21 sajandi uued tehnoloogiad ja nende omadused

From Wikiversity
Jump to navigation Jump to search

SISSEJUHATUS[edit]

Vaatamata mitmesugustele ratsionaalse tarbimise liikumistele, kannatab enamik inimestest asjade ostmise sõltuvuse all. Seetõttu on ettevõtted huvitatud tehnoloogia arendamisest, et toota oma tooteid kiiremini, odavamalt ning parema kvaliteediga, suurendades sellega oma kasumit.

Tänapäeval hõivab infotehnoloogia suurt kohta massiteadvuses. Tarbijad hoolivad sellest, millise nutitelefoni mudeli Apple väljastab selle sügisel, millist ekraani eraldusvõimet omab uus Samsungi teler ja millega üllatavad meid uued Bose kõrvaklapid. Peaaegu igal perel on vähemalt üks arvuti ning kolmandal sünnipäeval (kui mitte varem) saavad lapsed oma esimese tahvelarvuti.

Samas infotehnoloogia kõrval on ka teisi palju huvitavamaid ja kasulikumaid tehnoloogiatööstusi. Üha enam kasvab meelelahutuse järele nõudlust, mis paneb teadlasi ning ettevõtjad mõtelda välja kuidas kaasaegset tehnoloogiat paremini rakendada ajaviides (näiteks simulatsioonid). Leiutajad otsivad ka lahendused, kuidas luua masinaid, mis aitaks meile igapäevases elus (näiteks mehitamata sõidukid).

Olulises kohas on meditsiinilise ja teadluskonna tehnoloogiate arendamine. Inimeste tervise uurimiseks luuakse üha täpsemaid aparaate. Andes uuringute jaoks proove, saad vastuse mõne tunni pärast. Seadmete täpsus suureneb ja sellest tulenevalt väheneb valetulemuste arv. Luuakse ka robotkirurge. Amputeeritud jäset on võimalik asendada innovatiivse bioonilise jäsemetega, mille tarkvara võimaldab juhtida liigutusi "mõttega".

Simulatsioonid[edit]

Simuleerimine on süsteemi imiteerimine matemaatilise mudeli abil ja seda kasutatakse süsteemi toimimise vaatlemiseks. See on võrdlemisi uus valdkond, sest alles 21. sajandil tulid arvutid, millega oli võimalik ka keerulisemaid süsteeme simuleerida.
Tänapäeval võib iga inimene oma kodu arvutis või telefonis simuleerida keerukaid süsteeme.
Paljud inimesed simuleerivad oma kodu arvutis gravitatsiooni, makrofüüsikat ja ka valgusosakeste liikumist reaalajas meelelahutuseks. 50 aastat tagasi suudeti simuleerida meelelahutuseks vaid 3D keskkonda tekstuuridega.
Tänu arvutite kiirele arengule on simulatsioonide kaudu info kogumine ahvatlevam ka teadusasutustele ja ettevõtetele. Simulatsioonide kaudu uuritakse erinevaid teooriaid ja mõeldakse välja uusi lahendusi. Järgnevates alapunktides on toodud välja mõned projektid, mis kasutavad simulatsioone.

Aju töö simuleerimine[edit]

Avatud lähtekoodiga tarkvara Open Worm, otsetõlkes “avatud uss”, on tarkvara projekt mille peamiseks eesmärgiks on luua esimene virtuaalne organism arvutis. Organismiks on nad võtnud varbussi ehk Caenorhabditis elegans, kes kuulub ümarusside hõimkonda, on umbes millimeetri pikkune ja on üks lihtsaim närvirakkudega organism. Valik oli selline, sest täiskasvanud mõlemasoolisel ussil on keskmiselt 959 rakku, millest umbes 300 on närvirakud. Kuigi rakke on vähe, suudab uss teha ära baasülesanded – leida kaaslasi, muneda, vältida ohte ja roomata. Lisaks on nad ka põhjalikult teadlaste poolt uuritud ja genoom on sekveneeritud. Esimeseks etappiks on tiimil luua simulatsioon, mis jäljendab võimalikult täpselt varbussi roomamist. Seda tehakse erinevates programmeerimise keeltes, näiteks Python ja C++, panustada saab ka näiteks Java keele tundjad, sest projekt on mitmekülgne ja nõuab erinevaid teadmisi.

DNA ja proteiinide simuleerimine[edit]

Erinevad töörühmad üle maailma tegelevad DNA uurimisega, kasutades selleks ka arvuteid, sest mikroskoope, mis näitaksid DNAd piisava täpsusega, veel ei ole. DNA uurimiseks kasutavad simulatsioone näiteks Los Alamose riikliku labori teadlased. 2019 aastal tegid nad seni suurima simulatsiooni DNA ühest geenist. Projekti eesmärgiks on teadlastel õppida tundma geenide sisse ja väljalülitumist, mis on oluline tegur erinevate haiguste avaldumisel.
Ameerika Ühendriikide ja Jaapani teadlaste koostöös on valminud simulatsioon, mis leidis DNAle üle miljoni alternatiivi. Kuigi alternatiive ei saa päriselt DNA nimetusega nimetada, need on teised nukleiinhapped, millel võivad olla DNAle sarnased omadused. Selline avastus annab aga teadlastele parema ülevaate evolutsioonist – ka evolutsiooni käigus võisid tekkida sellised ühendid, kuid need ei jäänud kestma.
Kõikidel inimestel, kellel on arvuti ressurssi üle on võimalik panustada proteiinide simulatsiooni Folding@home projekti raames. Selleks tuleb nende kodulehelt alla laadida tarkvara, mis muude asjade taustal, ei ole pidevalt ees, saab teha projektile vajalikke arvutusi. Saab muuta ka kui palju arvuti võimsusest tarkvara kasutab, et inimestel oleks võimalus kasutada oma arvutit soovitud mahus, kuid arvutis lihtsamaid töid tehes võib taustal käia palju arvutusi, ilma et arvuti kokku jookseks.

Galaktikate simuleerimine[edit]

Illustrise simulatsioon on loodud mõistmaks paremini universumit. Simulatsioonis genereeritakse võimalikult realistlikud galaktikad ja võrreldakse neid vaadeldud galaktikatega, et mõista, kui täpsed on inimkonna arusaamad galaktikate tekkest ja arengust. Soovitakse mõista ka paremini tumeainet ja loodetakse teha uusi fundamentaalseid avastusi üldiselt universumi kohta. Projekt hõlmab ka simulatsiooni Suurest Paugust tänapäevani, mida on hea kasutada õppematerjalidena ka koolides, sest loob visuaalse kujutuse õpilasele.

Mängude simuleerimine[edit]

DeepMind Technologies on 2010. aastal asutatud firma, mis tegeleb tehisintellekti arendamisega. Peamiselt on nad kasutanud simulatsioone, et masinõppega õpiks programm mängima seni arvutitele võitmatuks jäänud mänge. Arvutile antakse mängu reeglid ja pannakse enda vastu mängima. Iga mäng on eelmisega võrreldes keerulisem, sest igast mängust arvuti õpib midagi. Tavaliselt ühele programmile antakse üks mäng mida õppida. Näiteks üks nende programm, AlphaGo on võitnud maailmatasemel mängijaid mängus Go. Mäng on näiteks malest keerulisem, sest mängu skoori on raske hinnata, käike on rohkem ja strateegia on väga oluline. AlphaStar on DeepMind firma poolt arendatud programm mängimaks reaalajas jooksvat strateegia mängu StarCraft II. Esmalt õppis programm mängude vaatamisega, edasi mängis iseenda vastu. Programmi väljakuulutamisel aastal 2019 oli sellel kogemust, mis on võrdne 200 aasta mänguajaga. Esimesed mängud inimeste vastu programm võitis, kaotas siis, kui mänguplatsi nägemisraadius tehti inimeste omaga sarnasemaks, sest inimesed peavad liigutama hiirt, et näha erinevaid kohti. Sellegipoolest arendatakse tarkvara edasi, lastes suvalistel inimestel selle vastu mängida.


Mehitamata sõidukid[edit]

Mehitamata sõiduk ehk robot mobile on automaatjuhtimissüsteemiga varustatud sõiduk, mida saab tänu spetsiaalsele tarkvarale ja anduritele liigutada ilma inimese sekkumiseta. Tarkvara haldab kõigi sõiduki süsteemide tööd: rooli pööramist, käikude vahetamist, gaasi ja piduri. Andurid koguvad auto töötamiseks vajalikku informatsiooni keskkonna kohta.
Esimesed eksperimendid mehitamata sõidukite loomiseks algasid 1920. aastate paiku, kuid selliste autode esimesed prototüübid ilmusid 1980. aastatel. Suuna arendamiseks andis tugeva tõuke DARPA Grand Challenge - USA valitsuse poolt toetatud robotautode võistlus, mille eesmärk oli luua täielikult autonoomsed sõidukid. 2004. aastal korraldati esimene võistlus, mille peavõidu fond oli miljon dollarit, kuid ükski 15 võistkonnast ei saanud hakkama. Üks osalejatest, Chris Urmson, sai hiljem Google'i mehitamata sõidukite arendajaks ning asutas hiljem oma ettevõtte Aurora, mis loob ka autonoomset sõidutehnoloogiat. USA suurimad mehitamata sõidukitega tegelevad ettevõtted on Waymo, GM Cruise, Uber ja Aptiv.

Waymo One[edit]

2009. aastal käivitas Google uue isesõitva auto projekti (Self-Driving Car Project). 2010. aastal testis Google mitmeid autosid, mis olid varustatud nende süsteemiga (näiteks lidarid, radarid, tarkvara) Nemad väitsid, et nende proovi auto sõitis täiesti autonoomselt umbes 160 kilomeetrit. 2012. aastal ületas teekond 480 kilomeetri. 2015. aastal sõitis esimest korda Steven Mahan Austinis avalikel teedel Google robotmasinaga. 2016. aastal projekt eraldati Googlest ning uue firma nimeks sai Waymo. 2017. aastal toodeti esimene auto (mahtuniversaal Chrysler Pacifica Hybrid) masstootmise platvormil. Auto on koos Waymoga välja töötatud täielikult integreeritud riist- ning tarkvarakomplektiga. 2019. aastal kasvas Waymo One juhtimiseta autojuhtideta reiside arv.

Autoautonoomsuse tased[edit]

Autoinseneride liidu (SAE) välja töötatud klassifikatsiooni järgi on olemas 6 taset autoautonoomsust:
Tase 0. automaatikat pole, autojuht teeb kogu tööd ise.
1. tase: "juhi abi". Autojuht ja süsteem juhivad autot koos. Näide: püsikiiruse regulaator, kui juht määrab kiiruse, aga süsteem säilitab valitud kiiruse.
2. tase: "osaline automatiseerimine". Süsteem kontrollib täielikult autot, viies läbi kiirenduse, pidurdamise ja ruleerimise. Autojuht jälgib olukorda ning on iga hetk valmis sekkuma, kui süsteemil ei õnnestu õigesti reageerida. Tihtipeale, sellised süsteemid nõuavad juhilt käe hoidmist roolil, mis kinnitab sekkumisvalmidust.
3. tase: „tingimuslik automatiseerimine“. Süsteem ise reageerib olukordadele ja teeb otsuse. Vajadusel peab juht siiski sekkuma.
4. tase: "lai automatiseerimine". See erineb 3. tasemest selle poolest, et autojuhilt ei oodatakse pidevat tähelepanu. Näiteks ta võib minna magama või lahkuda juhiistmelt. Täisautomaatne sõit toimub ainult mõnes ruumipiirkonnas või mõnes olukorras, näiteks liiklusummikutes.
5. tase: "täisautomaatika". Inimeste sekkumine pole vajalik. Autol pole rooli, pedaale, automaatkäigukasti jne.
Mehitamata sõidukitel on kahtlemata palju eeliseid. Näiteks tõhusam kütusekulu, suhteline ohutus, aja kokkuhoid, isikliku sõiduki kasutamise võimalus sõltumata piirangutest (vanus, tervis, juhiloa puudumine), kaupade transportimine inimestele rasketes tingimustes ja palju muud.

Positiivsed ja negatiivsed aspektid[edit]

Puudustest võib välja tuua näiteks juhtimisvõime kaotamine, sõiduki hind, küberohud. Robotautodel võib esineda sarnaseid küberturvalisuse probleeme, nagu tavapärastel arvutitel. Mis omakorda võib ohustada nii liiklejate füüsilist turvalisust, kui ka omanike privaatsust. Näiteks, suureks ohuks võib arvata ebaõigete navigatsioonisignaalide või ohutussõnumite edastamine sõidukitele, mis võivad põhjustada autode vale reaktsioone.

Tõsised puudused on ka lahendamata moraalsed, eetilised ja juriidilised probleemid. Lahendamata küsimusena jääb kriitilistes olukordades tegutsemine või tegevusetus. Näiteks mida peaks autopiloot valima, kui ilmub ootamatul teel laps, kas sõita otse edasi ja üks inimene sureb või keerata rajalt maha ja seada reisijad ja muud liiklejad ohtu? Milliseid andmeid tuleks arvestusele võtta? Vanus, sugu, sotsiaalne seisund (kodutud), ohvrite arv, liigid, liikluseeskirjade rikkumine (inimene ületab tee ilma ülekäigurajata) jne.
Lisaks on vaja määrata seaduslikult kasutajate ja tootjate vastutused. Tuleb kindlaks määrata kus lõpeb tootja vastutus ja algab kasutaja vastutus. Millist karistust saab õnnetuse korral? Rahatrahv või ettevõtte töötajat ootab kriminaalkaristus?  

Tehnoloogia meditsiinis[edit]

Vanadest aegadest teadlased olid huvitatud inimeste tervis ning meditsiinis. 20. sajand tõi meditsiinis palju avastusi, mis parandasid inimese elu kvaliteeti ja pikendasid eluiga. 21. sajand tõi aga meditsiini valdkonnas veelgi uskumatumaid avastusi, millest paarkümmend aastat tagasi kirjutati ainult ulmeromaanides ja patsiendid ise võisid neist ainult unistada. Vaatamata sellel, et paljud neist avastustest ootavad sisenemist kliinilises praktikas, ei kuulu nad kontseptuaalsete arengute kategooriasse, vaid on tegelikult töötavad seadmed. Kuigi meditsiinipraktikas neid veel laialdaselt ei kasutata, annavad nad lootus terve inimkonnale.

Open Bionics[edit]

Üks paljudest on bioonilised jäsemed. 2014. aastal asutasid Joel Gibbard ja Samantha Payne Open Bionics. Hämmastava meeskonna ja erinevate kogukondade toel alustavad nad uut bioonilist ajastut, luues ebatavalisi, kuid samal ajal taskukohaseid bioonilisi käed - Hero Arm. 2017. aastal läbi viidud edukalt esimesed kliinilised uuringud, millest võttis osa 7 last. Ettevõte loob bioonilised käed 3D-printeril. Sellise käe hind on vaid 7 tuhat euro ning selle loomine võtab umbes ühe päeva. Praeguseks kogus Open Bionics investeerijatelt enam kui 5,9 miljonit dollarit, mis võimaldab ettevõttel oma tegevust jätkata.
Nende bioonilised käed on varustatud suure jõudlusega mootorite, täiustatud tarkvara ja kauakestvate akudega. Lisaks suhtelisele odavusele Hero arm on stiilne ja kerge. Ettevõte teeb koostööd Disneyga, et töötada välja Star Wars, Marveli ja Frozen universumite stiilis huvitavaid käe katteid. Kõik need ja muud eelised aitavad inimestel, eriti lastel tunda ennast parem ning elada huvitavam ja iseseisvam elusid.
Vaadates eetilisest vaatepunktist, näivad paljudele bioonilised jäsemed ideaalsetena. Pikemas perspektiivis annavad nad inimkonnale lootus unustada puudest tingitud piirangutest. Inimesed enam ei kannata, nad ei kogene depressiooni, kuna keha piirab nende soove. Aga tuleb mitte unustada tootjate vastutust. Edusammudega võivad tulla uued probleemid. Äri jääb äri ja mingil hetkel võivad ettevõtjad hakata oma kaupa müüma neile, kes seda tegelikult ei vaja. Näiteks võib hästi kavandatud reklaam sundida inimesi uue tehnoloogia kasuks loobuma oma bioloogilistest jäsemetest. See võib tunduda absurdne, kuid maailm muutub uskumatu kiirusega ja meie olevikust saab varsti kauge minevik.

Neuralink[edit]

Veel üks huvitav ja lootustandev leiutis on siirdatav neuro-arvuti liides (edaspidi SNAL) Neuralink. Neuralink on Ameerika närvitehnoloogia ettevõte, mille asutas 2016. aastal Elon Musk. Oma projekti esitluses väidab Ilon, et nende toode võib aidata neuroloogilisi patsiente. Näiteks inimesed, kes põevad selliseid haigusi nagu bipolaarne häire, epilepsia, Parkinsoni tõbi, jne. Samuti võib siirdatav neuro-arvuti liides aidata täielikult või osaliselt halvatud patsiente.
SNAL koosneb kolmest põhikomponendist: ülikergetest polümeersondidest, neurokirurgilisest robotist ja spetsialiseeritud suure tihedusega elektroonikast. Erinevalt alternatiivsetest leiutistest on Neuralinki sondid väiksemad (4–6 μm) ja sisaldavad rohkem elektroode (32). Selliste väikeste niitide implanteerimiseks loodi spetsiaalse neurokirurgilise roboti. Nimetatud robot võimaldab paigaldada sonde teatud ajupiirkondadesse täpsusega 10 mikromeetrit (μm) ja vältida veresoonte vigastusi. Vastavalt ametliku dokumentatsioonile oli edukalt paigaldatud 87,1 ± 12,6% sondidest 19 operatsioonide käigus, mis oli läbiviidut näriliste peal. Implantaadi paigaldamine võttab umbes 45 minutit ja nagu ütles Elon Musk, ei vaja tulevikus antud operatsiooni läbiviimine patsiendi hospitaliseerimist.
SNAL Neuralinki pole valmis kliiniliseks kasutamiseks, kuid tehnoloogiliste probleemide lahendades, võimaldab antud leiutis parandada patsientide elukvaliteedi. Näiteks seljaaju vigastusega patsient saab suhelda digitaalse hiire või klaviatuuri abil. Antud SNAL kombinatsioonis selgroo stimulatsiooniga võib tulevikus taastada patsiendi motoorseid funktsioone.
Neurotehnoloogiate, näiteks sama SNAL kasutamisel võivad tekkida eetilised probleemid. SNAL Neuralink tegeleb informatsiooni sisend-väljundiga ja plaanib kasutada traadita andmeedastussüsteeme, mida teoreetiliselt saab kasutada ebaeetilistel eesmärkidel. Näiteks võib patsientile edastada vajalikke ideid, mõtteid, arvamusi. Samuti ei saa paljud inimesed oma mõtteid kontrollida ning need võivad sattuda kuritegijatele.

3D-tööstus[edit]

3D-tööstus on 3D-printerite loomine ja kasutamine - seadmed, mis teostavad 3D-printimist. Idee ja 3D-printimise teostamise võimalus, see tähendab kolmemõõtmeliste objektide kihtide kaupa rekonstrueerimine nende arvutimudelite põhjal, tekkis eelmise sajandi teisel poolel. Kuid alles null-aastate alguses võimaldas arvuti ja sellega seotud tehnoloogia arendamine selle praktilist ja massilist rakendamist. Täna on 3D-tööstus alles kujunemisjärgus, kui hinnata selle kogupanust maailmamajandusse. Kuid selle saavutused ja kasvuväljavaated (50–150% aastas) on muljetavaldavad. Siin on mõned tüüpilised näited. 3D-tehnoloogiaid hakatakse laialdaselt kasutama kiireks "prototüüpimiseks", see tähendab uute innovaatiliste seadmete, hoonete ja konstruktsioonide, ehete, pakendikujunduse, implantaatide ja palju muu jaoks väljatöötatud näidiste sõlmede ja seadmete prototüüpide loomiseks. See võimaldab teil radikaalselt vähendada lõpptoote tootmiskulusid, suurendada selle konkurentsivõimet. Näiteks kasutasid PORSHE insenerid oma autodele uue ülekandekujunduse loomiseks 3D-tehnoloogiat - läbipaistvast materjalist ülekandeprototüüp võimaldas visuaalselt kontrollida selle seadme õlivoolu ja teha vajalikke muudatusi selle töö optimeerimiseks. 3D-tehnoloogiaid kasutatakse reaalajasüsteemide osade tootmiseks. Näiteks Lockheed kasutas oma Polecat mehitamata õhusõidukite tootmisel 3D-printimistehnoloogiat, et toota suurem osa oma komponentidest (kuni 70%). 3D-tehnoloogiad on väikesemahulises tootmises hädavajalikud, kuna need ei nõua spetsiaalsete tootmisliinide loomist, mille kulusid ei saa väikestes sarjades tagasi teenida.
3D-tehnoloogiaid on meditsiinis laialdaselt kasutatud proteesimisel ja implantaatide (luustiku, luude, kõhre, hambakroonide, sildade) tootmisel. Käimas on katsed tüvirakke sisaldavatest materjalidest doonororganite printimiseks. Selle probleemi lahendus muudab radikaalselt olukorda transplantoloogias, mis on Eesti jaoks eriti oluline.
Meditsiinis kasutatavat 3D-printerit kasutas kiirtehnoloogia keskuse Shanghai teadlane, et printida kehasse siirdatud tehisveresoone, mis mängivad tavalistega sama rolli. Need on üsna tugevad ja elastsed, rakkudega üle kasvanud ja on uute laevade moodustumise aluseks.
Südame-veresoonkonna haigused on alati olnud üks peamisi surmapõhjuseid, sest 3D-printerite kasutamist meditsiinis, teadlaste katseid ravimeetodeid täiustada on alati kõrgelt hinnatud. USA-s Florida osariigis tehti nelja-aastasele tüdrukule südameoperatsioon. Arst suutis lapse päästa, printides tema südamemudeli, mille loomiseks pöördusid nad professionaalsete 3D-printerite tootja Stratasys poole.
Kuid Feinsteini meditsiiniliste uuringute instituudi teadlased otsustasid tõestada, et ka 3D-bioprindid muutuvad peagi tavaliseks ning kasutades MakerBot PLA, trükiti hingetoru.
Meditsiin on valdkond, kus 3D-printerite kasutamine muudab saavutused kõige olulisemaks ja kättesaadavamaks kõigile elanikkonna osadele ja ka arstidele endile, kellel puudub meditsiinivarustus.
3D-tehnoloogiat saab kasutada ehituses. Katsed näitasid, et kahekorruseline maja ehitatakse kõigest kahekümne tunniga, misjärel jääb üle vaid sisekujunduse teostamine, akende ja uste paigaldamine.
3D-tehnoloogiad on kaasatud igapäevaellu. Kodused 3D-printerid on juba müügile ilmunud. Võimalik, et lähitulevikus muutuvad need sama tavaliseks kui koduarvutid.
Ülaltoodud näited ei kao kaugeltki 3D-printimise kasutamise võimalusi, mis laienevad iga aastaga. Läänes väljendatakse seisukohta, et 3D-tehnoloogiate arendamisel võivad olla negatiivsed sotsiaalsed ja poliitilised tagajärjed. Fakt on see, et 3D-printimise laialdane kasutamine võib põhjustada kõrge kvalifikatsiooniga töötajate töötuse järsku suurenemist, samuti võib radikaalselt muuta paljude ettevõtete kodumaist majandust, pannes nad hävingu äärele.  

Kasutatud allikad[edit]

  1. https://waymo.com/waymo-one/
  2. https://www.sae.org/news/2014/11/cybersecurity-for-robot-cars
  3. https://en.wikipedia.org/wiki/Self-driving_car#Classification
  4. https://www.itu.int/en/ITU-T/extcoop/cits/Documents/Meeting-20190308-Geneva/09_SAE_Update-on-Global-Ground-Vehicle-Standards.pdf
  5. https://openbionics.com/hero-arm/
  6. https://www.eahsn.org/funding/2017/11/open-bionics-receives-funding-sbri-healthcare/
  7. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/703801v4
  8. https://www.youtube.com/watch?v=r-vbh3t7WVI&feature=youtu.be
  9. http://docs.openworm.org/en/0.9/
  10. http://openworm.org/media.html
  11. http://eestiloodus.horisont.ee/artikkel356_347.html
  12. https://phys.org/news/2019-04-scientists-billion-atom-biomolecular-simulation.html
  13. https://www.extremetech.com/extreme/301888-researchers-find-more-than-1-million-alternatives-to-dna
  14. https://foldingathome.org/
  15. https://www.illustris-project.org/
  16. https://deepmind.com/