Optimisten worden vaak weggelachen. Toch is optimisme nu nodig, harder nodig dan ooit zelfs. Een aantal technologieën staan nu op het punt explosief toe te nemen, en wat we nu zaaien, zal sterk worden opgeblazen.
Waarom denken we pessimistisch?
De reden, dat we eerder voor zekerheden dan kansen kiezen, is dat wij mensen zijn ontstaan in een karige omgeving, waarin de strijd om het bestaan hard en genadeloos was. Elke fout of foute inschatting kan je dan je leven kosten. De slechte gevolgen die een fout met zich meebrachten, zijn veel groter dan de voordelen die bijvoorbeeld de ontdekking van een nieuwe voedselbron of stuk land met zich meebrachten. Dit vormde onze mind set. Uit psychologische experimenten blijkt, dat we eerder geneigd zijn om verliezen te voorkomen, dan om de kans op winst zo groot mogelijk te maken. Nu is de situatie radicaal anders. Sterker nog: we leven nu in een wereld waarin positief denken absoluut noodzakelijk is geworden.
Nu is de tijd gekomen om te kiezen voor hemel of hel.
Buigpunt
Meerdere zeer krachtige technologieën bevinden zich nu in een fase waarin ze een enorme impact beginnen te krijgen. Bijvoorbeeld informatietechnologie, waarvan de rekensnelheid elke twee jaar verdubbelt. Ook genetische analyse is onderdeel van een exponentiële curve: in 2015 is het mogelijk voor minder dan duizend euro een menselijk genoom in kaart te brengen. Ook deze kosten dalen snel. Andere technologieën ontwikkelen zich ook snel. Denk aan 3D printing en dergelijke. Techniek is in feite een middel om wat wij willen, in praktijk te brengen. Hoe krachtiger de technieken, hoe meer gevolgen dat wat we willen heeft. Door de exponentiële toename, worden die gevolgen steeds groter.
Hemel of hel?
Een mes kan worden gebruikt om mee te opereren of mee te steken. Veel technieken zijn specifieker. Zo is een atoombom een uitermate kwaadaardige uitvinding en antibiotica een overwegend goede uitvinding. Welke technieken er komen bepalen wij, de uitvinders en beslissers. Als we dood en verderf normaal vinden, zullen we Skynet, killer drones en geavanceerde martelwerktuigen uitvinden. Als we geloven in positiviteit, vinden we dingen als universele geneesmiddelen, replicators en onuitputtelijke energiebronnen uit. We kunnen nu letterlijk met onze gedachten de wereld van de toekomst vormen. Kortom: het is nu belangrijker dan ooit, om positief te denken.
We weten allemaal dat technologie veel werk kan besparen. Alleen is op dit moment het probleem, dat er een overschot is aan arbeid en deze arbeid ook te laag wordt betaald. Daardoor krijgen de kapitaalverschaffers en de managers (de elite) het steeds beter en de arbeidsverschaffers, de werkenden, het steeds slechter. Bestaat er ook technologie die de werkgelegenheid het liefst flink kan laten toenemen? Het antwoord, zo kunnen we leren uit het verleden: ja.
De laser, al voorspeld door Einstein, heeft honderden nieuwe toepassingen opgeleverd, zoals afstanden meten tot op atoomschaal nauwkeurig, die voor de laser domweg niet mogelijk waren. En dus duizenden goedbetaalde banen. Een prachtig voorbeeld van enabling technology dus. Bron: UvA/Sci Enabling technologie en efficiëntie
Ruwweg kunnen technologische vindingen in twee categorieën worden onderverdeeld: technieken om iets bestaands efficiënter te doen (zeg: een 10% snellere computer), technieken waar managers en ambtenaren erg dol op zijn omdat de kosten en baten precies uit te rekenen zijn, en technieken die u in staat stellen iets te doen wat u eerder niet kon. Managers vinden deze tweede categorie technieken eng, ze zijn namelijk onvoorspelbaar en hebben vaak tot gevolg dat hun werknemers voor zichzelf beginnen en dat zijzelf ontslagen worden. Deze tweede categorie wordt in technospeak ‘enabling technology’ genoemd en is onvoorstelbaar krachtig. Als geen andere technologische actor is enabling technology in staat de gevestigde orde volkomen op zijn kop te zetten en doet dit ook geregeld.
Enabling technology als werkopleverende kracht
Omdat de gevolgen van enabling technology in de eerste jaren onvoorspelbaar zijn, is het heel moeilijk deze te optimaliseren, dus efficiënter te maken. Managers en bezitters vinden dat heel verdrietig, want zo halen ze hun gegarandeerde rendement niet meer. Voor werkenden en zelfstandig ondernemers is dit daarentegen een paradijs. Zelfstandig ondernemers, ik heb het niet over die overbetaalde cententellers die nu de scepter zwaaien bij multinationals maar de mannen en vrouwen die met hun eigen handen hun toko van de grond af op hebben gebouwd, ontdekken voortdurend nieuwe toepassingen van de enabling technology en kunnen er ook snel op reageren. En omdat ze steeds nieuwe dingen verzinnen hebben ze daar mensen voor nodig. Internet leverde een boom aan websitebouwers, search engine optimalisation en design op. De printer, een spin-off van de pc, riep een complete branche van inktleveranciers en bijvulbedrijfjes in het leven.
Hoe steken we Nederland in brand?
Het recept voor nieuwe werkgelegenheid is dus opmerkelijk simpel. Graas stad en land af naar enabling technologie, gooi er desnoods wat overheidsmiljoenen tegenaan om die te ontwikkelen en ontwikkel die snel tot marktklare technologie die voor een miljoenenpubliek betaalbaar is. Jaag de mensen met geld dan op tot blinde paniek, zodat ze als bezetenen gaan investeren in deze nieuwe technieken.
Welke enabling technology komt in aanmerking?
De volgende golf disruptive technology is er op dit moment al aan het aankomen. 3D printing heeft al veel terechte publiciteit gehad. Dit geldt ook voor zonne-energie, wat gaat zorgen voor een stroom aan spotgoedkope energie die allerlei producten interessant maakt die nu niet kunnen. Minder bekend zijn augmented reality (letterlijk een wereld om te vullen), robotica (voor zover robots in worden gezet om werk te verrichten dat mensen echt niet kunnen) etcetera. Welke ontwikkelingen denken jullie dat er zijn die uit kunnen groeien tot disruptive technologie?
1. In het begin van de jaren 2020 zullen we de middelen hebben om levensverlengende behandelingen te ontwikkelen. Hiermee kunnen we een einde maken aan ziekte en veroudering. Voor deze voorspelling baseert Kurzweil zich op de exponentieel toenemende computerrekencapaciteit (deze verdubbelt elke 18 tot 24 maanden). Geneeskunde wordt een informatiewetenschap, waardoor geneeskundig onderzoek maximaal kan profiteren van deze explosie in rekenkracht. Computers worden zo snel en zo krachtig, dat wij precies het gedrag van geneesmiddelen in de cel en het lichaam kunnen voorspellen, en ook geneesmiddelen ontwerpen die precies datgene doen wat wij willen. Tot nu toe waren geneesmiddelen toevalstreffers. In het decennium 2020 kunnen we het DNA van cellen veranderen zonder dat de lichaamscel wordt beschadigd, en bijvoorbeeld genen die ouderdomsziekten veroorzaken repareren, mitochondriën (de ‘krachtcentrales’ van een cel) verjongen en te korte telomeren verlengen (waardoor cellen verjongen).
Volledige onderdompeling in de virtuele wereld zoals in de Matrix films, inclusief reuk en tastzin, zal volgens Kurzweil bereikt worden in de jaren 2030.
2. In 2030 zal zonne-energie in staat zijn al onze energiebehoeften te vervullen. De productie van voedsel en schoon water zal ook exploderen. Kurzweil denkt dit, op basis van nu exponentieel afnemende kosten van zonne-energie per watt. Hiervoor hoeven wij slechts een tienduizendste deel van alle zonlicht dat op aarde valt, op te vangen.
Op dit moment is zonne-energie al in veel tropische en subtropische landen goedkoper dan fossiel.
Hebben we eenmaal voldoende energie, dan kunnen we vrij eenvoudig alle water zuiveren dat we nodig hebben. Per kubieke meter zoet water is 1 tot 2 kWh nodig. Tegen 2030 produceren we zoveel zonne-energie, dat we alle water dat we nodig hebben tegen afbraakprijzen kunnen zuiveren.
Kurzweil gelooft ook in gekweekt vlees, waarvan het prototype mede door Nederlandse wetenschappers is ontwikkeld, en plantenteelt in door robots bestuurde wolkenkrabbers vlakbij menselijke bevolkingsconcentraties. Hierdoor eindigt dierenleed en de enorme belasting voor het milieu die de gangbare landbouw vertegenwoordigt.
3. Begin 2020 zullen we een groot deel van de producten die we gebruiken, inclusief kleding en donororganen, met 3D printers fabriceren. Kurzweil ziet de vroege jaren 2020 als de gouden jaren van 3D printing. Op dit moment is er veel enthousiasme voor 3D printen. Na de desillusie enkele jaren later, zal de werkelijke revolutie beginnen. Ongeveer zoals ook met internet gebeurde. begin 2020 zullen we open source designs van bijvoorbeeld kleding kunnen downloaden en uitprinten. De mode-industrie zal dan net als boekenuitgevers eerder, een digitale industrie worden. Onderzoekers kunnen nu al een biologisch afbreekbaar skelet printen en dat bevolken met de stamcellen van een patiënt. Begin 2020 zal dit gangbaar zijn in de geneeskunde.
4. Binnen vijf jaar zullen zoekmachines menselijke taal begrijpen.
Kurzweil werkt als technisch directeur voor Google en is daarom uitstekend op de hoogte van de stand van zaken bij Google. Op dit punt wordt bij Google intensief gewerkt aan nieuwe zoektechnologie, die menselijke taal kan herkennen. Dit doet Google door letterlijk elk document op het web en ieder boek te analyseren op betekenis en zo een semantisch web te bouwen. Als je een dubbelzinnige vraag stelt, zal Google om verduidelijking vragen.
5. In de vroege jaren 2020 zullen we routinematig werken en recreëren in qua beeld en geluid levensechte virtuele werelden. in de jaren 2030 zal het ook mogelijk zijn voorwerpen in de virtuele wereld te voelen, zoals in het holodeck van Star Trek. Het huidige videobellen, zoals met bijvoorbeeld Skype, zal over 5-10 jaar opgevolgd zijn door levensechte VR. Het zal lijken alsof een persoon die zich honderden kilometers van ons af bevindt naast ons zit. Een volledig onderdompeling in een virtuele wereld, zoals in de Matrix-films, zal pas 10 jaar later gebeuren. Tegen die tijd zijn er nanorobotjes, die in ons bloedstroom kunnen reizen en de signalen die door onze zintuigen komen, kunnen veranderen en versterken.
Een interessante TED Talk van Alastair Parvin over hoe we architectuur kunnen gaan open sourcen. Dit heeft een interessante bijwerking, architectuur wordt hiermee beschikbaar voor 100% van de mensen inplaats van slechts voor de 1% rijksten der aarde zoals momenteel het geval is. Hij laat onder meer zien hoe er momenteel al met Wikihouse en 3D printers wordt gewerkt om deze open source beweging in de architectuur door te voeren.
Architect Alastair Parvin presents a simple but provocative idea: what if, instead of architects creating buildings for those who can afford to commission them, regular citizens could design and build their own houses? The concept is at the heart of Wikihouse, an open source construction kit that means just about anyone can build a house, anywhere.
Instructables is een interessante website waar iedereen die ervan houdt zelf dingen te bouwen zich heel wat dagen op kan vermaken.
De site heeft zich gespecialiseerd in het zijn van een platform van en voor mensen die graag dingen zelf maken. Leden van deze platformen geven elkaar ontwerpen, instructies en tips en trucs om zo je eigen project tot een succesvol einde te brengen. Open source in optima forma!
Het aantal zaken wat je er kunt vinden is uitgebreid, van sandalen maken van oude autobanden tot aan het in elkaar zetten van complexe electronica met o.a. Arduino.
Er is bijv. een Off the Grid groep druk bezig met eigen electriciteits en watervoorziening. Maar ook een Drawing and Art groep die zich juist bezighoudt met het onwikkeling van je kunstzinnige skills. Kijk eens rond op de website waar inmiddels vele mensen actief zijn en elkaar helpen.
Our Story
The seeds of Instructables germinated at the MIT Media Lab as the future founders of Squid Labs built places to share their projects, connect with others, and make an impact on the world. One of these early places was a blog Zeroprestige, which was an open source hardware experiment for kitesurfing. Here they documented their hand-sewn kites, plywood boards, and other general mayhem that happens when PhDs and high winds collide.
As a result of freely sharing our work, we met a ton of great people, received great opportunities, and were smacked in the face with the need for a web-based documentation system.
Instructables became that documentation system in 2005, as an in-house project of Squid Labs. When they weren’t solving interesting problems like solar panels for driveways, efficiently harnessing human power, or strain sensing ropes, you could find them sharing Instructables from the workshop. From cooking to 3d printing, to making just about anything fly, Instructables became the recipient of countless hours of tinkering, soldering, stitching, frying, and fun, making just about anything.
Instructables was officially spun out of Squid Labs in the summer of 2006, and has gone on to grow from a modest hundreds of projects to over one hundred thousand. The community that now calls the site home, is an amazing mix of wonder from around the world. Every day we continue to be amazed by the imagination, curiosity, and simple awesomeness of everyone who shares their creations with us on Instructables.
Met deze site is er een interessante plek op het internet bijgekomen waar mensen gratis en open source hun informatie en kunde delen. De nieuwe open source wereld waar cooperatie inplaats van competitie het nieuwe paradigma lijkt te zijn wordt hiermee weer een stapje verder op weg geholpen.
In deze TEDx Talk komt onder meer 3D printen uitgebreid aan bod maar ook wordt er gekeken naar hoe mensen telkens meer peer to peer investeringen doen, waarmee de centrale rol van de bank als investeerder naar de achtergrond verschuift.
Al met al een zeer interessante presentatie van Chris Yonge over hoe onze toekomst er uit kan komen te zien met dank aan de toename van openheid en coöperatie op verschillende vlakken in de maatschappij.
Een zeer nuttige tip die in de presentatie voorbij komt is het open source modellerings programma Blender. Recent ben ik naar een hackermeeting geweest waar een thema avond was over 3D printers. Verschillende eigenaars van deze printers die er zelf druk mee bezig zijn tipten dit programma ook als een prima stuk software om te leren 3D programmeren.
Op www.blender.org is het programma volledig legaal gratis te downloaden.
Voor de 3D modellen zelf werd thingiverse.com door bijna alle mensen daar veelvuldig gebruikt. Hier kun je dan ook een uitgebreid overzicht van gratis downloadbare 3D modellen vinden waar dagelijks nieuwe ontwerpen aan worden toegevoegd. Heb je zelf nog geen printer dan kun je eventueel Shapeways (met een vestiging in Eindhoven) benaderen om een model voor je te printen.
Kortom iedereen die wil leren 3D modelleren en zijn of haar ontwerpen wil delen met de rest van de wereld kan hier direct mee beginnen.
Een documentaire over een 21 jarige hacktivist die de fysieke infrastructuur die nodig is voor het internet in handen van en voor de mensen wil brengen. Een zeer goedkoop gedecentraliseerd globaal internet gedragen door infrastructuur in bezit en beheer van lokale mensen over de hele wereld. Een internet wat door geen enkele regeringsleider of corporatie is uit te zetten. Bekijk deze inspirerende documentaire met de titel Free the Network. Op hun website is meer over dit initiatief te vinden. http://freenetworkfoundation.org/
A documentary about the Occupy Wall Street, hacktivism, and the hackers trying to build a distributed network for the Occupy movement and beyond.
You’re on the Internet. What does that mean? Most likely, it means one of a handful of telecommunications providers is middlemanning your information from Point A to Point B.
Fire off an email or a tweet, broadcast a livestream or upload video to YouTube, and you’re relying on vast networks of fiber optic cables deep underground and undersea, working with satellites high above, to move your data around the world, and to bring the world to your fingertips.
It’s an infrastructure largely out of sight and mind. AT&T, Level 3, Hurricane Electric, Tata Indicom – to most these are simply invisible magicians performing the act of getting one online and kicking. To many open-source advocates, however, these are a few of the big, dirty names responsible for what they see as the Web’s rapid consolidation.
The prospect of an irreparably centralized Internet, a physical Internet in the hands of a shrinking core of so-called Tier 1 transit networks, keeps Isaac Wilder up at night.
Wilder is the 21-year-old co-founder of the Free Network Foundation. Motherboard first caught up with Wilder at Zuccotti Park during the fledgling days of Occupy Wall Street.
Wat denken de lezers van dit idee van deze 21 jarige hacktivist. Zullen we ooit een volledig vrij wereldwijd internet kennen waarbij de fysieke infrastructuur in bezit is van de gewone mensen? En wat met 3d printing, zou er een model van deze masten kunnen worden gemaakt zodat dit soort punten overal gemakkelijk te printen zijn in de toekomst?
Je nieuwe elektronica gewoon downloaden en uitprinten is nu mogelijk geworden. Zonder dat er een gram metaal aan te pas komt, dankzij een doorbraak bereikt aan de vooraanstaande Engelse universiteit Cambridge.
Elektronica uit de printer
Het begon met drukken, ooit nog het domein van de weinige bedrijven met een offsetdrukpers. Nu voor de meesten mogelijk met een eigen inkjetprinter. Ook 3D printing wordt steeds populairder. Geen wonder. Een 3D printer kan een voorwerp laag voor laag afdrukken. Ideaal voor het maken van prototypes uiteraard. Niet voor niets maken industrieel ontwerpers hier veel gebruik van, maar je kan er ook andere dingen mee doen. Bonbons printen met chocolade, bijvoorbeeld. Ook elektronica kan je printen met speciale elektrisch geleidende inkt. Deze bevat geleidende polymeren, een soort plastic. Dat zonder een miljarden kostende fabriek.
Grafeen verstopte de printerkop
Er is alleen wel een probleem. Geprinte elektronica is veel slechter dan elektronica op basis van silicium, omdat het materiaal minder goed geleidt. Dat wil zeggen: tot nu toe, want Andrea Ferrari en zijn collega’s van Cambridge zijn er nu voor het eerst in geslaagd de geleidende polymeren te vervangen en/of te versterken met grafeen. Grafeen, een soort kippengaas van koolstofatomen waaruit grafiet bestaat, geleidt ongeveer even goed als metalen. Kortom: het ideale materiaal voor printbare elektronica. Helaas is het door hun vorm nogal moeilijk om vlokjes grafeen door een printkop te persen. Grafeen is een onregelmatig mengsel van kleine en grote vlokken. Grote vlokken verstoppen de printkop en, een groter probleem, verhinderen dat er kleine, regelmatige druppeltjes worden gevormd.
Eerste bruikbare grafeeninkt overtreft nu al bestaande elektronische inkten
Ferrari en zijn collega’s zijn er in geslaagd dit probleem op te lossen. Hierbij pellen ze met ultrageluid (in vaktaal: sonicatie) laagjes grafeen af van een blok grafiet en filteren ze, zodat de grootste stukken niet meer de printkop kunnen verstoppen. Vervolgens lossen ze de vlokken op in het oplosmiddel N-Methylpyrrolidone, of NMP, dat het beruchte koffieringeffect tegengaat. Bij het kofffieringeffect hoopt de inkt zich aan de rand op. Niet erg handig als je gevoelige elektronica print. Ook prettig is dat NMP niet erg giftig is. Als laatste stap werd de NMP met opgeloste grafeenvlokken in een printkop geplaatst. De onderzoekers printten een aantal circuits en dunne-film transistors.
Nu al blijkt de grafeen-inkt iets beter te scoren dan bestaande inkt. Let wel: dit is nog niet een uitontwikkeld product, dus reken maar dat dit nog veel beter gaat worden. Dit opent vooruitzichten naar volledig geprinte, flexibele en doorzichtige grafeen-gebaseerde apparaten op willekeurige ondergrond, aldus besluit Ferrari zijn artikel. Kan je straks in een printshop je grafeenkop laten bijvullen om dat heftige Bhutanese ontwerp voor een meditatielamp uit te printen? Dit kans zit er terdege in.
Techniek is de belangrijkste bepalende factor in de wereldgeschiedenis. Techniek bepaalt wat hulpbronnen zijn, want sterktes en wat zwaktes. Ook bepaalt techniek vrijwel geheel ons leven. Vandaar dat we hier de belangrijkste vraag beantwoorden: welke technieken staan ons te wachten?
Kunstmatige intelligentie zal in 2017 helemaal doorbreken. Of weerblij meemoeten zijn ofer een Terminator-scenario dreigt, AI zal een enorme impact op ons leven krijgen.
Kunstmatige intelligentie
2016 zag de doorbraak van kunstmatige intelligentie op -in veel gevallen- bovenmenselijk niveau. Het meest in de publiciteit kwam de vernietigende nederlaag van wereldkampioen go, Lee Sedol. Het Google-team achter de winnaar AlphaGo maakte gebruik van self-reinforcement. De kunstmatige intelligentie speelde tegen zichzelf en leerde zo zichzelf go. Dit is heel erg interessant en ook scary, omdat de AI geen hulp van menselijke programmeurs meer nodig heeft om te leren. In principe kan de kunstmatige intelligentie dan ook de taak krijgen zijn eigen algoritmes te verbeteren. Dit is het breakout-scenario, waardoor kunstmatige superintelligenties kunnen ontstaan. Naarmate kunstmatige intelligentie-algoritmes steeds efficiënter worden en hardware ook sneller en meer toegespitst op AI, zal hun leervermogen meer dan exponentieel toenemen. Verwacht daarom veel doorbraken in 2017, want zoals al eerder op Visionair besproken wordt de Wet van Moore nu vervangen door een nieuwe, veel krachtiger motoren: onder meer parallel processing en uitbreiding in de derde dimensie. Op veel deeltoepassingen zal AI menselijke taken overnemen, of nieuwe taken vervullen die nu buiten bereik van de mens liggen. Een verduizendvoudiging van de rekencapaciteit, wat parallelle processoren bereiken, staat gelijk aan tien tot vijftien jaar vervroeging van de voorspellingen van Kurzweil.
Zon nu goedkoopste bron van elektriciteit
In verschillende landen in de tropen en subtropen hebben aanbieders van zonne-energiecentrales aanbestedingen gewonnen. De reden: ook zonder een cent subsidie zijn hun centrales goedkoper dan kolen, gas en andere fossiele brandstoffen. Het gebied waarbinnen zon goedkoper is dan alle andere energiebronnen, is nu snel richting het noorden resp. zuiden aan het uitbreiden. De voornaamste bottleneck voor ontwikkeling van het armere deel van de wereld, energie, is nu snel aan het verdwijnen. Landen die nu nog zeer armoedig zijn, zoals Egypte, kunnen daarom binnen minder dan tien jaar het westerse welvaartspeil bereiken. Althans: als de corruptie en de bemoeizucht van ambtenaren en leger worden aangepakt. Verwacht daarom in 2017 een steeds verder instortende vraag naar fossiele brandstoffen. Dit geldt vooral voor steenkool en in mindere mate aardgas. Olie zal nog een paar jaar langer waardevol blijven, omdat de batterijtechnologie van elektrische auto’s wat achterblijft.
Cybersecurity en kwantumcomputers
Steeds meer apparaten worden aan internet geknoopt. Dat betekent dat internet steeds alomvattender wordt en allang niet meer een sooert geavanceerdcommunicatienetwerk is. Het is de backbone geworden van demoderne maatschappij. Dat betekentook dat dedreiging van hacking steeds belangrijker wordt. Spamruns vanaf slimme koelkasten of zelfrijdende auto’s,maar dan met een bende hackers achter het stuur. Het is reeds voorgekomen en komt steeds vaker voor. Cybersecurity wordt dus steeds meer een must. Nu er kwantumcomputers komen, zullen beveiligingstechnieken hierop aangepast moeten worden.
Kwantumcomputers werken niet met bits,maar met qubits, die elk één kwantumtoestand opslaan. Deze qubits zijn met elkaar verstrengeld, waardoor een kwantumcomputer vele berekeningen tegelijkertijd kan uitvoeren. Dat maakt in theorie kwantumcomputers duizenden malen sneller dan klassieke computers. Google maakt al gebruik van de D-Wave, die volgens sommige onderzoekers een kwantumcomputer is (andere twijfelen).
Bioprinters
Bioprinters, die nu het experimentele stadium aan het ontgroeien zijn, combineren 3D-printing met weefselkweek. Met behulp van stamcellen en een ondersteunende matrix ontstaat zo een orgaan, of wellicht in de verdere toekomst een compleet organisme. De stamcellen worden gestuurd door de matrix,delen zich en differentiëren naar een volwassen vorm.Op dit moment gaat de techniek nog niet veel verder dan relatief eenvoudige organen als botten en nieren, maar diverse onderzoeksgroepen werken al aan ambitieuzere projecten.
Cocaïne en antibiotica uit de printer? Uit de enkele tientallen chemische elementen worden er misschien zes of zeven zeer vaak gebruikt in de scheikunde: waterstof, zuurstof, koolstof, stikstof, zwavel, fosfor en wellicht chloor (een omstreden element vanwege de milieuproblemen met chloorverbindingen). In principe kan je daarom met een beperkt aantal basischemicaliën iedere denkbare verbinding maken, als je het reactieproces maar verandert. Dit is precies wat chemicus Leroy Cronin van de universiteit van het Schotse Glasgow gedaan heeft. Downloaden we straks van The Pirate Bay illegale bootlegs van dure medicijnen?
Chemische fabriek uit de 3D printer
Het idee van Cronins team is even visionair als simpel. Een 3D printer van nog geen 1600 euro print een chemische productielijn en spuit de chemicaliën op de juiste plaats in het circuit. Handig voor chemici die willen experimenteren met een nieuwe verbinding, maar uiteindelijk wordt zo iedereen met een computer en een 3D printer een chemicus. Scheikunde voor de massa. Kortom: je hoeft wellicht strakt niet meer naar de apotheek voor bepaalde medicijnen, maar kan ze zelf printen. Ideaal voor bijvoorbeeld astronauten, ruimtekolonisten of mensen die ver van de bewoonde wereld aan het werk zijn. Aan de andere kant, ook weer een totaal nieuw terrein voor de politie om in de gaten te houden. Wat als zieke geesten het ontwerp voor een LSD reactor, of nog erger, uploaden en dat aan de man brengen als een circuit voor een hoofdpijnpil?
De printer in actie plus schema van de reactiekamers. Bron: Nature Chemistry (zie bronnenlijst; er is nog meer)
Chemische inkt
Cronin en zijn collega’s gebruikten de open source 3D printer van het Fab@Home project, dat tot doel heeft zelffabricage in de huiskamer te brengen. Ze ontdekten dat een polymeergel die vaak in badkamers wordt gebruikt, kan worden gebruikt om reactiekamers en verbindingsbuisjes van alle denkbare groottes en vormen te printen. Nadat de kit hard is geworden, spuiten de printkoppen de chemicaliën, ‘chemische inkten’, in de reactiekamers. In principe kunnen de afmetingen van de reactor en de chemische ingrediënten om een bepaald product te maken, alle worden ontworpen en in dezelfde software blauwdruk worden opgenomen. Alles wat de gebruiker hoeft te doen is het te downloaden en naar de printer te sturen. De onderzoekers denken aan een online winkel waar je een chemische app voor een bepaalde pil kan downloaden en vervolgens in je eigen 3D-printer uit kan laten printen. Hier kan je ook een standaardset van chemische inkten bestellen. Potentiële gezondheidsgevaren omdat mensen in staat zijn hun eigen medicijnen of drugs te printen kunnen volgens Cronin worden geminimaliseerd. Zijn team schrijft alleen software voor specifieke eindproducten die lastig in andere reacties zijn om te zetten. “We zouden de reacties in het lab hebben uitgetest zodat niemand in staat is ze te hacken.”
Uiteraard is het wel mogelijk met enige chemische kennis zelf je eigen reactor voor bijvoorbeeld cocaïne te ontwerpen en uit te printen. Hier een chemische handleiding van erowid.org (Duits; 1923). U begrijpt, waarde lezer: hiervan beginnen de vingers van een droogstaande chemiegek flink te jeuken.
Reacties controleren door geometrie
Wie wel eens in new-age kringen heeft vertoefd wordt doodgegooid met Heilige Geometrie van een zekere Drunvalo Melchizedek en dergelijke. Welnu, ook reacties kunnen geometrisch beïnvloed worden. Cronin heeft om het principe aan te tonen een eenvoudig blok geprint, bestaande uit twee reactiekamers die met een centrale mengreactor zijn verbonden. Dit was voldoende voor eenvoudige anorganische en organische chemische reacties en om totaal nieuwe (overigens nutteloze) stoffen, complexe anorganische metaalverbindingen, te produceren. De onderzoekers voerden ook de (onder chemici) welbekende katalytische reductie van styreen (waar o.a. piepschuim van wordt gemaakt) uit. Hiervoor werden de katalysatoren op de wand van de reactiekamer geprint. Ook dit bleek aardig te gaan en nadat de geprinte reactiekamer wordt schoongemaakt, kan deze weer worden gebruikt. Door de chemicaliën in een verschillende volgorde met elkaar te mengen, en door de grootte en vorm van reactievaten aan te passen, kunnen totaal andere stoffen worden geproduceerd.
Fundamentele verandering
Cronin wijst er – terecht – op dat dit een radicale verandering betekent wat betreft de manier waarop scheikunde plaatsvindt. Niet langer zijn reageerbuisjes, erlenmeyers en bekerglazen passief, maar worden actieve onderdelen van de chemische reactie. Voor een chemisch technoloog waren ze dat uiteraard al – reactorontwerp is uiterst belangrijk in een chemisch productieproces. Nu komt dit dus ook naar het lab. Dit omdat de uitkomsten van een chemische reactie niet alleen afhangen van de beginingrediënten, maar ook hun onderlinge verhouding en de snelheid waarmee ze worden gemengd. Dit kan worden veranderd door de grootte van de reactiekamers en de afstanden die de chemicaliën moeten reizen te veranderen. Cronin denkt dat hierdoor totaal nieuwe chemische stoffen mogelijk worden: “Als je reactie niet loopt zoals de bedoeling is, dan verander je gewoon de reactor.”
Cronin toonde dit aan door een reactie te herhalen. Hij gebruikte dezelfde hoeveelheid beginmateriaal, maar programmeerde de printer zo dat deze de afmeting van de centrale mengkamer verkleinde. Alleen de reactanten die in de mengkamer terecht kwamen voordat deze vol raakte, namen deel aan de reactie. Voldoende om de producten van de reactie te veranderen. Kortom: geen ouderwets geknoei meer met flesjes en retorten. De mengkamers kunnen ook worden uitgerust met gloeispiralen (die kunnen worden geprint met elektrisch geleidende koolstofinkt) om ze te verwarmen.
Dierproeven niet meer nodig, reactiecontrole met een smartphone en brandgevaar
De mogelijkheid om organen te printen met een 3D printer bestaat al wat langer. Dit biedt een fascinerende mogelijkheid: de effecten van nieuwe medicijnen, bijvoorbeeld eiwitten, uittesten op geprinte organen. Cronin heeft nog meer plannen. Ook een ander onmisbaar accessoire uit de negentiende eeuw, de Bunsenbrander, kan worden vervangen door geprinte gloeispiralen van koolstof- of metaalinkt op bepaalde plekken, die in een magnetron (of door inductie uiteraard) verhit kunnen worden. Met doorzichtig materiaal kan er ook een venster in de reactiekamer geprint worden, waardoor de gebruiker – of een smartphone, waarin een app de camerabeelden analyseert – de voortgang van de reactie kan volgen. Er is wel een nadeel met de huidige opzet. Veel chemicaliën zijn explosief in combinatie met de zuurstof uit de lucht. Cronin had al te kampen met enkele explosies. HIj werkt nu aan een meer inert materiaal voor de reactiekamers, dat de reactiekamers goed afdicht.
Ontwerpen delen
Op dit moment werkt Cronins team aan een kit om de pijnstiller ibuprofen te printen. Immers, zelfs in de landen met de allerbelabberdste medische voorzieningen zijn mobieltjes wijdverspreid. 3D-printers zijn dat uiteraard wat minder, maar er zijn nu al projecten actief om 3D-printers te verspreiden in de derde wereld. Hierdoor kunnen mensen dingen als fietsonderdelen uitprinten, of zelfs complete fietsen, zie hier. De meeste medicijnen en schoonmaakmiddelen bestaan uit koolstof, waterstof en zuurstof, die ook in huid- tuin- en keukenmiddelen als maissiroop, glycerine en paraffine voorkomen. Ook kunnen niet-chemici zelf ontwerpen ontwikkelen en delen met chemici, bijvoorbeeld voor stoffen waar bedrijven nog niet aan hebben gedacht of die niet interessant voor ze zijn. Dit kan ok een uitkomst zijn voor de zogeheten orphan drugs. Dit zijn medicijnen die voor zeer zeldzame ziekten worden gemaakt. Patiënten kunnen straks deze medicijnen zelf produceren. Sommige chemici noemen dit een veelbelovende doorbraak, andere reageren sceptischer. Cronin zelf gelooft in ieder geval rotsvast in zijn idee: “Ik zie voor me dat jaren na nu, mensen medicijnen in hun 3D-printer thuis zullen fabriceren.”
Inderdaad. Deze doorbraak is een essentieel technisch hulpmiddel voor een gemeenschap van zelfvoorzienende mensen.
