Techniek

64 microscopisch kleine computers (links). Rechts: de grootte van één computer vergeleken met zoutkorrels. Bron: IBM

IBM ontwikkelt smart dust-computer zo groot als een zoutkorrel

1 reactie / Ideeën, Techniek, Visionaire projecten / Door / 1 april 2018

Wie van de fossiele generaties kent ze niet: de x86-processors waarmee de eerste massa-geproduceerde pc’s begin jaren negentig werden gebouwd? IBM is er nu in geslaagd om deze rekenkracht in een vierkante millimeter te proppen, met een verwachte productiekost van tien cent per stuk. Vinden we straks overal dit smart dust?

64 microscopisch kleine computers (links). Rechts: de grootte van één computer vergeleken met zoutkorrels. Bron: IBM
64 microscopisch kleine computers (links). Rechts: de grootte van één computer vergeleken met zoutkorrels. Bron: IBM

Smart dust: ouderwetse pc op een speldenknop
IBM Research is er in geslaagd, volledig zelfstandige computertjes te ontwikkelen met de rekenkracht van een 386-computer uit het begin van de jaren negentig. Deze computers waren toendertijd al krachtig genoeg om spreadsheets, tekstverwerkers en eenvoudig internet op te draaien. Schrijver dezes heeft er als student zijn werkstukken en doctoraalonderzoeken op geschreven. Nu is deze indrukwekkende rekenkracht samengebald in een vierkante millimeter. En dat voor een productieprijs van rond de tien cent per stuk.

Blockchain gebaseerd authentificatiesysteem
IBM heeft rondom deze extreem kleine computers een blockchain-gebaseerd ecosysteem ontwikkeld. Dat wil zeggen, dat dit smart dust in staat is om de identiteit van elk individueel computertje met zekerheid vast te stellen. Ook heeft IBM markeringen ontwikkeld die samenwerken met deze computertjes en apps op smartphones om vast te kunnen stellen of een product werkelijk afkomstig is van betrouwbare bron. Denk dan aan “vingerafdrukken”, zoals patronen, of zelfs markermoleculen in bijvoorbeeld wijn.

Smart dust voor supply chain management en tegen diefstal en fraude
Meerdere bedrijfstakken zitten dringend op dit smart dust te wachten. Zo wordt de diefstal en vervalsing van merkartikelen een steeds groter probleem. Naar schatting van IBM is de jaarlijkse wereldwijde schade door deze fraude 600 miljard dollar, het jaarlijkse inkomen van een middelgroot land als België. De aanwezigheid van smart dust kan zo garanderen dat de afnemer ook écht het origineel in handen heeft, en niet een gestolen exemplaar, of een bootleg uit een land of statenloos gebied waar het niet zo nauw genomen wordt met merkenrecht. Schrijver dezes heeft geen enkel medelijden met de fabrikanten van overprijsde luxe merkartikelen, maar in bijvoorbeeld de gezondheidszorg, en niet alleen daar, staan er levens op het spel als een onderdeel niet gegarandeerd werkt zoals de afnemer verwacht. Denk aan een pil met een giftige of juist helemaal geen werkende stof, of een onderdeel van een wolkenkrabber dat het begeeft bij een aardbeving. In theorie zal gehackt smart dust niet in kunnen loggen op de blockchain, dus wordt hiermee voorkomen dat een afnemer een vervalst artikel krijgt.  Kortom: dit is een goede oplossing  voor een erg vervelend probleem.

Doorbraak voor Internet of Things (IoT)
Tot nu toe zijn veel gebruikte computers voor internet of things-toepassingen, zoals Raspberries Pi en Arduino nog relatief gezien enorme stroomvreters. Deze zeer kleine computertjes kunnen op fracties van milliwatts opereren, waardoor het veel eenvoudiger is om ze van energie te voorzien. Hun microscopische afmetingen maken ze geschikt om zo ongeveer elk product slim te maken. Een pak vlees dat waarschuwt als een agressieve salmonella-kolonie je voor is geweest? Een vloer die je inseint dat je meer moet bewegen, of je fiets, dat de roestvorming de spuigaten uitloopt? Het is mogelijk, zodra IBM deze computertjes in massaproductie neemt. Anders dan bijvoorbeeld Microsoft staat IBM niet bekend om vaporware-tactieken, dus we kunnen aannemen dat vanaf 2023 deze techniek steeds verder op zal rukken.

Het door IBM ontwikkelde smart dust heeft ongeveer een rekenkracht, vergelijkbaar met die van een 386-gebaseerde Intel PC rond 1990.
Het door IBM ontwikkelde smart dust heeft ongeveer een rekenkracht, vergelijkbaar met die van een 386-gebaseerde Intel PC rond 1990.Bron: ourworldindata.org

Bron
IBM

Vietnam slaagt er in met weinig energie en andere hulpbronnen, toch een goede levenskwaliteit te bereiken. Wel schort er het een en ander aan democratische rechten in dit communistische land. Bron: Hanoi TV

Vietnam efficiëntste land ter wereld

10 reacties / Analyses, Ideeën, Maatschappij, Techniek, Visionair leven, Visionaire vragen, Wereld / Door / 9 februari 2018

Elke groep mensen, of het nu om de Maya’s ging, de Paaseilanders of wijzelf, zit gevangen tussen de Scylla van armoede en de Charybdis van draagkracht van de natuurlijke hulpbronnen. Welke samenleving weet het maximum aan menselijk welzijn uit een minimum aan ecologische voetafdruk te wringen? Een groep onderzoekers van de universiteit van Leeds zocht het uit. Met een duidelijke winnaar…

De mens wikt, maar Moeder Natuur beschikt. Althans: tot voor kort. Overal op aarde zijn de overblijfselen te zien van samenlevingen die probeerden boven hun stand te leven. Een bekend voorbeeld is Paaseiland, Rapa Nui. Op dit eiland op meer dan 3500 kilometer ten westen van Chili hakten de Polynesische kolonisten massaal de aanwezige Rapa Nui-reuzenpalmen om, om de bekende moai-beelden te construeren. Hierdoor raakten ze op het eiland opgesloten, want alleen met deze boomsoort konden zeewaardige kano’s gebouwd worden. Toen de Europeanen het eiland ontdekten en hun gebruikelijke vernielzucht tentoon spreidden, was de ooit rijke beschaving van Rapa Nui reeds vervallen tot barbarij. Ook wij lopen een reëel risico om dit scenario te herhalen, als we niet verstandiger te werk gaan dan nu.

Vietnam slaagt er in met weinig energie en andere hulpbronnen, toch een goede levenskwaliteit te bereiken. Wel schort er het een en ander aan democratische rechten in dit communistische land. Bron: Hanoi TV
Vietnam slaagt er in met weinig energie en andere hulpbronnen, toch een goede levenskwaliteit te bereiken. Wel schort er het een en ander aan democratische rechten in dit communistische land. Bron: Hanoi TV

De universiteit van Leeds rangschikte alle hedendaagse landen aan de hand van elf ‘social thresholds’ en zeven ‘global environmental boundaries’. Een succesvolle samenleving slaagt er in een maximum aan social thresholds te overschrijden en tegelijkertijd hierbij te voorkomen dat de ecologische grenzen worden overschreden. Vanzelfsprekend zijn de kenmerken arbitrair. Toch kan een aardige indruk worden verkregen.

Zo doen de twee giganten, China en de VS, het uitgesproken slecht. Ondanks het overschrijden van alle zeven biofysische grenzen, haalt de VS slechts negen van de elf sociale doelen. Nederland doet het hier slechter dan Duitsland. Beide landen halen alle elf doelen, maar Duitsland kan dit door ‘slechts’ vijf biofysische grenzen te overschrijden, Nederland zes. China haalt slechts vier doelen met een vergelijkbare ecologische score als Duitsland. België scoort één doel lager dan Nederland met een vergelijkbare footprint. Een afgetekende overwinning van d’n Ollander dus.

Het land dat het relatief het beste doet is Vietnam. Met slechts één overschrijding, haalt het Zuid Oost Aziatische land maar liefst zes van de elf doelen. De slechtste score staat op naam van Griekenland. Met alle zeven biofysische grenzen overschreden, haalt het land dezelfde sociale score als Vietnam…

Bron
GoodLife

Een golf plant zich voort door excitonium. Bron: Peter Abbamonte, U. of I. Department of Physics and Frederick Seitz Materials Research Laboratory

Excitonium, een nieuwe materievorm

9 reacties / natuurkunde, Techniek, Wetenschap / Door / 13 december 2017

Excitonium is een vreemde vorm van materie, die 50 jaar geleden voorspeld is maar nu pas ontdekt is. Maar wat is excitonium precies?.En wat zouden er er mee kunnen doen?

Wat is excitonium?
Excitonium bestaat uit excitons.
Excitons zijn pseudodeeltjes, die bestaan uit een elektron en het gat, dat het elektron achter heeft gelaten in het kristalrooster. Meestal verwijderen elektronen zich ver van het gat dat ze achterlaten. Bij excitonen is dat anders. De elektronen blijven rond het gat hangen en vormen, met het gat, een soort pseudo-atoom. Kwantumeffecten zijn afhankelijk zijn van de massa – de onzekerheidsrelatie van Heisenberg stelt onder meer dat hoe groter de bewegingssnelheid, hoe kleiner de onzekerheid van de plaats. (er zijn andere relaties, bijvoorbeeld die tussen massa en tijd, maar die vallen buiten het bestek van dit artikel). De lage snelheid van de elektronen en gaten in de exciton-pseudo-atomen, betekent dat ze een enorme grootte hebben – denk aan tientallen malen de grootte van een ‘normaal’ atoom. Nu wordt het interessant. Want als kwantumsystemen elkaar overlappen, vormen ze een condensaat. Dat wil zeggen, dat ze zich gaan gedragen als een enkel systeem. Als het systeem groot is, kan je kwantumeffecten op macroscopische schaal ontdekken. Het bekendste voorbeeld van een kwantum condensaat is een supervloeistof.

Bijzonder aan deze ontwikkeling is, dat dit een driedimensionaal excitonium is. Het is onderzoekers al eerder gelukt, om excitonium te produceren, maar dan alleen plat, op een oppervlakte. Ook interessant is, dat deze, zaten zich vormen op relatief hoge temperatuur: 190° boven het absolute nulpunt (190 kelvin, -83 graden). Dit is hoger dan de temperatuur van vaste kooldioxide, droge ijs. Als het lukt om deze temperatuur nog verder op te schroeven, worden toepassingen op kamertemperatuur mogelijk. Condensaten op kamertemperatuur zijn erg interessant, omdat hiermee kwantumeffecten in het dagelijks leven zijn toe te passen.

Excitonium

Wat kan je er mee?
Bijzonder aan deze ontwikkeling is, dat dit een driedimensionaal excitonium is. Het is onderzoekers al eerder gelukt, om excitonium te produceren, maar dan alleen in platte vorm, als oppervlakte. Dit is het eerste bulk-excitonium ooit. Ook interessant is, dat dit excitonium zich vormt op relatief hoge temperatuur: (190 kelvin, -80 graden). Dit is de temperatuur van vloeibare kooldioxide. Als het lukt om deze temperatuur nog verder op te schroeven, komen toepassingen op kamertemperatuur dichterbij. Condensaten op kamertemperatuur zijn erg interessant, omdat hiermee kwantumeffecten in het dagelijks leven zijn toe te passen. Theoretische voorspellingen lopen nogal uiteen over de eigenschappen van de substantie. Volgens sommigen is het een perfecte geleider, volgens anderen een isolator. In het eerste geval hebben we supergeleiding op kamertemperatuur. Ook superwarmtegeleiding zou een erg interessante toepassing zijn. Dan zou je warmteleidingen kunnen aanleggen, waarbij het niet meer nodig is om vloeistoffen te laten stromen. Voordat hier iets met zekerheid over te zeggen, moeten er experimenten worden gedaan met het nieuwe materiaal. Dat is nu eindelijk mogelijk. De ervaring leert dat ook fundamentele ontdekkingen die op het eerste gezicht niet nuttig lijken, vaak later een goudmijn voor nieuwe technologieop te leveren. Zo werd van de laser, die nu in tienduizenden producten is terug te vinden, gezegd dat het een vinding was dat wachtte op een toepassing.

 

Bron
A. Kogar et al., Signatures of exciton condensation in a transition metal dichalcogenide, Science 08 Dec 2017:
Vol. 358, Issue 6368, pp. 1314-1317 DOI: 10.1126/science.aam6432 Arxiv

De analoge klok die elke minuut de tijd uitschrijft. Het kostte Kango Suzuki een half jaar.

Analoge schrijfklok laat zien waarom een computer best wel handig is

8 reacties / Analyses, Ideeën, Social Engineering, Techniek, Visionaire projecten, Visionaire vragen / Door / 5 juli 2017

Een Japanse student bouwde in een half jaar een monsterlijk ingewikkelde mechanische klok. Omzetten van zelfs digitale technologie in analoge vorm blijkt hels moeilijk…

Veel van jullie kennen ongetwijfeld de schrijvende klok. Deze klok, waarvan de bouwbeschrijving op Instructables en Thingiverse te vinden is, schrijft met behulp van een eenvoudige robotarm de tijd. Hieronder de ‘Plotclock’ in actie.

Deze is voor een amateur-electronicus in enkele uren in elkaar te zetten, tenminste, als je toegang tot een 3D-printer hebt voor de onderdelen en drie servomotortjes en een Arduino op de plank hebt liggen. Een Arduino is een chip met ombouw, die (grof gezegd) in feite kan wat met een Commodore 64, MSX of ZX Spectrum kon.

Dit bracht waarschijnlijk Kango Suzuki, een toen 22 jaar oude universiteitsstudent aan de Tohoku University of Art and Design op een idee. Zou deze functionaliteit ook in analoge vorm kunnen worden verwezenlijkt? Hij wijdde een half jaar aan het project. Wat resulteerde was een met gewichten aangedreven klok die puur met behulp van tandwielen en hefbomen elke minuut de tijd schrijft. Zoals uit onderstaand filmpje wel blijkt, is het apparaat monsterlijk ingewikkeld.

Digitale technologie heeft als voordeel, dat deze gemakkelijk is te herprogrammeren. Zo kan de Arduino-klok in principe ook Romeinse, Maya of Hindi-cijfers schrijven, of de tijd in woorden schrijven. Een kwestie van de robotarmen andere bewegingsvectorwaarden meegeven. Dit is programmeertechnisch vrij eenvoudig als je eenmaal een goed wiskundig model hebt van de robotarmen. Voor Suzuki zou dit betekenen dat de klok voor een groot deel herontworpen moet worden, met andere woorden: weken werk. Analoge computers zijn soms te programmeren met dingen als ponskaarten (zoals weefgetouwen en pianola’s).

De analoge klok die elke minuut de tijd uitschrijft. Het kostte Kango Suzuki een half jaar.
De analoge klok die elke minuut de tijd uitschrijft. Het kostte Kango Suzuki een half jaar.

Soms denk ik er over na hoe de wereld er uit zou hebben gezien zonder digitale technologie. Waarschijnlijk heel anders dan nu…

Een moleculair zwart gat slorpt alle elktronen op en spuwt ze uit. Bron: SLAC

‘Moleculair zwart gat’ gecreëerd met extreem krachtige röntgenlaser

5 reacties / Ideeën en techniek, natuurkunde, Scheikunde, Techniek, Wetenschap / Door / 3 juni 2017

Een onderzoeksgroep van SLAC (Stanford Universiteit) slaagde er in om een ‘moleculair zwart gat’ te creëren in een klein molecuul. Goed nieuws dus voor medicijnontwikkelaars en andere chemici, en hiermee ook ons.

Stel je voor: alle zonlicht dat de aarde bereikt, geconcentreerd in een gebiedje ter grootte van een peperkorrel. Dit is de intensiteit die gedurende 30 femtoseconden bereikt werd met de röntgenlaser die voor dit experiment ingezet werd, de Coherent X-ray Imaging instrument, CXI. De laserbundel van de CXI werd geconcentreerd in een gebiedje met een doorsnede van 300 nanometer.

De gebruikte harde röntgenstraling heeft een energie per foton van 8300 elektronvolt. Ter vergelijking: licht heeft minder dan 2 elektronvolt energie per foton. 8300 elektronvolt is de ionisatie-energie van de twee elektronen in de (binnenste) K-schil van een jodiumatoom, precies voldoende om deze selectief weg te slingeren. .

Deze bundel werd afgevuurd op xenonatomen en van jodiumatomen die onderdeel uitmaakten van een klein molecuul, methyljodide (CH3I). Zoals verwacht, werden de elektronen van de binnenste atoomschillen totaal gestript. Het atoom werd als het ware uitgehold. Daardoor ontstond er een enorme zuigkracht van de positief geladen atoomkern naar de rest van de elektronen in het atoom. Omdat dit binnen femtoseconden gebeurt, werden ook deze elektronen door de laserbundel weggestript tot het molecuul, dat bijna alleen nog uit positief geladen atoomkernen bestond, explodeerde.

Een moleculair zwart gat slorpt alle elktronen op en spuwt ze uit. Bron: SLAC
Een moleculair zwart gat slorpt alle elektronen op en spuwt ze uit. Bron: SLAC

Onverwacht was dat er minimaal 54 elektronen werden weggeslingerd uit het jodiumatoom. Het atoomnummer van jodium is 53. Dit betekent dat ook elektronen uit het nabijgelegen koolstofatoom, en mogelijk ook de waterstofatomen betrokken werden in de cascade. Dit had dus veel weg van een moleculair zwart gat, waarbij de positief geladen atoomkern van het jodiumatoom alle elektronen in het molecuul aantrok. Een opmerkelijk technisch staaltje, waarmee het research team het befaamde wetenschappelijke tijdschrift Nature wist te halen.

Sloopwerk is natuurlijk altijd een interessant doel op zich, maar de voornaamste wetenschappelijk waardevolle uitkomst is hier dat het measured pulse model het juiste blijkt te zijn, niet het concurrerende Gaussiaanse pulsmodel. De voorspellingen van het measured pulse-model bleken tot op 2% nauwkeurig. Goed nieuws voor bijvoorbeeld medicijnontwikkelaars, die nu veel nauwkeuriger het gedrag van moleculen kunnen voorspellen. Ook dient dit experiment als voorbereidend werk voor een belangrijke upgrade van de laser. Hiermee kunnen tot 1 miljoen pulsen per seconde worden afgevuurd (nu 250 per seconde).

Bronnen
1. The World’s Most Powerful X-ray Laser Beam Creates ‘Molecular Black Hole’, SLAC Communications, 2017
2. A. Rudenko et al., Femtosecond response of polyatomic molecules to ultra-intense hard X-rays, Nature (2017). nature.com/articles/doi:10.1038/nature22373

De kunstbaarmoeder bevat een voedings- en oxygenatiesysteem, maar geen pomp. Bron: Philadelphia KInderziekenhuis

Kunstbaarmoeder die werkt voor lam, ontwikkeld

3 reacties / Analyses, Filosofie, geneeskunde, Ideeën, Techniek / Door / 13 januari 2021

Onderzoekers zijn er in geslaagd om lammeren ter wereld te laten komen die geheel zijn opgegroeid in een kunstbaarmoeder.

Binnen enkele jaren zullen ook onvruchtbare ouders, of een mannelijk homopaar, hun kinderen kunnen baren zonder lichaam van een moeder. Nu kunnen alleen hetero’s, of een lesbisch paar, kinderen krijgen.

Uniek aan de kunstbaarmoeder Biobag is het ontbreken van een pomp. Want het hartje van het embryo is de pomp. Bron: screenshot uit https://youtu.be/z7OsEGT9d3o, Children’s Hospital of Philadelphia

Biobag, een kunstbaarmoeder

Foetaal chirurg Alan Flake en enkele collega’s van het kinder ziekenhuis in Philadelphia, Pennsylvania, kweekten premature foetussen van schapen op in hun Biobag. Dat is een soort kunstmatige baarmoeder.
De Biobag is een soort doorzichtige zak. Binnen die zak groeit de foetus op. En wordt voorzien van voeding. Een door de groep ontwikkelde oxygenator ververst ook de zuurstof in het bloed van de foetus. Uniek aan het ontwerp is het ontbreken van een pomp. Deze functie wordt vervuld door het hartje van de foetus. Net zoals ook gebeurt in een echte baarmoeder. Dit kan, omdat de bloedsomloop in het ontwerp erg weinig frictie kent. Daardoor is het hart van het ongeboren dier voldoende.

Redden van de levens van ongeboren kinderen

De foetussen waren bij het overbrengen van de moeder naar de baarmoeder in ontwikkeling vergelijkbaar met menselijke foetussen van jonger dan 28 weken. Dat is ongeveer zes maanden. Op dit moment sterft meer dan driekwart van de foetussen van deze leeftijd als ze grootgebracht worden in een couveuse. De kinderen die het overleven, hebben in twintig tot dertig procent van de gevallen later in hun leven te kampen met ernstige gezondheidsproblemen. Dat komt, omdat hun organen zich niet goed hebben kunnen ontwikkelen. Deze kunstmatige baarmoeder kan veel mensenlevens redden. Ook voorkomen we zo ziekten in de toekomst. Dit bespaart veel leed, en ook veel medische zorgkosten.

Kunstmatige baarmoeder mogelijk?

Zowel voor het embryo als de foetus wordt het venster waarbinnen nog een natuurlijke moeder nodig is steeds kleiner: nu tussen de twee en 29 weken. Deze twee weken is alleen door regelgeving. De onderzoekers die er recent in slaagden om embryo’s twee weken lang in leven te houden, moesten van de wet op dat punt stoppen. In de middel verre toekomst is er daarom waarschijnlijk helemaal geen baarmoeder meer nodig. Voor een black hat biohacker, die aan ethiek geen boodschap heeft, is het dan mogelijk om mensen te kweken. Van eicel tot baby. Als een moderne Dr. Frankenstein, in een kelder. Hollywood scriptschrijvers en Q-anon gelovigen, let op.

Ethische dilemma’s van de kunstbaarmoeder

Er kleven aan deze techniek enkele ernstige dilemma’s. Zieke geesten zouden bijvoorbeeld zelf slaven kunnen kweken.

Of pedofielen. Zij kunnen kinderen kweken om als sekspartner te dienen. Of een leger van gehoorzame kindsoldaten. Echter: dit kan nu ook al en gebeurt al. Een vrouw of de vrouw van een stel kan zelf zwanger worden. Of een man alleen kan een vrouw ontvoeren en haar misbruiken. Denk aan het geval-Fritzl of Priklopil.

Maar toch. Deze techniek kan veel levens redden. Met goed medisch toezicht natuurlijk. Daarom denk ik dat dit per saldo goed gaat uitpakken.

Bronnen
1. Jennifer Couzel-Franklin, Fluid-filled ‘biobag’ allows premature lambs to develop outside the womb, ScienceMagazine, 2017

2. Allan W. Flake et al., An extra-uterine system to physiologically support the extreme premature lamb, Nature Communications, 2017

Drones als de Robofly van de Universiteit van Washington zijn in de iets verdere toekomst, als er een compacte energiebron ontwikkeld is, ook in te zetten als nanowapens. Bron: UW, Usa

Nanowapens worden grote dreiging in de nabije toekomst

8 reacties / Geopolitiek, Ideeën, Maatschappij, Techniek, Wereld / Door / 22 maart 2017

Dr. Frédéric Kula, een dissident, is gevlucht uit zijn geboorteland. Hij houdt vanuit zijn nieuwe land een weblog bij, waarin corruptie en machtsmisbruik door de machthebbers in zijn thuisland aan de kaak worden gesteld. Hij controleert daarom de deuren en ramen van zijn beveiligde appartement goed en gaat met een gerust hart slapen.
Dat had hij beter niet kunnen doen. Door een ventilatiekoker vliegt een robotinsekt naar binnen. Bestuurd door geheim agenten, landt de nanodrone op het gezicht van Kula en injecteert een dodelijke dosis botulinetoxine.

Het lijkt het plot van een paranoïde SF-thriller. Niets is minder waar. Drones zo groot als een insect bestaan al. In 2017 zijn deze kleiner dan een euromunt.

De techniek wordt steeds beter, wat zich onder meer uit in zeer kleine versies van dodelijke wapens. Atoombommen die je in een handtas kan meenemen. Drones zo groot als  een insekt om een politieke tegenstander mee uit de weg te ruimen. Technisch is het nu al mogelijk. Wat staat ons te wachten?

Mini-nukes
Atoombommen leveren per kilogram honderdduizenden malen zoveel explosiekracht als TNT. Dat betekent, dat een atoombom van twee kilo een gebouw ter grootte van het voormalige World Trade Center kan verwoesten. Tot voor kort was de kleinste atoombom de W54, bijgenaamd Davy Crockett. Deze bom van ongeveer twintig kilo kan in een rugzak meegenomen worden. Dit ontwerp dateert uit de jaren vijftig. Dit ligt dicht tegen het theoretische minimum aan. Met de wetenschappelijke kennis van nu kunnen veel kleinere wapens worden gebouwd. Er doen wilde geruchten de ronde dat Pakistan over nucleaire wapens zo groot als een tennisbal zou beschikken. In principe kan dit alleen met een extreem rijke neutronenbron, veel rijker dan de bekende splijtbare isotopen U-235 en Pu-239. Het is waarschijnlijker dat de Pakistanen bluffen.

Drones zo groot als een insekt kunnen voor spionage, maar ook voor moordaanslagen worden gebruikt.
Drones zo groot als een insekt kunnen voor spionage, maar ook voor moordaanslagen worden gebruikt. – Bron: studyihub.com

Genetisch gemanipuleerde dodelijke insecten
Het is op dit moment met CRISPR mogelijk een bestaand gen uit een genoom te knippen en te vervangen door een ander gen. Zo zou je bijvoorbeeld het gen in muggen dat codeert voor een pijnstillend enzym, kunnen vervangen door een gen dat codeert voor een dodelijk giftig eiwit. Laat deze genetisch gemanipuleerde muggen los en zie daar: een leger des doods, dat zich al voortplantend een fatale jacht opent op de bevolking. Uiteraard is dit dan ook dodelijk voor je eigen mensen. Insecten trekken zich niets aan van landsgrenzen. Dit is daarom meer een tactiek, die door een terroristische groepering zal worden gebruikt om af te rekenen met de rest van de mensheid.

Zichzelf vermenigvuldigende nanobots
Het meest enge scenario bestaat uit ‘black goo’, zichzelf vermenigvuldigende nanobots met een sinister militair doel. Deze verzamelen grondstoffen uit hun omgeving en maken hiermee nieuwe kopieën van zichzelf. Als er geen beperking is ingebouwd, zal  het vermenigvuldigen doorgaan tot er een einde komt aan de beschikbare grondstoffen. Niet voor niets schat het Future of Humanity Institute van de universiteit van Oxford de kans dat dit leidt tot het uitsterven van de mens, hoog in – rond de vijf procent tot 2100.

Een belangrijke oorzaak voor de dure Nederlandse gezondheidszorg is het grote aantal verpleegdagen. - Wikimedia Commons

Het visionaire alternatief: Volksgezondheid

5 reacties / Analyses, Economie, geneeskunde, Ideeën, Nederland, Techniek, Visionaire vragen / Door / 5 maart 2017

De levensverwachting in Nederland behoorde begin deze eeuw tot de hoogste ter wereld, maar is nu relatief gezakt tot ergens laag in de top twintig. De volksgezondheid zakt dus relatief gesproken terug. Dit tegen steeds hogere kosten: meer dan 75 miljard euro, ongeveer een derde van wat de Nederlandse overheid jaarlijks uitgeeft. Waarom stijgen de kosten zo sterk en hoe kan de zorg beter, menselijker en goedkoper?

In feite zijn de kosten voor het op peil houden van de volksgezondheid nog hoger dan de hier genoemde 75 miljard euro, het overheidsdeel. Immers, elke Nederlander betaalt premie en eigen risico. Voor deze premie krijgen armlastige verzekerden dan weer een gedeeltelijke compensatie.

Japan: goede gezondheidszorg voor de helft van de Nederlandse kosten
In Japan worden mensen enkele jaren ouder dan hier. Dit terwijl de Japanse gezondheidszorg (6% BNP) aanmerkelijk goedkoper is dan die in Nederland (11% BNP). Wel blijken de ziekenhuizen in Japan zo afgeknepen te worden dat patiënten die het ziekenhuis verlies opleveren, vaak worden geweigerd.

In het Japanse model betaalt de patiënt een tiende tot een derde van de zorgkosten, tot een maximum. De rest betaalt de overheid. Japanners moeten voor het eigen risico verplicht een verzekering afsluiten. Ziekenhuizen en andere verpleeginstellingen kopen op nationaal niveau in, waardoor de nationale inkoper een enorm sterke machtspositie heeft ten opzichte van farmaceuten en lage prijzen voor inkoop van medicijnen en apparatuur kan bedingen. Ook worden in Japan in verhouding weinig -dure- chemokuren aan stadium IV kankerpatiënten gegeven,wat overigens de overleving wel drukt. Familie neemt veel verpleeghuiszorg op zich, waardoor er in Japan nauwelijks bejaardentehuizen bestaan. Nu de Japanse bevolking snel veroudert, wordt er in Japan veel onderzoek gedaan naar zorgrobots.

Het letterlijk overnemen van het Japanse model, waarin de patiënt 1/3 van de zorguitgaven zelf betaalt tot een bepaald maximum, zal gezien het grote cultuurverschil moeilijk gaan. Zo zijn Japanners zeer plichtsgetrouw (dus maken niet snel schulden) en sparen ze al voor de oude dag.

Wat zijn de problemen binnen de Nederlandse gezondheidszorg?
Binnen Europa staat de Nederlandse gezondheidszorg volgens het EHCI rapport uit 2014 op de eerste plaats. Ook internationaal scoort Nederland beter dan bijvoorbeeld de Verenigde Staten. Dit wel ten koste van hoge uitgaven. Dit komt voornamelijk door dure bejaardentehuizen, verpleeghuizen voor psychiatrische patiënten en vaak onnodig verblijf in een ziekenhuis. Verpleegdagen zijn duur: per dag al gauw rond de 400 euro of meer.

Een belangrijke oorzaak voor de dure Nederlandse gezondheidszorg is het grote aantal verpleegdagen. - Wikimedia Commons
Een belangrijke oorzaak voor de dure Nederlandse gezondheidszorg is het grote aantal verpleegdagen. – Wikimedia Commons

Hoe kunnen deze problemen worden opgelost?
Er moet veel meer dan nu gebruik worden gemaakt van e-health sensoren, die op het lichaam van de patiënt worden aangebracht. Slaapapneu bijvoorbeeld, een sluipmoordenaar die hersenbeschadigingen, geheugenverlies en andere medische klachten zoals diabetes veroorzaakt, wordt nu vaak in een slaaplab vastgesteld. In veel ziekenhuizen krijgt de patiënt nu een meetkit mee, waarmee thuis de zuurstofverzadigingswaarde en ademstops worden vastgesteld. Daardoor is een duur verblijf in het ziekenhuis niet meer nodig.
Ook kunnen deze sensoren preventief werken. Open source komt er steeds meer beschikbaar. De Nederlandse overheid kan hier in samenwerking met andere landen onderzoekssubsidies voor ter beschikking stellen.

Het Japanse model van landelijke inkoop van medicijnen en medische apparatuur moet hier zo snel mogelijk worden ingevoerd. Hiermee zijn al vele procenten in inkoopkosten te besparen. Dan kunnen de apotheken meteen ook op worden geheven en vervangen worden door geautomatiseerde distributiepunten,  waar door middel van drones of menselijke koeriers de medicijnen snel ter plaatse zijn.

Het eigen risico zou niet volledig moeten zin, maar een percentage van de zorgkosten met een maximum tussen de honderd en tweehonderd euro, naar Japans model. Hierdoor bestaat er altijd een prikkel om de zorgkosten te minimaliseren, zonder dat patiënten zoals nu in één keer een harde financiële klap krijgen.

Tandheelkundige zorg moet binnen het basispakket worden gebracht. Onbehandelde infecties in de mondholte veroorzaken vaak hardnekkige infecties elders in het lichaam, diabetes en hartziekten. De preventieve werking van tandheelkundige zorg is zeer groot.

De effectiefste manier om de kosten van gezondheidszorg laag te houden is om veroudering te voorkomen. Middelen als rapamycine, metformine en dergelijke zijn nu in klinisch onderzoek in verband met hun levensverlengende effecten in muizen. Als door het slikken van een medicijncocktail het verouderingsproces met tien jaar of meer uitgesteld kan worden, betekent dit een grote verlenging van de ziektenvrije periode in het leven van mensen en, naast het voorkomen van erg veel leed, ook een fikse besparing op gezondheidszorg.

Deep learning systemen, zoals de IBM-computer Watson, zijn bij meerdere aandoeningen (huidkanker) nauwkeuriger in het stellen van een diagnose dan menselijke artsen.  Door deze systemen meer in te zetten, kunnen er veel nauwkeuriger diagnoses worden gesteld, waardoor patiënten sneller genezen en de kosten flink dalen. Dit is ook voor de volksgezondheid een grote vooruitgang.

Conceptversie van Breakthrough Starshot. De vier rode bundels worden gebruikt voor communicatie met de aarde. Bron: Universiteit van Puerto Rico/Arecibo Observatory

Breakthrough Starshot: Sonde naar Alfa Centauri remt nu

1 reactie / Ideeën en techniek, Techniek, Universum, Visionaire projecten, Zonnestelsel / Door / 25 januari 2021

Breakthrough Starshot, het project van Stephen Hawking en de steenrijke Rus Yuri Milner om onze naaste buren Alfa Centauri A,B en Proxima te bezoeken, is weer een stap dichterbij gekomen. Er is nu namelijk een methode ontwikkeld om af te remmen.

Breakthrough Starshot

Anders dan standaard ruimteschepen, die tonnen wegen, kan je de ruimtesonde van Breakthrough Starshot met gemak in een brief verzenden. Het concept-ruimteschip weegt namelijk niet meer dan zo’n tien gram. Dat is zonder het enorme vangzeil van zo’n 100.000 vierkante meter (een tiende km2). Dat weegt natuurlijk iets meer. De verhouding massa ten opzichte van voortstuwing is het voornaamste technische probleem in de ruimtevaart. Dat geldt vooral voor zeer snel bewegende ruimteschepen. Volgens Einstein wordt de massa van een ruimteschip groter als dit de lichtsnelheid nadert.

Dit betekent: enorm veel energie. De energie-equivalent van 1 gram massa is 100 miljoen MJ, of 2500 kuub benzine of diesel. Dat is de reden dat het geplande  ruimteschip naar Alfa Centauri zo klein is. Het energie-equivalent van 100 miljoen megajoule is nog wel op te wekken voor enkele tientallen miljoenen. Een ruimteschip van 100 ton lanceren met relativistische snelheden, vereist de hulpbronnen van minimaal een Kardashev-I beschaving die een complete planeet kan aftappen. Of een echte death ray. Kortom: zelfs Elon Musk, Jack Bezos en Jack Ma samen kunnen dat niet betalen.

Zeer sterke laser

Conceptversie van Breakthrough Starshot. De vier rode laserbundels op de hoeken worden gebruikt voor communicatie met de aarde. Bron: Universiteit van Puerto Rico/Arecibo Observatory
Conceptversie van Breakthrough Starshot. De vier rode laserbundels op de hoeken worden gebruikt voor communicatie met de aarde. Bron: Universiteit van Puerto Rico / Arecibo Observatory

Breakthrough Starshot wordt door middel van een geconcentreerde laserbundel versneld tot enkele procenten van de lichtsnelheid. Dit scheelt brandstof en een motor. Nadeel is dat als de afstand groter wordt, steeds meer laserlicht niet meer op het vangzeil van het ruimtescheepje terecht komt. Daardoor neemt het rendement sterk af. Een veel groter probleem is het afremmen. Dit is zonder brandstof bijna niet te doen. Weliswaar zal de zonnewind van Alfa Centauri A en B tegendruk leveren, maar deze is onvoldoende om het ruimtescheepje af te remmen.

Afremmen met zon en zeil

René Heller van het Max Planck Institute for Solar System Research in het Duitse Göttingen en zijn collega Michael Hippke hebben een oplossing ontwikkeld. Het komt er in het kort op neer om het enorme zeil te gebruiken om af te remmen. In de oorspronkelijke plannen bleef dit ingeklapt. Door gebruik te maken van de zwaartekracht van het stersysteem is het volgens hun berekeningen zelfs mogelijk om het ruimteschip te manoeuvreren.
Beide creatieve geesten bedachten ook een slimme oplossing om de energie slurpende laser te vervangen. Namelijk de stralingsdruk van de Zon zelf. Op die manier wordt de lancering qua energie vrijwel gratis, want de zon doet het werk. Uiteraard blijft het technische probleem van het bouwen van een zeer licht, enorm zonnezeil overeind. Maar hiervoor hebben we ondertussen een oplossing: grafeen. Een km2 grafeen van één atoomlaag dik heeft een massa van minder dan 20 gram. Dit grafeen kan ook als zonnepaneel dienen. Wel moeten we dan routinematig grafeen kunnen produceren, zoals we nu bijvoorbeeld aluminiumfolie produceren. Dit lukt steeds beter, maar nog steeds is grafeen schaars en duur.

Kortom: project Breakthrough Starshot begint steeds meer science en steeds minder fiction te worden. Alfa Centauri, here we come!

Bron
Heller, R., & Hippke, M. (2017) “Deceleration of high-velocity interstellar sails into bound orbits at Alpha Centauri”, The Astrophysical Journal Letters, Volume 835, L32, DOI: 10.3847/2041-8213/835/2/L32

Gaatjes vullen en kronen zijn lapwerk. Wat we willen is een vervangende levende tand. - Wikimedia Commons

Tanden kunnen nu gekweekt worden

1 reactie / biologie, geneeskunde, Ideeën, Techniek / Door / 17 januari 2017

Tanden blijven een zorg. Tandheelkunde is verre van volmaakt. De combinatie van levend weefsel en dood materiaal is altijd ongemakkelijk geweest. Zelfs de beste materialen voor vulling veranderen niet mee met de tanden. Nu is er een oplossing die gebruik maakt van stamcellen.

Tandreparatie gebrekkig
Alle materialen om gaten in tanden mee te vullen kennen nadelen. Goud is duur en te zacht. Amalgaam kan het zeer giftige kwik uitscheiden, en geeft een onaangename schok als je op een stukje metaal bijt. De nieuwere materialen porselein en composiet kennen deze nadelen niet, maar groeien niet mee met de tand. Het gevolg: na een paar jaar gaan vullingen los zitten, het gat moet verder worden uitgeboord en de tandafbraak zet verder door. Ook niet onbelangrijk: dit betekent voortdurende bezoeken aan de tandarts. Vooral bij de armere bevolkingsgroepen in Nederland die zich geen tandarts kunnen veroorloven, is tandbederf een steeds groter probleem.
Deze kunnen zich al helemaal geen kronen veroorloven. Kronen voldoen (iets)beter dan vullingen en andere tandprotheses, maar zijn duur en kennen weer andere nadelen. Kortom: wat we nodig hebben is iets dat even goed is als een echte, natuurlijke tand. Een levende tand dus.

Gaatjes vullen en kronen zijn lapwerk. Wat we willen is een vervangende levende tand. - Wikimedia Commons
Gaatjes vullen en kronen zijn lapwerk. Wat we willen is een vervangende levende tand. – Wikimedia Commons

Natuurlijke genezing van tanden
Onze tanden kunnen zichzelf in beperkte mate repareren. Als de pulpa, het levende binnenste van een tand, wordt blootgesteld, vormen zich beenstamcellen (mesenchymatische stamcellen) die zich ontwikkelen tot de meer gespecialiseerde odontoblasten. Deze vormen tandbeen, dentine. Hier bovenop vormt zich tandglazuur.
helaas werkt dit systeem alleen maar op kleine schaal. Ontstaan er echt zware beschadigingen aan tanden, dan kunnen deze zichzelf niet mer herstellen. Er ontstaat een permanent gat, met als uiteindelijk gevolg verlies van de tand of erger, zoals een kaakontsteking. De tandheelkunde van nu is in staat om dit probleem voor een groot deel op te lossen.Althans: uit te stellen,want tandbederf is uiteindelijk onomkeerbaar.

Gekweekte tanden
In een experiment op muizen zijn onderzoekers er nu in geslaagd om dit proces op te wekken in een sponsje van collageen,een biologisch afbreekbaar materiaal. Hierin brachten ze glycogen synthase kinase (GSK-3) antagonisten aan.De GSK-3 antagonisten die ze kozen zijn vrij eenvoudige, kleine moleculen. Door deze prikkel migreerden er mesenchymatische stamcellen van de muis naar de spons. Deze  ontwikkelden zich tot odontoblasten, die dentine begonnen te vormen terwijl de draagstructuur oploste. Het resultaat was een nieuwe, natuurlijke tand.

Vervolgonderzoek
Muizentanden zijn vanzelfsprekend maar klein, rond een millimeter. Het is dus niet zonder meer zeker dat deze techniek  is toe te passen  op de veel grotere tanden van mensen. Vandaar dat de onderzoekers nu een vervolgonderzoek uitvoeren op veel grotere ratten, dieren die qua grootte iets meer de mens benaderen.

Bron
Paul T.Sharpe et al., Promotion of natural tooth repair by small molecule GSK3 antagonists, Scientific Reports(2017)