, by żyło się łatwiej, nie brakuje. Wystarczy zajrzeć na pierwszy z brzegu wydział Politechniki Warszawskiej. Co też zrobiliśmy.

A po co panu takie cieniutkie włókienka?

Na drzwiach laboratorium, w którym pracuje dr Tomasz Ciach, inżynier chemik z Politechniki, wisi napis: „Kto nie stara się poprawić świata, nie jest godzien stąpać po ziemi”. – Ta sentencja ma motywować studentów do poszukiwań – mówi naukowiec. – Chociaż nie trzeba ich specjalnie gonić.Dr Ciach zajmuje się mikro- i nanotechnologiami, które w ostatnim czasie stały się bardzo popularne. – A dokładniej polimerowymi włóknami wielkości nawet pojedynczych nanometrów. Choć pamiętam, że kiedy wiele lat temu broniłem mojej pracy magisterskiej, usłyszałem: „A na co panu takie cienkie włókienka” – śmieje się wynalazca. Okazuje się, że te „cienkie włókienka” idealnie nadają się np. do transportu leków, filtracji gazów czy dostarczania DNA do komórek.

Swoje doświadczenia wykorzystał w projektowaniu implantu umieszczanego w zębie. To miniaturowe urządzenie ma za zadanie wytworzyć i podać lek pacjentowi, który z jakichś powodów nie zawsze może go przyjąć. Jak to działa? – Implant zajmuje miejsce dwóch, a docelowo jednego zęba trzonowego. W środku jest komputer nadzorujący jego pracę i zapewniający łączność z otoczeniem – opisuje dr Ciach. – Urządzenie pobiera wodę ze śliny, filtruje ją, przygotowuje roztwór leku, by podać go bezpośrednio do policzka, wykorzystując niewielkie pole elektryczne.

W ten sposób uzyskuje się taki efekt, jak po wykonaniu zastrzyku, tylko bez kłucia. – Można tak podawać leki na przykład na chorobę Alzheimera. Jest nieoceniony w leczeniu uzależnień od narkotyków, kiedy chory niekoniecznie może chcieć lek przyjmować – wyjaśnia wynalazca.

Implant, nad którym dr Ciach pracował razem z naukowcami m.in. z Izraela, Szwajcarii, Niemiec i Włoch, jest bardzo pomocny pacjentom chorym na nadciśnienie. – Duży skok ciśnienia u chorego następuje tuż po przebudzeniu, więc teoretycznie najlepiej byłoby, gdyby pacjent połknął tabletkę, zanim się obudzi, co jest dość trudne. Odpowiednio zaprogramowany komputer rozwiązuje problem.

A właściwie rozwiązałby. Bo projekt, na który komisja europejska przeznaczyła ponad 2 mln euro, nie jest wdrażany w życie. – Firmy farmaceutyczne stwierdziły, że jest zbyt innowacyjny. Nie pozostaje nic innego, jak tylko czekać, aż do niego dojrzeją – stwierdza naukowiec, który chciałby udoskonalać urządzenie.

– Już w tej chwili jest tam całkiem porządny komputer. Pewnie, że jest on wielkości łebka od zapałki, ale jeszcze kilka lata temu nikt nie powstydziłby się mieć takiego na biurku. Gdyby tylko wyposażyć go w czujnik do pomiaru poziomu insuliny w ślinie, który jest zbliżony do tego we krwi, wówczas implant tą samą metodą mógłby podawać insulinę – zapowiada Ciach. – W ten sposób uzyskamy sztuczną trzustkę w zębie.

Rozwiążemy każdy problem

To niejedyne zagadnienia, jakie rozwiązuje się w Laboratorium Inżynierii Biomedycznej. Dr Ciach razem ze swoimi studentami pracuje np. nad cząstkami z lekiem trafiającymi tylko tam, gdzie jest potrzebny, i nad sztucznymi kośćmi, które potem organizm przerabia na naturalną kość. Z kolei stenty, czyli specjalne metalowe rusztowania, które rozszerzają tętnice mięśnia sercowego, zostały w tym laboratorium pokryte cieniutką warstwą plastiku, która uwalnia lek. Dzięki temu tętnica nie zarasta. Od trzech lat unowocześnione stenty ratują życie kolejnym chorym. – My, inżynierowie chemicy, potrafimy rozwiązać wiele problemów z zakresu medycyny, tylko musimy wiedzieć, że one istnieją – przekonuje naukowiec. – Dlatego tak ważna jest współpraca z lekarzami.

Tak było w przypadku cewników moczowych. Na pikniku naukowym do dr. Ciacha podeszła kobieta, której córeczka była chora na cukrzycę i musiała być cewnikowana. – Wkładanie takiego cewnika, a jeszcze bardziej wyjmowanie go, wiąże się z poważnym bólem. Dzieci płaczą przy tym okropnie. Szczególnie nieprzyjemne jest to dla mężczyzn – opisuje Ciach. – Zapytała, czy można jakoś temu zaradzić. Okazało się, że można. Opracowaliśmy specjalne pokrycie, nonowarstwę polimerów, które w mokrym środowisku tworzą rodzaj hydrożelu o bardzo niskim współczynniku tarcia. W dotyku przypomina to brzuch ryby. Przeprowadziliśmy badania w jednym z warszawskich szpitali i lekarze, i pacjenci byli zachwyceni. Teraz odbywa się to bezboleśnie.

Nałożenie takiej warstwy zwiększa cenę cewnika o 2 grosze. Niebawem rusza produkcja, a naukowcy pracują już nad wprowadzeniem udoskonaleń, dzięki którym te cewniki mogą stosować osoby, które wcześniej mogły nawet umrzeć z powodu alergii na zwykłe cewniki.

– Obecnie pracujemy też nad nadaniem cewnikom właściwości bakteriobójczych, co rozwiąże problem częstych infekcji.

Poszukując R2-D2

Choć urządzenia domowego użytku ciągle więcej wspólnego mają ze zwykłym odkurzaczem niż z skądinąd podobnym do niego robotem R2-D2 z Gwiezdnych Wojen, to nie oznacza to, że tak będzie zawsze. Być może takie czynności jak odkurzanie mieszkania czy wieszanie prania będą mogły za nas wykonać uniwersalne, zrobotyzowane maszyny. Badania, jakie prowadzą Tomasz Winiarski (robotyk) i Paweł Wawrzyński (specjalista od sztucznej inteligencji), obaj z Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej, powinny nas do tego przybliżyć.

– Dotychczas robotów nie było w naszych mieszkaniach, tylko co najwyżej na liniach montażowych fabryk. My, jako robotycy, staramy się zastąpić człowieka w tych wszystkich czynnościach, które są dla niego żmudne, nieatrakcyjne czy niebezpieczne – mówi Winiarski. – Człowiek niechętnie podejmuje takie prace. Trzeba więc wymyślić maszynę, która go w tym wyręczy.

Fakt, że ludzie są zawodni, nie oznacza, że tak łatwo można ich zastąpić. – Weźmy ludzką rękę. Z jednej strony pozwala precyzyjnie operować niewielkimi przedmiotami, z drugiej dźwigać ciężary. Poza tym człowiek potrafi przystosowywać się do dynamicznie zmieniających się warunków, roboty póki co tego nie potrafią.

Dlatego właśnie, jak tłumaczą naukowcy, roboty są w stanie przenosić przedmioty lub je spawać, ale nie potrafią wziąć łopaty i wykopać dołu w ziemi. – Ludzie, wykonując codzienne czynności, starają się je robić coraz lepiej, szybciej i efektywniej. Tak, aby się niepotrzebnie nie męczyć – mówi Wawrzyński. – Wykorzystując algorytmy sztucznej inteligencji, chcemy stworzyć takiego robota, który tak optymalizowałby swoje czynności, by skracać czas ich wykonania i zużywać jak najmniej energii.

Wynalazcy złożyli wniosek o grant na przeprowadzenie badań nad takim „uczącym się“ systemem. Za model posłużą im dwa mechaniczne ramiona – roboty Track i Postument – które będą działały jak ludzkie ręce. Testem ma być sprawne ułożenie przez nie kostki Rubika. – Z modeli matematycznych wynika, że powinno dać się ją ułożyć w co najwyżej 17 ruchach. Algorytmy, które wykorzystamy, pozwalają to zrobić nie więcej niż w 21 ruchach – wyjaśnia Winiarski. – Żaden człowiek nie jest w stanie tego dokonać.

Choć naukowcy często pracują całymi latami po to, by wymyślić coś, co ułatwi życie innym, nie oznacza, że sami też nie chcieliby pracować lżej. Jeśli badania nad „uczącym się robotem” się powiodą, w pierwszej kolejności poprawę odczują sami programiści. – Teraz, aby robot wykonał określoną sekwencję ruchów, musi zostać do tego bardzo szczegółowo zaprogramowany. Dzięki naszym schematom będzie można w prosty sposób zaprogramować robota, by wykonywał kilka trywialnych ruchów, a ten sam będzie je optymalizował, by z czasem wykonywać czynności zgrabniej i szybciej – tłumaczy Wawrzyński.

Dalekosiężny cel, jaki przyświeca naukowcom, to opracowanie takiej maszyny, która będzie coraz bardziej autonomiczna. – Ale spokojnie, żaden bunt nam nie grozi. Mimo że będą powstawać coraz lepsze roboty, to na człowieku powinny zawsze spoczywać strategiczne decyzje dotyczące zdrowia lub życia albo np. zniszczenia robota – uspokaja Winiarski. – Wyobraźmy sobie taką sytuację, że robot, który wykonuje jakieś zadanie, zda sobie sprawę, że jeśli będzie to robił dalej, to się zepsuje albo zostanie zniszczony. To człowiek, a nie maszyna, będzie podejmować decyzję, czy ma pracować dalej, czy nie.

Wynalazcy są pewni, że ich badania się powiodą, więc jeśli dostaną fundusze, za dwa lata będziemy bliżej wyprodukowania robota, który będzie za nas robił to, czego sami nie lubimy.

Nic się nie zmarnuje

Czas wielkich wynalazków dokonywanych indywidualnie minął. Naukowcy podkreślają, że coś zupełnie nowego wymyślić jest bardzo trudno. – Rozwój nauki można porównać do budowy katedry, w której każdy dokłada swoją cegiełkę – mówi dr Ciach. – Z tym że nie każda sterta cegieł to katedra. Dlatego nie tworzy się w oderwaniu od rezultatów osiągniętych przez innych, tylko wykorzystuje się je, by pchać ten wózek do przodu.

To budowanie nie ma końca. Zwłaszcza że wszystkie zdobycze cywilizacji albo przy okazji rozwiązywania jednych problemów generują nowe, które następni wynalazcy będą rozwiązywać, albo ich żywot jest ograniczony i prędzej czy później trafiają na śmietnik. Ale jak mówi dr Janusz Sokołowski: nie ma odpadów, są tylko surowce. By to udowodnić, w środku miasta, w budynkach PW przy Nowowiejskiej, dr Sokołowski wybudował olbrzymi piec, w którym przerabia popioły z elektrowni. – W Polsce jest pół miliarda ton popiołów, które zalegają na hałdach. Jak się je odpowiednio przerobi, można uzyskać kruszywo, które można wykorzystywać zamiast żwiru. Czyli zamiast kopać w ziemi, likwidujemy hałdę – mówi dr Sokołowski.

Śmieci? Są zbyt cenne

Taki granulat jest nawet lepszy, bo jest lżejszy i cieplejszy. – Dodając go do betonu, na tych samych fundamentach można wybudować dwa piętra więcej. Stosując go do budowy ścian, nie trzeba ich dodatkowo izolować styropianem lub wełną, więc spadają koszty – zachwala wynalazca. Naukowiec pracuje nad tym od 2000 roku. Problemem nie było samo przerobienie popiołu na kruszywo, tylko wypracowanie takiej metody, która będzie tania. – Jeśli to nie będzie tańsze od żwiru, nikt tego nie kupi – stwierdza Sokołowski. Zbudował dziewięć wersji pieca szybowego, ale nie udało się wypracować metody jednocześnie taniej i skutecznej. Wreszcie użył innego pieca, obrotowego, ale tak go zmodyfikował, że posiadał jednocześnie właściwości pieca szybowego. – Zainteresowali się tym Francuzi, ale podejrzewali jakieś oszustwo. Trzymali nas na 72-godzinnych testach, byśmy im mogli udowodnić, że jednak można – wspomina.

Ostatecznie Francuzi się wycofali, ale dr. Sokołowskiemu udało się uzyskać 960 tys. na dalsze badania. Zbudował więc w piwnicy na Politechnice taką półtechniczną instalację, jaka miałaby się znaleźć w fabryce przerabiającej popioły. – Żaden inwestor nie włoży pieniędzy w szkiełka i wykresy. Ale jak mu się zbuduje dużą maszynę i on na własne oczy się przekona, że to wszystko działa, to co innego – wyjaśnia Sokołowski, demonstrując swój wynalazek.

Inwestor się znalazł. Fabryka powstanie nieopodal Białegostoku. Urządzenia mogą przerabiać sześć ton na godzinę, czyli 56 tys. ton rocznie. Tamtejsza hałda jest na tyle duża, że zapewni 12 lat pracy.

– Każdy powinien robić to, na czym się zna i co potrafi. Ja nie jestem ekologiem, tylko technologiem – zastrzega uczony. – Można się przywiązać do drzewa, ale to niczego na przód nie posuwa. Chodzi o to, by nie zabierać ludziom tych wszystkich zdobyczy cywilizacyjnych i wygód, ale by minimalizować jak najbardziej ich złe skutki na środowisko.