Module 5B - Convergentie van nano/bio/ICT-technologie

Question 1

“Business cycles” als golven van innovatie?

Answer 1

• Deze golven van ontwikkeling werden al beschreven, waarbij elke nieuwe economische golf gedreven wordt door nieuwe technologische ontwikkelingen die oude technologieën vervangen (een proces van ‘creative destruction’).
  
  • Curves niet over de tijd uniform maar met de tijd korter → complexiteit van innovatie toenemen.

Question 2

Denktank The Natural Edge

Answer 2

• 6 golven innovatie sinds de industriële revolutie:
• Nu 6de golf nanotechnologie, robotica, kunstmatige intelligentie (AI), genomica, duurzame energie

Question 3

Wat heeft de technologische vooruitgang mogelijk gemaakt?

Answer 3

• Exponentiële rekenkracht (Wet van Moore): momenteel diep in nanotechnologie met transistoren die een lengte hebben van 5 of 7 nanometer (dit is 10-9 meter of een miljardste van een meter).
  
  • Zo steeds krachtigere elektronische schakelingen en dus computers bouwen die steeds complexere problemen kunnen oplossen.
• Door het netwerken van deze computers en de toename van de communicatiemogelijkheden (o.a. door het internet en de vooruitgang in draadloze verbindingen) verhoogt men de rekenmogelijkheden nog verder. Ook worden er meer en meer andere apparaten (“dingen”) op dit internet of de cloud aangesloten, wat het Internet der Dingen mogelijk maakt.

Question 4

Tot wat leiden deze evoluties?

Answer 4

• Eerst andere technologieën zoals kwantumcomputing → technologische singulariteit: waarbij computersystemen krachtiger worden dan de mensheid. Indien dit oncontroleerbaar wordt, houdt dit mogelijks ook een risico in voor het voortbestaan van de mensheid, tenzij we dus gepaste voorwaarden opleggen aan wat die technologie mag doen en hoe die mag ingrijpen in onze leefwereld.

Question 5

Wat is nanotechnologie

Answer 5

• Nanotechnologie wordt gedefinieerd als technologie die gebruik van materialen en structuren met een grootte van (enkele) nanometer.

Question 6

Toepassingen nanotechnologie

Answer 6

• steeds krachtigere nanoelektronica, zowel voor computing als voor geheugens;
• fotovoltaïsche cellen en energieopslag met hoge efficiëntie;
• geneeskunde: bv. structuren voor het gelocaliseerd afleveren van moleculaire medicatie op plekken in het lichaam waar die het meest werkzaam is;
• materiaaltechniek: bv. nanodeeltjes in coatings, verven en vernissen met verbeterde eigenschappen tegen corrosie of tegen mossen en fungi; bv. heel fijne filtersystemen voor drinkwaterzuivering zonder chemicaliën; bv. nanodeeltjes in tape die daardoor sterker wordt; bv. nanodeeltjes in zelfreinigende coatings voor ruiten of wanden; enz.
• voeding: bv. gebruik van nanolagen op groenten en fruit om de houdbaarheid, smaak, geur of kleur te beïnvloeden; nanodeeltjes in betere voedselverpakkingen; nano-ijs met een lager vetgehalte maar dezelfde smaak en textuur als gewoon ijs; enz.
• chemische techniek: bv. katalysatoren met zeer hoge activiteit en selectiviteit voor efficiëntere industriële chemische processen; nanodeeltjes in allerlei crèmes en cosmetica; nanodeeltjes om polluenten in de bodem te absorberen; enz.

Question 7

Potentieel probleem nanotechnologie

Answer 7

• De onbekende giftigheid van de nieuwe producten met nanodeeltjes, zeker als die gebruikt worden in toepassingen in contact met of in het lichaam, of als ze zich opstapelen in het leefmilieu.
  
  • Niet per se schadelijk maar we moeten de impact op korte en lange termijn onderzoeken.

Question 8

Neuromorfe computers

Answer 8

• Traditionele computers gebaseerd op Von Neumann-architectuur zijn ongeschikt voor uitvoeren van cognitieve taken (herkennen en classificeren van personen/dieren).
  
  • → neuromorfe computers: computers die architecturaal zo zijn opgebouwd dat ze de neurobiologische architectuur en werking van onze hersenen en zenuwen proberen na te bootsen of te emuleren.

Question 9

Wat is de belangrijkste eigenschap van neuromorfe computers?

Answer 9

• Het zijn (zelf)lerende systemen die via training hun werking kunnen verbeteren en die zich kunnen aanpassen aan de omstandigheden of aan veranderende situaties (plasticiteit) en die beslissingen kunnen nemen bijvoorbeeld op basis van gegevens ontvangen van sensoren.

Question 10

Toepassingen neuromorfe computers?

Answer 10

• Visie, gehoor, autonome robots, autonome voertuigen (auto’s, drones, enz.), en dergelijke

Question 11

Kunnen we dit op gewone computers programmeren?

Answer 11

• Vanzelfsprekend kan men dergelijke artificiële neurale systemen ook op klassieke computers programmeren, maar implementaties in specifieke neuromorfe hardware zijn typisch sneller en verbruiken minder energie.

Question 12

Gevolg Wet van Moore: goedkoper en kleiner in volume

Answer 12

• Zeer dunne GSMs (batterij en camera zorgen voor de grootte momenteel).

Question 13

Verandering gebruikersinterface

Answer 13

• Dit is de interface waarmee de gebruiker interageert met de computer of meer algemeen de machine (in het Engels: human computer interface (HCI) of human machine interface).
  
  • Nuttigheid en gebruikerservaring centraal.
• Vroegere interactie computers: Vroeger zeer tekstueel: commando’s commando’s als specifieke tekst dienden ingegeven te worden (denk aan de tijd van MS-DOS-bestuurde computers) via een toetsenbord.
• Nu interactie: Meer grafische interfaces waarbij het uitvoeren van commando’s en programma’s gebeurt door aanklikken of gepast bewegen met een muis of later zelfs simpelweg door tikken of bewegen met een vinger op een aanraakscherm.

Question 14

Voorbeeld Verandering gebruikersinterface

Answer 14

• Tekstinhoud (bv. sms) moet je nog steeds intikken, maar ook hier wordt gewerkt aan verdere evoluties om het fysiek aanraken te vervangen door het herkennen van spraak en van handbewegingen in de lucht, en op termijn zelfs door directe hersenaansturing.
• Ook het fysieke scherm kan op termijn vervangen worden door projecties bv. rechtstreeks op je arm. Deze technologieën zijn in volle ontwikkeling.

Question 15

Virtual reality

Answer 15

• Virtuele werkelijkheid (virtual reality of VR) simuleert voor de gebruiker een virtuele omgeving via een computer om die gebruiker via diverse zintuigen onder te dompelen in een ervaring = zeer immersief.
  
  • Meeste VR-omgevingen: visueel en auditief, en vergen dus speciale brillen en koptelefoons. Geur- en tasteffecten worden zelden toegevoegd.
• Gebruikers kunnen ook interactie hebben met of in de VR-omgeving via een toetsenbord, een scherm, een cyberhandschoen, een bodysuit, enz. De simulatie kan lijken op een omgeving uit de werkelijkheid of kan puur imaginair zijn. Vanzelfsprekend is VR zeer rekenintensief.
• Toepassingen hiervan vinden we in opleidingstrajecten (bv. dokters, piloten…), virtueel reizen of virtuele museumbezoeken, de amusementssector, enz.

Question 16

Augmented reality

Answer 16

• Aangevulde werkelijkheid (augemented reality of AR) toont de gebruiker een live, direct of indirect, beeld van de werkelijkheid waaraan elementen door een computer worden toegevoegd:
  
  • Bv. sensordata of extra informatie over omgeving
• Extra-informatielaag aan waarneming reële wereld.

Question 17

Toepassingen augmented reality?

Answer 17

• Gebruik maken van bestaande schermen of AR-brillen (bv. Google Glass) om het gegenereerde AR-beeld te projecteren.
  
  • Voorbeeld: Pokémon Go.
• Ook professioneel: ter ondersteuning van complexe taken die dienen uitgevoerd te worden (bv. de projectie van extra informatie bij assemblage of onderhoud van machines of bij medische operaties), bij analyses van sportwedstrijden, bij navigatietoestellen en simulaties van het besturen van vliegtuigen, boten of auto’s, in onderwijs,

Question 18

Wat is een robot?

Answer 18

• Een robot is een programmeerbare machine die informatie kan verwerken en verschillende fysieke taken kan uitvoeren.
• Kunnen taken uitvoeren waar de menselijke kracht tekortschiet, of waar taken repetitief dienen uitgevoerd te worden:
  
  • Goedkoper, sneller en nauwkeuriger en vaak ook precisier.

Question 19

Toepassingen robot?

Answer 19

• Productielijn: bv. lasrobots langsheen de lopende band van autofabrieken
• Operatiekamer: bewegende en roterende armen en “handen”. Deze “handen” zijn afhankelijk van de taak die ze moeten uitvoeren, bv. een echte grijper om voorwerpen te grijpen en op te tillen, een laskop of schroevendraaier of snijmes, enz.
• Robots worden ook ingezet op voor mensen moeilijk toegankelijke plaatsen, bv. in de ruimtevaart, op de plaats van rampen, in pijplijnen, enz.

Question 20

Robots in huishouden

Answer 20

• Grasmaaiers, stofzuigers, ouderenzorg: vaak bestaan deze uit een lichaam dat bestaat op dat van een mens met een vergaande vorm van kunstmatige intelligentie als beslissingsmodel.

Question 21

Humanoïde robots

Answer 21

• Robots die op mensen lijken.

Question 22

Androïden

Answer 22

• Wanneer robots niet of nauwelijks van mensen te onderscheiden zijn met een levensecht uiterlijk en gedrag (bv. mimiek) spreekt men van androïden (of de vrouwelijke variant gynoïde).
• Voor toepassing als host/hostess, thuishulp of gezelschapspersoon zijn humanoïde robots te verkiezen, al kunnen echte androïden ook psychologisch afschrikken.

Question 23

Vorderingen op vlak robots en androïden?

Answer 23

De vorderingen op dit vlak zijn enorm, zelfs in die mate dat men androïden en echte mensen soms nog moeilijk van elkaar kan onderscheiden. Voor andere toepassingen hoeft de vorm niet humanoïde te zijn, bv. een hefrobot om zware voorwerpen op te heffen en te verplaatsen of een afleverrobot om pakjes aan huis af te leveren.

Question 24

Nanorobots?

Answer 24

Voor heel kleine toepassingen: bv. kunstmatige insecten voor bestuiving van planten, maar ook nanorobots in bloedbanen om kankercellen te bestrijden

Question 25

Wat zijn bots?

Answer 25

= computerprogramma dat geautomatiseerd taken verricht: vaak ingezet in eerstelijnscommunicatie bij een chatbox om vragen van klanten op te vangen en de klant te beantwoorden of (hopelijk gepast) door te verwijzen.

Question 26

Manieren om een robot te programmeren?

Answer 26

1. Volledig voorprogrammeren
2. Telerobot of cloudrobot
3. Beslissingautonomie

Question 27

Volledig voorprogrammeren van robot?

Answer 27

Men kan de robot volledig voorprogrammeren voor de taak die hij moet uitvoeren. Dit kan gemakkelijk in een volledig statische context, bv. een lasrobot die in een productielijn steeds dezelfde onderdelen voorbij ziet komen en op steeds dezelfde punten een las moet realiseren.

Question 28

Telerobot of cloudrobot

Answer 28

• Men kan de robot van op afstand bedienen via telecontrole.
  
  • Bv. telechirurgie: telerobot die van op (meestal korte) afstand bediend wordt door een chirurg die de eindverantwoordelijkheid over de medische operatie behoudt, alleen is de robot veel preciezer en zonder gebibber in zijn bewegingen.
  • Ander voorbeeld: inspectie of onderhoud gevaarlijk of of moeilijk bereikbare plaatsen zoals bv. pijplijnen.
• Als de afstand tot de telerobot groter wordt, moet men natuurlijk rekening houden met de vertraging die de signalen in de transmissie ondervinden.
• Sensoriële feedback in reële tijd is natuurlijk heel belangrijk om te detecteren of men bv. een voorwerp raakt of niet, om het daarna al dan niet vast te grijpen, enz.
  
  • Maar het lang wachten op de feedback kan het maneuvreren zeer onpraktisch en traag maken. Denk bijvoorbeeld aan een robot op Mars die volledig van op aarde bestuurd zou zijn.

Question 29

Beslissingautonomoie voor robot om te programmeren?

Answer 29

• Hierbij kan hij zelf beslissingen nemen op basis van zijn sensoriële ingangssingalen → veel flexibeler anticiperen op onverwachte situaties:
  
  • Vorm van “intelligentie” nodig: AI met zelflerende aspecten.
• Vraag relevant hierbij: Hoever mag de autonomie gaan en hoe zit het met de aansprakelijkheid indien dergelijke autonome robot schade veroorzaakt?
  
  • Controversieel: killerrobots

Question 30

Robotethiek

Answer 30

• Zijn robots gevaarlijk voor mensen? 3 wetten waar robots aan moeten voldoen (Isaac Asimov in zijn kortverhaal):

1. Eerste wet: een robot mag een mens geen letsel toebrengen of door niet te handelen toestaan dat een mens letsel oploop;
2. Tweede wet: een robot moet de bevelen uitvoeren die hem door mensen gegeven worden, behalve als die opdrachten in strijd zijn met de eerste wet
3. Derde wet: een robot moet zijn eigen bestaan beschermen, voor zover die bescherming niet in strijd is met de eerste of tweede wet

Later een nulde wet die primeert:

• Een robot mag geen schade toebrengen aan de mensheid, of toelaten dat de mensheid schade toegebracht wordt door zijn nalatigheid.

Deze wetten maken dat robots kunnen functioneren op een manier die veilig is voor mensen of mensheid.

Question 31

Technologieën om gezondheid verbeteren

Answer 31

• tegen ziekte: geneesmiddelen, chirurgie
• tegen verloren/versleten onderdelen: prothesen, kunstgewrichten
• tegen falende of slecht werkende functies of organen: stimulatoren, bv. deep brain stimulator

Question 32

Elektroceutica

Answer 32

• Dit omvat alle bioelektronische geneeskunde die elektrische stimulatie gebruikt om (meestal falende of slecht werkende) functies van het lichaam gunstig te beïnvloeden. In deze elektroceutica komen de evoluties in nanotechnologie en biologie samen tot bruikbare biomedische oplossingen.
  
  • Cochleaire implantaten om het gehoor te herstellen, retinale implantaten om het zicht te herstellen, ruggengraatstimulatoren voor pijnbestrijding, hartpacemakers en implanteerbare defibrillatoren, stimulatoren van de vaguszenuw om het immuunsysteem te activeren tegen bv. ontstekingen en artritis, enz.

Question 33

Human augmentation

Answer 33

• De volgende stap in de evolutie is dat technologie niet louter gebruikt wordt om de menselijke functie te herstellen maar om de menselijke mogelijkheden uit te breiden en te verbeteren:
  
  • voor zware taken, bv. het opheffen van zware voorwerpen, kan men de menselijke spierkracht verhogen door het gebruik van exoskeletons;
  • voor mensen met geheugenverlies (bv. bij dementie) kan men een artificieel geheugen of brein toevoegen dat het falende biologische geheugen aanvult of vervangt;
  • voor mensen met geheugenverlies (bv. bij dementie) kan men een artificieel geheugen of brein toevoegen dat het falende biologische geheugen aanvult of vervangt;

Question 34

Neuralink

Answer 34

Bedoeling: implanteerbare brein-machine interfaces (BMI) te maken, op korte termijn bedoeld om enkele breinziektes te behandelen, maar op langere termijn erop gericht om een symbiose tussen mensen en artificiële intelligentie op computers te realiseren.

Question 35

Cyborgs

Answer 35

= wezens met zowel biologisch organische als technologische (mechatronische) lichaamsdelen, m.a.w. de samensmelting van mens en machine.

• Doel: Een verbeterde mens te maken die zijn eigen huidige natuurlijke beperkingen kan overstijgen dankzij de integratie van technologie. Op die manier neemt de mens zijn eigen evolutie versneld in handen.

Question 36

Trans- en posthumanisme

Answer 36

Hierbij breidt de mens zijn eigen fysische/intellectuele/psychologische mogelijkheden uitbreidt door gebruik van allerlei technologieën (bv. cybernetica, biotechnologie, nanotechnologie, enz.) en ultiem zelfs de dood kan overstijgen (bv. door (een kopie van) het brein van een mens in een robot te plaatsen).

Question 37

Ethische vragen: 3 factoren die Luciano Floridi van het Digital Ethics Lab aan de University of Oxford onderscheidt

Answer 37

1. Technologie: wat machines kunnen doen (“what can be done”);
2. Wetgeving: wat machines mogen doen (“what may be done”);
3. Ethiek: wat machines zouden moeten doen (“what should be done”).

Vrij vertaald: niet alles wat technologisch mogelijk is, moet toegelaten worden of is ethisch verantwoord. Al zullen er altijd aanvaardbare medische gevallen zijn die bestaande evenwichten in vraag zullen stellen.

Question 38

Andere vraag: wat maakt een mens een mens?

Answer 38

• Turingtest door Alan Turing in 1950: nagaan of die menselijke intelligentie vertoond: Zonder beiden te zien en enkel door uitwisselen van getypte tekst van de vragen en antwoorden, moet een menselijke ondervrager een mens en een machine ondervragen. Als de ondervrager op basis van de vragen en antwoorden niet kan achterhalen wie de machine is en wie de mens, slaagt de machine in de intelligentietest.
  
  • Moeten machines zelfde rechten krijgen?
  • Wat dan met cyborgs die technologisch verbeterde mensen zijn? Of kan rechtspersoonlijkheid voor robots of cyborgs nooit?

Question 39

Technologische singulariteit

Answer 39

• Eens dat we een machine op zichzelf hebben leren denken: waar zijn de grenzen? Brengen we niet de toekomst niet in gevaar?
  
  • Ethische AI nodig
  • IEEE richtlijnen: ethically aligned design