30.03.2007, 00:00
Tänavused parimad noored novaatorid
Igal aastal koostab ajakiri Technology Review nimekirja 35st
alla 35aastasest teadlasest, programmeerijast ja insenerist, kes oma
igapäevatöös tegelevad tulevikutehnoloogiatega. Need on noored,
kelle saavutustest võidab kogu teadusharu – nagu näiteks
neurobioloog, kes töötab välja meetodit üksikute
närvirakkude “sisselülitamiseks” vastavalt vajadusele;
keemik, kes loob uudse toimemehhanismiga valgupõhiseid medikamente;
elektroonik, kelle ehitatud seadmed venivad nagu kummipael; neuroloog, kes
dešifreerib aju signaale, või insener, kes puhastab nanoosakeste
abil kahjulikke jäätmeid. Kaks tegijat sellest nimistust
pälvivad eriauhinna: Aasta Novaator on veebilehekülgede
süstematiseerimise populaarseks muutnud Joshua Schachter, Aasta Heategija
on aga Christina Galitsky, kes väsimatult võitleb kasulike
tehnoloogiate kättesaadavuse eest maailma kõige vaesemates
piirkondades.
Toome teieni neist mõnede huvitavamate noorteadlaste saavutused.
Aasta innovaator
Joshua Schachter, 32
Del.icio.us (Yahoo)
Kuidas panna üksikisikute erahuvi tööle ühise eesmärgi nimel – interneti süstematiseerimiseks
James Surowiecki
Aastal 2001 oli püsimatu loomuga kvantitatiivanalüütik Wall Streetilt Joshua Schachter murelik. 1990. aastate lõpul oli ta loonud veebikülje Memepool, mis tegelikult polnud midagi muud kui tema meelest huvitavate või kasulike linkide nimekiri. Aeg läks ja sedamööda, kuidas Memepooli kasutajad hakkasid saatma omi linke, mis nende arvates väärisid saidil jäädvustamist, kasvas Schachteri järjehoidjate kogu rohkem kui 20 000ni. See oli liig mis tahes kaustasüsteemi jaoks. Et kaoses mingitki korda luua, kirjutas Schachter programmi nimega Muxway, mis varustas kõik lingid lühikese märgendi või võtmesõnaga – nii sai ta näiteks korraga üles leida kõik saidid, mis kandsid märgendit “Wifi” või “matemaatika”.
Schachteri huvitavate linkide kogu leidis pidevalt uusi külastajaid, ainult et nüüd oli see tänu Muxwayle märgendite kaupa süstematiseeritud. Üsna varsti kasvas liiklus tema leheküljel 10 000 külastuseni päevas. Schachter mõistis, et hoolimata interneti infouputusest (või ehk just selle tõttu) valitseb kasutajate meelest ikkagi heade linkide puudus ja nad tahavad vägagi teada, milliseid saite teised inimesed hindavad. Samuti arvas ta, et kui märgendamisest oli kasu temale, siis võib see aidata ka kõikidel teistel järjehoidjate hoidmist ja leidmist lihtsustada. Sellest innustust saanud, kirjutas ta Muxway ümber ja avas selle 2003. aastal veebikülje del.icio.us kujul. Paari aastaga leidis del.icio.us sadu tuhandeid kasutajaid ja kujunes üksikkasutajate isikliku info korrastamise vahendist kogu internetti süstematiseerivaks rakenduseks. Nüüd kasutatakse seda sageli kui näidet niinimetatud Web 2.0 tööpõhimõttest – süsteemist, milles veebikülgede ja onlain-rakenduste peamine väärtus luuakse kasutajate tegevusega.
Sisuliselt on del.icio.us’i järjehoidjasüsteem koht, kus hoida kõiki neid linke, mis ei mahu isiklikku lemmikutekausta. Menukaks kujunes see aga sellepärast, et lubab kõikidel teha seda, mida Muxway lubas teha Schachteril endal – mitte lihtsalt pidada lingikogu, vaid ka seda süstematiseerida. Internetis ringi kolades võivad kasutajad nüüd märgendada huvipakkuvaid lehekülgi mis tahes sõnaga ja del.icio.us peab need kõik meeles.
“Järjehoidjaid kasutatakse kahel põhjusel: emb-kumb, kas konkreet set külge võib edaspidi veel vaja minna või siis ei jõuta seda praegu lugeda, aga tahetakse lugeda hiljem,” selgitab Schachter. “Küsimus on selles, kuidas kõiki neid kuhjuvaid järjehoidjaid hallata. Probleem taandub tegelikult mälule ja info ülesleidmisele sealt ning tehnilistele lahendustele, millega muuta mälu paremini mastaabitavaks.”
Schachter vältis teadlikult märgendamissüsteemi kasutajatele reeglite pealesurumist. Ta teadis, et sellest poleks mingit kasu: “Kui ma hakkaksin kellelegi seletama, et kuule, sa ei tohi seda märgendit niimoodi kasutada, siis nad saadaksid mu lihtsalt persse,” ütleb ta.
Samuti mõistis ta, et kui kõik saavad kasutada tema ettekirjutatud menüüvalikute asemel oma isiklikke võtmesõnu, siis on neile kogu asjast hoopis rohkem praktilist abi. Iga del.icio.us’i kasutaja loob tegelikult oma ainulaadse interneti klassifitseerimise süsteemi: nii näiteks võib üks inimene märgendada Dallas Mavericksi võistkonna omanikust Mark Cubanist rääkiva artikli sõnaga “Mavericks”, teine sõnaga “napakas” ja kolmas “Mavericks” ja “napakas”. (Del.icio.us laseb kasutajatel siduda iga veebiküljega nii mitu võtmesõna, kui keegi tahab.) “Kui inimene tahab mingit lehekülge hiljem üles leida, siis peab ta saama kasutada omaenda märksõnu, mitte kellegi teise omi,” ütleb Schachter.
Kui praeguseks on del.icio.us’ist saanud kollektiivne interneti süstematiseerimise vahend, siis alguses oli tegu märksa vähenõudlikuma projektiga. Esmalt oli see mõeldud üksnes kasutajate isikliku info haldamiseks. “Et süsteem oleks edukas, peavad kasutajad tundma, et see on neile otseselt kasulik,” räägib Schachter. “Kui mingi rakenduse väärtus sõltub ainult kasutajate hulgast, siis on seda hulka raske kokku saada, sest inimesel puudub stiimul toodet esimesena kasutada. Ideaaljuhul on süsteem vajalik juba esimesele kasutajale.”
Siin peitubki del.icio.us’i erinevus nn võrgulisele välismõjule (network externality) toetuvatest süsteemidest, mis on väärtuslikud ainult siis, kui neil on palju kasutajaid. Väga raske oli leida esimest ostjat faksiaparaadile, sest faksist pole mingit abi, kui see on olemas ainult ühel inimesel. Ent del.icio.us töötas juba üheainsa kasutajaga, kelleks oli Schachter ise.
Läks nii, et väga paljud leidsid del.icio.us’i olevat kasuliku esimesest hetkest, mis kindlustas sellele tõelise rohujuuretasandil läbimurde. Schachter pole oma toodet ei reklaaminud ega turundanud. Ent sait osutus nii edukaks, et 2005. aastal loobus ta palgatööst Morgan Stanleys, hankis investoritelt vajaliku raha ja vormistas del.icio.us’i iseseisvaks ettevõtteks. Vähem kui aasta hiljem ostis selle Yahoo!, mille kasutajagruppide divisjonis Schachter sestsaadik juhib täiskohaga enda loodud saiti.
Schachteri esialgne üksikkasutajale suunatud fookus pole kuhugi kadunud ja on del.icio.us’i ideest lahutamatu. Ent aina uute kasutajate lisandumisega kaasnes üks huvitav tagajärg: üheskoos moodustasid üksikkasutajate märgendid veebikülgede klassifitseerimiseks sobiva süsteemi. Esmapilgul tundub, et del.icio.us ei saa millekski selliseks kõlvata, sest iga inimene kasutab oma isiklikke võtmesõnu ja süsteemil puudub kõrgemalseisev korrapidaja. Kuid administraatori puudumisele vaatamata on süsteemi kasutajate eraviisilise tegevuse saadus üllatavalt hästi organiseeritud – ja üllatavalt tark. Mis tähendab, et kui otsida del.icio.us’ist konkreetse märksõnaga tähistatud saite, on tulemuseks silmapaistval t asjalik – ja tasakaalustatud – allikate nimekiri. Teisisõnu – ehkki del.icio.us ei vajanud suurt arvu kasutajaid, et olla kasulik, andis suur kasutajate hulk sellele hoopis uutmoodi väärtuse. Pooljuhuslikult selgus, et tegu on suurepärase orienteerumisvahendiga interneti jaoks.
Del.icio.us’i kasutajad on olnud kaasosalised – võimalik, et täiesti ebateadlikult – tehnobloger Thomas Vander Wal’i väljendit kasutades folksonoomia ehk paindliku, kasutajate valikutest orgaaniliselt tekkinud süsteemi loomises. Sellise süsteemi alternatiiv on kõigile ammu tuntud normatiivne, hierarhiline organisatsioon, mida internetiteoreetik Clay Shirky on nimetanud “ontoloogiliseks”.
Sellise liigituse hea näide on Dewey kümnendsüsteem: kõikidel objektidel on hierarhilises organisatsioonis oma kindel koht ja kõiki objekte määratletakse ainult ühel viisil – konkreetsel raamatul on raamatukogus üks kindel asukoht. Seevastu “folksonoomias” on määratlused hägusamad. Del.icio.us’i süsteemis on ühel veebilehel palju eri võtmesõnu, mis tihtipeale pole omavahel kuidagi seotud, ning puudub normatiivsus. Veebileheküljed ei paikne seega igaüks ühes kindlas loetelus, vaid paljudes, ja vahel ka mõnes üsna ootamatus kohas. Niisiis on “folksonoomiad” segasemad kui “ontoloogiad”.
Ent nagu del.icio.us on näidanud, kaaluvad folksonoomiate plussid üles nende miinused.
Esiteks on folksonoomiad dünaamilised, mitte staatilised. Veebifolksonoomia võimaldab sisu vastavalt kasutajate huvide muutumisele ümber liigitada. Mõni täna huvi pakkuv teaduslik artikkel võib olla sama huvitav kümne aasta pärast, kuid põhjus, miks see inimestele korda läheb, võib siis juba olla hoopis teine. Traditsiooniline klassifikatsioon jääb niisugustel puhkudel hätta – kui objekti sisu on seal kord juba määratletud, siis kehtib see määratlus igavesti. Folksonoomias toimub ümberliigitamine peaaegu automaatselt – näiteks sel teel, et kasutajad hakkavad artiklit märgendama teistsuguste, ajakohasemate märksõnadega. Samuti kajastavad veebifolksonoomiad paremini saitide mitmetähenduslikkust ja eri kasutusvõimalusi, kuna võtmesõnade tähendusele ei seata siin mingeid piire. Omamoodi kasulik on teada, et paljud inimesed on märgendanud Mark Cubanit puudutavad kirjutised lisaks teistele olulisi asjaolusid tähistavatele sõnadele ka sõnaga “napakas”.
Kõigele lisaks on folksonoomiad odavad. Kujutlege, kui palju aega ja tööd võtaks tavapärase organiseerimismasina loomine kõikide internetilehekülgede süstematiseerimiseks, ning selle hilisem hooldamine ja uuendamine. Del.icio.us’i kujul aga on tegu pidevalt täieneva organisaatoriga, mis ei maksa peaaegu midagi.
Folksonoomiate suurim ahvatlus – ja põhjus, miks del.icio.us toodab nii vähese palgatööjõuga nii palju väärtust – on see, et nad ei nõua kasutajatelt muud vaeva kui omaenda arvutis enda tarbeks veebilehtede märgendamist. Ja nagu muuseas ehitavad nad seda tehes väga tarvilikku infokorraldamise süsteemi. See eristabki del.icio.us’i teistest tuntud Web 2.0 saitidest nagu Wikipedia ja Digg, millesse panustatakse otsest isiklikku kasu taotlemata.
Schachteri arvates teeb fakt, et del.icio.us ei eelda oma kasutajatelt omakasupüüdmatust, süsteemi ainult tugevamaks. “Mul ei ole eriti usku suurte inimhulkade altruistlikku käitumisse,” ütleb ta. “Inimesed on, nagu nad on.” Nendes sõnades on eksimatult kuuldav Adam Smithi hääl: del.icio.us on nag u hästi töötav turg, mis toodab üksikisiku omakasupüüdlikkusest kollektiivset heaolu.
Praegu on del.icio.us’il üle 300 000 registreeritud kasutaja ning saiti külastatakse päevas sama palju kui kogu esimese aasta jooksul. Aga ehkki märgendamisest on saanud veebinduse moesõna, millega kõik firmad tahaksid end siduda, tunnistab Schachter, et valdav enamik veebikasutajatest ei tegele üldse märgendamisega – ja ilmselt pole sellest elu sees kuulnudki.
Kuidas siis leida saidile uusi kasutajaid? “Selleks tuleks lahendada mõni inimeste eluline probleem,” ütleb Schachter. “Aga nad ei pruugi ise iga kord teadagi, et probleem eksisteerib, nii et see pole sugugi lihtne.” Peamiselt huvitab teda ikkagi saidi väärtus üksikkasutajale, mitte niivõrd selle folksonoomiline pool, sest tema meelest on olulisem aidata üksikisikutel informatsiooni säilitada ja leida kui süstematiseerida internetti. Ja ilmselt põhinebki del.icio.us’i kasv edaspidigi just üksikkasutajatele mõeldud väärtustel.
Olgu tulevik milline tahes, igatahes on Schachter juba praegu näidanud, et sadade tuhandete sõltumatute ja isikupäraste hinnangute näilikust kaosest võib välja kasvada korrapära ja teadmus. Ja kui meenutada tema enda ideed mastaabitavast mälust, siis ongi del.icio.us aidanud luua üsna tähelepanuväärse ühiskondliku mälupanga, kust kõik leiavad rohkem ja paremat teavet, kui see muidu õnnestuks: “Veebikülje võib süsteemist välja kutsuda hoopis keegi teine kui see, kes ta sinna jäädvustas. Del.icio.us on koht, kuhu salvestatakse isiklikku tähelepanu. Ainult et sellest saavad osa kõik.” Ja mida aeg edasi, seda enam see võimalus kasu toob. “Mida paremini me maailma mõistame, seda paremini saame omadega hakkama,” ütleb Schachter. “Ma olen kindel, et lõppude lõpuks võidavad need, kes mõistavad.”
Nanotehnoloogia
Song Jin, 31
Wisconsin-Madisoni ülikool
Nanojuhtmed ühte viirgu
Kevin Bullis
Son Jin on välja töötanud lihtsa meetodi nanojuhtmete joondamiseks, mis võimaldab spetsialistidel neist vähese vaevaga koostada kasulikke seadmeid, nagu näiteks bioandureid. Jin survestab veepinnal ujuvaid nanojuhtmeid rõhu abil, kuni need paiknevad ühesuunaliselt. Seejärel kannab ta joondatud nanojuhtmed sobivale pinnale, millele kinnitatakse tavalist litograafilist meetodit kasutades elektroodid.
Oma meetodi näitlikustamiseks ehitas Jin nanojuhtmetransistoride komplekti. Iga element moodustub ühest kesksest elektroodist ja hulgast ümbritsevatest elektroodidest. Elektroode ühendavad juuksekarva meenutavad nanojuhtmed.
Koostades nanojuhtmed molekulidest, mis seovad teatavaid konkreetseid viirusi või keemilisi ühendeid, on teadlased tõestanud selle meetodi sobilikkust diagnostikaseadmete valmistamiseks: kui niisugusele nanojuhtmele kinnitub viirus, muutub juhtme takistus täpselt samuti, nagu pinge mõjul muutub pooljuhi takistus. Nanojuhtmed on piisavalt tundlikud, et registreerida ühtainsat viirust.
Internet
Sumeet Singh, 31
Cisco
Kiirem kaitse arvutiviiruste eest
Daniel Turner
Probleem: tänased viirustõrjesüsteemid vajavad inimest – kui avastatakse, et võrku on rünnatud, asuvad turvaspetsialistid otsima konkreetset baidirida, pahatahtliku programmi unikaalset signatuuri. Et tarkvara rünnakud ära tunneks ja neid tõrjuda suudaks, tuleb see signatuur alla laadida (sageli toimub see automaatselt). Ent kogu see tegevus kestab tunde – või koguni päevi –, sella l kui viirused suudavad nakatada k uni 55 miljonit arvutit sekundis.
Lahendus: Sumeet Singh automatiseeris usside ja viiruste avastamise täielikult, seades kaitsjad ründajatega võrdsele positsioonile. California San Diego ülikoolis õppides taipas Singh, et ussid ja viirused liiguvad võrgus tavaliiklusest erinevalt: pahatahtlik programm üritab end paljundada ja levida, selle asemel et lihtsalt liikuda punktist A punkti B. Seejärel lõi ta just sellisel viisil käituvaid andmepakette otsiva tarkvara.
Singhi tarkvaraga varustatud ruuterid ja kommutaatorid suudavad ära tunda võrku sisenenud pahatahtliku programmi ja luua “vaktsiine” selle leviku takistamiseks. 2004. aasta juunis asutas Singh koos oma doktoritöö juhendaja, infotehnoloogia professori George Varghesega firma NetSift, et uus tarkvara turule tuua. Juba aasta hiljem ostis Cisco NetSifti; sealtpeale on uudse kaitsemehhanismi juurutamine Cisco ruuterites ja kommutaatorites toimunud Singhi juhtimisel. Ta usub, et tehnoloogia, mis suudab skaneerida üle 20 gigabiti andmeid sekundis, aitab peagi tabada kõik viirused ja ussid niipea, kui nad välja ilmuvad.
Riistvara
Ling Liao, 33
Intel
Valgustatud arvutid
Neil Savage
Lähima paari aasta jooksul hakkavad arvutikiibid töötlema andmeid sedavõrd suurtel kiirustel, et neid ühendavad juhtmed jäävad info edastamisega hätta. Üks võimalik lahendus on võtta andmete liigutamiseks kasutusele miljardeid kordi sekundis plinkivad laserkiired. Inteli footontehnoloogia osakonnas töötav Ling Liao pingutab selle nimel, et see päev saabuks kiiremini, püüdes leida võimalusi oluliste optikakomponentide valmistamiseks samast ränist, millest on tehtud arvutikiibid. See muudaks nende sidumise süsteemiga lihtsamaks ja vähendaks kulusid.
Kuid räni on tavatingimustes vilets optiline materjal. Eriti raske on teha sellest valgust moduleerivaid osi – see tähendab, tekitada andmete kodeerimiseks vajalikku vilkumist. Paljude eksootilisemate materjalide valgusjuhtivus sõltub muudatustest elektriväljas, kuid räni sel viisil ei käitu.
Liao leidis, et kui paigutada kahe räniploki vahele õhuke ränidioksiidi kiht, siis on võimalik kiiresti koondada kummalegi ränipinnale elektronlaeng ja see sama kiiresti eemaldada. See mõjutab räni läbivaid valguslaineid, muutes valguse vastavalt tumedamaks või heledamaks. Pinge muutmise abil laenguid tekitades ja vabastades on võimalik moduleerida valgust 10 gigabiti andmete jagu sekundis ning lähitulevikus loodab Liao seda kiirust veelgi suurendada. Tema loodud seade võib leida tee teie raali ehk alles kümne aasta pärast, ent kunagi tuleb seegi aeg, kus optilise andmeedastuse kiirus ületab tänast sadu ja sadu kordi.
Tarkvara
Paris Smaragdis, 32
Mitsubishi Electricu teaduslabor
Masinad õpivad kuulama
Infotehnoloog Paris Smaragdis ehitab maailma kõige täiuslikumaid “masinkõrvasid” – tarkvara abil, mis jälgib inimeste liikumist ruumides, kuulab tööstusmasinate müra, et ennetada rikkeid, ja käivitab liiklusjärelevalvekaameraid liiklusõnnetuste korral. See on töö, millest kuuldakse veel nii mõndagi.
Biotehnoloogia
Liam Paninski, 28
Columbia ülikool
Aju sõnumite tõlkija
Jennifer Chu
Juba praegu suudavad teadlased tõlgendada aju signaale niivõrd oskuslikult, et “mõtete lugemine” ei paistagi teab mis kauge tulevik. Üks selle ala noori teerajajaid on neuroloog Liam Paninski, kes kasutab aju elektriliste signaalide dešifreerimiseks statistikat.
Kuna närvirakkude akti veerumisjoonised on äärmiselt keerukad, s iis on raske kindlaks määrata, millised neist kutsuvad esile milliseid reaktsioone ja kuidas täpselt neid stimuleeritakse. Paninski loob matemaatilisi mudeleid, et neid skeeme lahti harutada. Browni ülikooli tudengina koostas ta algoritmi, mille abil dekodeeris aju käskluse käe liigutamiseks. Selle koodi põhjal lõi Browni ülikooli neuroloog John Donoghue implantaadi, mille abil halvatud patsientidel on võimalik mõttejõuga juhtida robotkätt, liigutada kursorit või mängida videomänge.
Praeguseks Columbia ülikoolis professorina töötav Paninski on asunud statistiliste meetodite abil dekodeerima nägemist. Tulevikus loodab ta anda pimedatele nägemisvõime ajju istutatud “videokaardi” abil, mis tõlgib digitaalsed signaalid närviimpulssideks.
Lisaks tegeleb ta epilepsia ravi puudutavate uuringutega: mida täpsemalt teadlased suudavad aju signaale tõlkida, seda tõenäosemaks muutub Paninski arvates kogu normaalse ajutegevuse täielik kaardistamine lähiajal. Sellise kaardi abil suudaksid teadlased märgata kõrvalekaldeid, nagu näiteks epileptilisi atakke. Paninski kujutab juba vaimusilmas ette hoiatusseadet, mis annab patsiendile varakult märku ebanormaalsetest signaalidest, nii et ta võib võtta õigel ajal ravimit või vähemalt otsida enne krambihoo algust enesele turvalise koha.
Nanotehnoloogia
Michael Wong, 34
Rice’i ülikool
Puhas keskkond nanoosakeste abil
Alexandra Goho
USAs on umbes 300 000 ohtlike jäätmete hoidlat. Kogu sealse saastunud pinnase ja pinnavee puhastamine on seega aukartust äratav ülesanne. Keemik Michael Wong võitleb mürgiste jäätmetega nähtamatute osakeste abil, mis lagundavad orgaanilist saastet kiiremini ja võimalik et ka odavamalt kui olemasolevad puhastustehnoloogiad.
Osakeste kujul on tegemist vaid neljananomeetrise läbimõõduga kullagraanulitega, mille pinnale on kantud pallaadiumiosakesi. Nanoosakeste massiga võrreldes suur pind võimaldab neil lagundada kemikaale kiiremini, kui suuremad osakesed seda suudaksid, ent nende põhiline eelis muude vahendite ees on ainulaadne metallide kombinatsioon.
Pallaadium suudab ka üksi lagundada mürgiseid ühendeid, nagu TCE ehk trikloroetüleen – tööstuslik rasvaeemaldi, mida seostatakse vähi tekkega ja mida esineb 60 protsendis föderaalse keskkonnameti Superfund-projektiga liitunud hoidlatest. Pallaadiumi pihustamine kullale aga annab sünergeetilise tulemuse: kahest metallist koosnevad osakesed toimivad võimsa katalüsaatorina kloori aatomite eraldumisele TCE molekulidest, muutes protsessi sada korda kiiremaks kui ainult pallaadiumiga puhastades.
Praegu töötab Wong välja lahendusi oma nanoosakeste lisamiseks saastatud pinnavee puhastamiseks mõeldud filtritele. Et graanuleid paigal hoida, leiutas ta meetodi nende “kasvatamiseks” õõneskiudude sisepinnal. Välitingimustes katsetamiseni jõuab süsteem juba tänavu sügisel.
Internet
Ben Zhao, 30
California Santa Barbara ülikool
Paremad partnervõrgud
Erika Jonietz
Ben Zhao tahab täiustada internetti uute võrkude istutamisega selle sisse.
Zhao loob struktureeritud kattevõrke. Need on partnervõrgud, mis sarnanevad failivahetussüsteemides kasutatavatega: andmevahetus toimub interneti teel otse üksikkasutajate vahel. Ent erinevalt võrkudest, kus igal arvutil on võimalik suhelda ükskõik millise teise arvutiga, kehtivad struktureeritud kattevõrkudes ranged reeglid selle kohta, milline masin millist kõnetada tohib. See võimaldab lii gutada andmeid tõhusamalt n ing kiiremini avastada tõrkeid ja liiklust vastavalt ümber suunata. “Võtmesõnad on kohanevus, taastuvus, töökindlus,” ütleb Zhao.
California Berkeley ülikoolis õppides kirjutas Zhao Tapestry – kogumi võrguprotokolle, mis pani aluse ühele esimestest struktureeritud kattevõrkudest. Tema kaaslased Berkeleys lõid rakenduse nimega OceanStore, mis pakub Tapestry vahendusel odavat, usaldusväärset ülemaailmset andmesäilitusteenust. Hiljem on Zhao ise ja mitmed teised loonud terve hulga Tapestryga töötavaid programme.
California Santa Barbara ülikooli professorina on Zhao keskendunud struktureeritud kattevõrkude turvalisemaks muutmisele. Tehnoloogia on pälvinud juba ka Microsofti tähelepanu. Edu korral võime peagi oodata uute kasulike isetoimivate ja -paranevate võrkude tulekut.
Tarkvara
Jane McGonigal, 28
42 Entertainment
Uued mängumaailmad
Mark Williams
Telefoniautomaat hakkab helisema. Teada on niipalju: 26. sajandil laaditi sõjaväe kosmosealusel asuva Melissa nime kandva tehisintellektiseadme mällu noore tütarlapse teadvus. Seejärel paisati alus ajas tagasi käesolevasse aastasse 2004. Kogu meeskond hukkus, Melissa aga pääses vigastustega ja peidab end nüüd ühe California Napa Valley mesiniku veebiserveris. Te leidsite selle telefoniautomaadi GPS-koordinaadid mesiniku veebilehelt IloveBees.com. Te surute telefonitoru vastu kõrva ja kuulete Melissa häält.
Kui kõik see tuleb teile tuttav ette, siis olite ilmselt üks “I Love Bees” 600 000 alalisest mängijast 2004. aastal. Tänini on see jäänud kõige menukamaks alternatiivmaailma-mänguks. Jane McGonigal, kes hiljuti omandas California Berkeley ülikoolis doktorikraadi etenduskunstides, on alates tööle asumisest firmas 42 Entertainment üks selle mängu neljast “nukujuhist”. Firma ise paikneb Californias Emeryville’is ning tegeleb meelelahutuslike turunduskampaaniate ja ka algupärase sisu tootmisega.
Microsoft palkas nimetatud firma looma oma peatselt turule paisatava videomängu “Halo 2” promokampaania raames uut massilise mängijaskonnaga alternatiivmaailma-mängu. McGonigal koostas reaalse maailmaga haakuvad “missioonid”, milles kasutati ära ja samas mõjutati mitmesuguseid mängijate omaalgatuslikke organiseerumisvorme. Just see, et suudeti tekitada ja koos hoida üleilmset mängijaskonda, tagas mängule “I Love Bees” sedavõrd suure edu.
McGonigali sõnul loovad alternatiivmaailma-mängude koostajad võrgutehnoloogiate – e-posti, veebikülgede, interneti jututubade, tekstisõnumite ja telefonikõnede abil uut tüüpi kogukondi, kelle “kollektiivne intellekt” võimaldab lahendada üksikisikutele lahendamatuid probleeme. 2005. aastal pälvisid tema ja “I Love Beesi” töörühm Game Developers Choice’i innovatsiooniauhinna ja International Academy of Digital Arts and Sciences auhinna Webby.
McGonigal jätkab tööd 42 Entertainmenti juures. 2005. aastal lõi ta mängu “Tombstone Hold ‘Em”, mis oli osa Activisioni mängu “Gun” mullusest esitluskampaaniast: mängijad kogunesid vanadele kalmistutele pokkeripartiideks, milles kaartide asemel kasutati hauakive. Nii leiab ta mängijatele tegevust pakkudes ka uudseid kasutusvõimalusi avalikule ruumile. Mänguloojana ammutab ta ohtralt ideid sellest, kuidas mängijad tema välja mõeldud missioone täiendavad: “Nad tulevad alati palju huvitavamate lahenduste peale kui ma ise.”
Nanotehnoloogia
William King, 32
Georgia T ehnoloogiainstituut
Maailma kõige väiksem jootekolb
Peter Fairley
Mida võiks peale hakata nanomõõdulise jootekolbiga? William King juba oskab sellele tööd leida. Ülikooli lõpus tehti Kingile ettepanek liituda IBMi Zürichi laboris arendatava projektiga “Millipede” (ingl k “tuhatjalg”). Projekti raames katsetatakse andmesalvestusseadet, milles silikoonvarda kõigest 20nanomeetrise läbimõõduga teravik “kirjutab” plastpinnale andmeid 50 korda tihedamalt kui parimad tänapäevased kõvakettaga salvestusseadmed.
Modelleerides soojuse liikumist peenikestes silikoonvarrastes, andis King IBMi inseneridele võimaluse soojusimpulsse täpselt juhtida – nii saab kasutada üht ja sama teravikku andmete salvestamiseks, lugemiseks ja ka kustutamiseks. Asunud 2002. aastal tööle Georgia Tehnoloogiainstituuti, rakendas King oma oskusi nanojootekolbide väljatöötamisel, mida saab kasutada väga mitmesuguste asjade valmistamiseks alates mikroskeemidest ja lõpetades asendusorganite ja kudede matriitsidega. Varda teraviku temperatuuri muutmine miljon korda sekundis 1200 kraadilt toatemperatuurini võimaldab Kingil teha oma “kolviga” – ükskõik kas materjaliks on pooljuht, isolaator või biopolümeer – palju täpsemaid operatsioone kui üles-alla liikuvate silikoonnõeltega.
Internet
Jason Fried, 32
37signals
Lihtne rühmatöö onlainis
Jeff Bezos, Amazon.com’i peadirektor ja 37signalsi esimene ettevõtteväline investor
37signals loob agressiivselt lihtsaid veebipõhiseid rühmatöövahendeid, mis on inimestele abiks mitmesugustes tegevustes alates perekonna päevakava koostamisest ja lõpetades suurte äriprojektidega. Sajad firmad on võtnud oma ajasäästlike onlain-lahenduste aluseks 37signalsi loodud avatud lähtekoodiga tarkvara Ruby on Rails. Seitsme inimese firma asutaja ning president Jason Fried armastab öelda: “Parem rääkida lühidalt ja hästi kui pikalt ja kehvasti.” Selle eeskujul võiks allakirjutanu jätkata: “Jason on immuunne dogmade suhtes ja temalt on palju õppida. 37signalsi kujul on ta rajanud elegantseid tooteid pakkuva elegantse firma, mis hoiab kinni põhimõttest: vähem on rohkem.”
Biotehnoloogia
Edward Boyden, 27
Stanfordi ülikool
“Lüliti” närvirakkudele
Horace Freeland Judson
Isegi Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi ja Stanfordi laborite hüpertehnikute hulgas torkab Edward Boyden silma ülevoolava sära, energia, nakkava vaimustuse ja leidliku lähenemisega uskumatult ambitsioonikatele projektidele – ja oma kõige avatumatel hetkedel lisaks ka eheda mängulustiga. Massachusettsis omandas ta bakalaureusekraadi füüsikas ja bakalaureuse ning magistri elektroonikas ja infotehnoloogias – seda kõike üliheade hinnetega ja juba 19aastaselt. Vaimustus infotehnoloogiast tõi ta neurobioloogia juurde. “Aju on kolmemõõtmeline peen mikroskeem,” ütleb ta. “Omamoodi üliarvuti.”
Ta jäi pidama Stanfordi, kus kaitses 2005. aastal 26aastasena doktorikraadi. Seal töötas ta välja leidliku tehnoloogia igasuguste närvirakkude – ka nende, mis paiknevad tajude, käitumise, mõtlemise, tunnete ja mälu eest vastutavas ajukoores – analüüsimiseks ja koguni aktiveerimiseks.
Kõige keerukam probleem ajukoorega tegelevatele teadlastele ongi närvirakkude koostöö lähimate naabritega. Ajukoor koosneb umbes 20 miljardist neuronist, millel on hulk eri ülesandeid . Juba aastaid on neurobioloogide käsutuses olnud mitmeid meetodeid üksikute närvirakkude impulsside mõõtmiseks. Samas polnud olemas mingit juhitavat sisendit – võtet üht kindlat tüüpi rakkude tuvastamiseks ja aktiveerimiseks.
Boydeni elegantne ja nutikas geenitehnoloogiline lahendus on just selline teadlaste pagasist puuduv vahend. See põhineb omapärasel valgul nimega membraanrodopsiin-2 ehk ChR2. Looduslikes tingimustes rohevetika rakumembraanis leiduv valk muudab sinise valguse mõjul raku elektrivälja. Koostöös kolleegidega Stanfordist ning valgu ja seda kodeeriva geeni eraldanud Saksa teadlastega ühendas Boyden ChR2 geeni rohelise valguse mõjul helenduma hakkava valgu geeniga, mille tulemusena saadi uudne valk. Selle valgu geeni istutasid teadlased roti närvirakkudesse. Rohelise valguse all hakkasid uudset valku sisaldavad rakud helendama, sinine valgus aga aktiveeris nad.
Sel moel lõi Boyden täpse ja töökindla, tuhandiksekundi jooksul reageeriva lülitusmehhanismi – just sellise kiirusega mõjutavad närvirakud üksteist looduslikes tingimustes.
Hiljem on ta kasutanud ka geneetilisi elemente, mis võimaldavad määrata, millist tüüpi neuronid uut valku toodavad. Näiteks hiire ajju viiduna võib valk märgistada üht konkreetset tüüpi närvirakke, mis võimaldab teadlastel uurida nende funktsioone. Üks võimalik kasutusala on Boydeni sõnul konkreetsete “tehete” – näiteks otsustusprotsessi eest vastutavate närvisüsteemi osade uurimine.
Meetodi kliinilised rakendusvõimalused on äärmiselt avarad: aktiveerides valku ajusse istutatud optiliste kiududega, võivad meedikud vastavalt vajadusele aktiveerida konkreetse ülesandega närvirakke. Siit võivad välja areneda uued pöördelised meetodid ajuhaiguste, nagu Parkinsoni tõve ja isegi teatavat tüüpi nägemiskaotuse raviks, arvab Boyden. Tema sõnul võib vastavate närvirakkude aktiveerimise abil osutuda võimalikuks inimese teadvus- ja tundeseisundite mõjutamine – näiteks pikaajalise raske depressiooni ravi. Avaramas plaanis näeb ta võimalust täiustada vaimseid võimeid ja koguni juhtida inimeste käitumist.
“Võimalik, et selle tehnoloogia mõni lihtsam versioon leiab juba homme kasutust kõige pakilisemate probleemide lahendamiseks,” ütleb Boyden. “Ma näen siin tugevat sünergiat väga-väga keeruliste probleemide lahendamise tehnoloogiatega, nagu psüühiliste häirete ravi, teadvuse tundmaõppimine, aju ja tehnika vahelise liidese loomine – teel nendele tippudele saame maha pidada hulga väikesi pidusid!”
Telekom
Apostolos Argyris, 31
Ateena ülikool
Müraks maskeeritud info
Sam M. Williams
Teoreetilist matemaatikat tahke keha füüsikaga ühendades on Apostolos Argyris loonud uudse, peaaegu lahtimuukimatu krüptimismeetodi. Ateena ülikooli tudengina demonstreeris Thessalonikist pärit noormees esimest korda andmeside “kaootilist sünkroonimist”: kasutades laserdioode, võimendeid, peeglit ja üle 120 km pikkust maa-alust kiudkaablit, maskeeris ta oma sõnumi nn valgeks müraks, mis vastuvõtja poolel kadudeta dekodeeriti.
See protsess on ilmekalt seotud kaoseteooria aluseks oleva hästi tuntud “liblikaefektiga”. Selle teooria kohaselt annab piisava keerukusastmega süsteemides muutujate vähimgi kõrvalekalle oluliselt erineva tulemuse. Seevastu, kui täpselt replitseerida sisendit, peaks replitseeruma ka väljund, olgugi et see näib esmapilgul korrapäratu. Sellest põhimõttest lähtuvalt kombineeris Argyris digitaalse sõnumi kaootilise, kiirelt muutuva lasersignaaliga – kaootilise signaali ebakorrapärane vorm toimib sõnumi maskeeringuna ja võimaldab eksitada tavapäraseid pealtkuulamisseadmeid. Vastuvõtja poolel tekitatud täpselt samasuguse kaootilise signaali abil saatjapoolne signaal taandatakse, mis võimaldab puhtalt kätte saada algse sõnumi.
Kirjeldatud viisil on praegu võimalik andmeside kiirus üks gigabitt sekundis (sellest piisab kõne ja videosignaali krüptimiseks). 2009. aastaks loodab Argyris suurendada selle 10 gigabitini sekundis. Tema hinnangul ei hakka kaootiline krüptimine asendama tarkvaralist, küll aga pakub peagi olulist lisakaitset kõige tundlikumates andmeside valdkondades.
Biotehnoloogia
Jay Shendure, 31
Harvardi ülikooli meditsiiniteaduskond
Genoom tuhande dollari eest
Emily Singer
Meditsiinitudengist biotehnoloog Jay Shendure lööb geneetikas laineid uudse DNA sekveneerimistehnikaga.
2005. aastal määras ta ilma ühegi eritellimusel ehitatud seadmeta kindlaks DNA nukleotiidse järjestuse bakteri genoomis – 20 korda kiiremini ja 9 korda odavamalt, kui oleks olnud võimalik tavapäraste sekveneerimisvõtetega. Praegu töötab Shendure lahenduse edasise tõhustamise kallal – aastaks 2015, nagu ta ütleb, võib inimese genoomi sekveneerida selle abil vaid 1000 dollariga.
Tema tehnika põhineb Harvardis George Churchi laboris välja töötatud nn polümeraaskolooniate meetodil. Shendure külvab klaasplaadile miljoneid üliväikesi helmeid, millest igaühele kinnitub väike DNA fragment. Seejärel lisab ta helenduva märgistusega nukleotiidid. Nukleotiidid seonduvad lühikeste komplementaarsete DNA-ahelatega ning seejärel määratakse nende asukoht fragmentides tavalise fluorestsentsmikroskoobiga.
Järgmisena kavatseb Shendure rakendada seda tehnikat kopsukasvaja genoomi sekveneerimiseks, et välja selgitada seda põhjustavad geenmutatsioonid.
Biotehnoloogia
Alice Ting, 31
Massachusettsi tehnoloogiainstituut
Valgus rakkude sisemuses
Jon Cohen
Alice Tingi filmid ei täida kinosaale, küll aga rajavad teed teaduse vallas, jäädvustades fluorestseeruvate ainete abil ennenägematu üksikasjalikkusega rakkude siseelu.
Oma bioloogiliste “põnevike” filmimiseks vajas Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi keemiaprofessor Ting tugevat ja tõhusat valgusallikat. Nii töötas tema labor välja meetod i, kuidas liimida otse huvipakkuvatele valkudele ülitugevalt helenduvad märgised. Tavaliselt kasutatakse valkude helendama panemiseks meduusilt eraldatud roheliselt fluorestseeruvat valku GFP (Green Fluorescent Protein) ning selle teistes toonides helenduvaid sugulasi. Ent nendest valkudest eralduv valgus on sedavõrd nõrk, et ei võimalda vaadelda üksikuid molekule ega in vivo protsesse. Lisaks tuleb need markerid sisestada uuritavatesse valkudesse geneetiliselt, mis võib muuta viimaste käitumist ja häirida nende vaba liikumist rakkude vahel ja sees. Tingi kasutatud kvantpunktmärgised on GFPst kuni sada korda heledamad ja mõjutavad vaatlusaluseid valke hoopis vähem.
Ka teised laborid olid märkinud valkusid kvantpunktide – vastavalt suurusele eri värvitoonides helenduvate nanokristallide abil, kuid kasutanud nende kinnitamiseks kogukaid antikehi. Tingi labor otsustas sääraseid kohmakaid liideseid vältida ning töötas välja hoopis kindlama lahenduse, mis seisnes tillukeste valguliste kinnituspunktide “keevitamises” nii kvantpunktidele kui ka huvipakkuvatele valkudele. Seejärel ühendas Ting kaks kinnituspunkti ensüümi abil ja palun väga – raku elutegevus oli korraga suurepäraselt jälgitav. Selline kinnitussüsteem ei sobi ainuüksi kvantpunktidele, vaid seda saab kasutada mis tahes märkimisvahendite puhul.
“Alice Ting on tõeline novaator ja oma põlvkonna parimaid keemikuid,” ütleb tehnoloogiainstituudi keemiaosakonna juhataja Timothy Swager. “Tema meetodeid kasutavad juba kogu maailma teaduslaborid.” Üks Tingi uusimaid projekte on närvirakkude vaheliste ühenduste fluorestsentsuuringud, mille käigus õpitakse tundma õppimise ja mälu seisukohalt üliolulist biokeemilist protsessi. Niisiis võime ühel heal päeval tõepoolest näha filmi ka sellest, kuidas aju õpib. “Imetajate rakud on nii ilusad ja erilised,” teatab Ting. Nagu tõeline režissöör teab ta, millest räägib.
Nanotehnoloogia
Ashok Maliakal, 31
Lucent Technologies Bell Laboratories
Pehmed ekraanid
Alexandra Goho
Elastsed pooljuhid on juba kasutusel paljudes elektronseadmetes, näiteks kirgastes ja ka otseses päikesevalguses hästi nähtavates ekraanides. Ent suuremõõdulisemate elastsete ekraanide – näiteks kokkurullitava ja kotti pistetava arvutikuvari loomine on takerdunud: värvilisi piksleid tekitav elektroonika tarbib liiga palju voolu ja olemasolevad materjalid ei kinnitu kuigi hästi suurtele plastlehtedele.
New Jersey osariigis Murray Hillis töötav Ashok Maliakal on võtnud luubi alla just selle probleemi. Põhilist peamurdmist valmistas tema sõnul mikroskeemide paisudielektrike – transistore korralikult sisse ja välja lülitada võimaldavate isolatsioonikihtide täiustamine.
Ränidioksiid annab materjalile head isolatsiooniomadused, polümeer aga tagab hea trükitavuse. Loodud materjalist valmistatud mikroskeemide prototüübid tarbivad kaks kolmandikku vähem voolu kui need, mis on valmistatud ainult polümeerist. Tulemuseks võivad olla senisest palju voolusäästlikumad ekraanid. Kui Maliakalil õnnestub kohaldada loodud materjal masstrükile sobivaks, rullitakse meie silme ees peagi lahti elastsete ekraanide uus põlvkond.
Biotehnoloogia
Christopher Voigt, 30
California San Francisco ülikool
Selge pilt bakteritest
Emily Singer
Bioloog Christopher Voigt on loonud üsna ebatavalise teose – E. coli baktertehnikas kujutatud Neitsi Maarja. Mikroobide kasutamine “fotograafilise” vahendina on ilmekas näide Voigti ja tema töörühma panusest sünteetilisesse bioloogiasse, milleks on mitmeotstarbeliste asendatavate geneetiliste elementide loomine. Nad istutasid valgusse, mis tavatingimustes kontrollib E. coli geenide reaktsioone ümbritsevale keskkonnale, siniro hevetika valgusretseptori.
Se ejärel asendasid nad ühe säärase geeni geeniga, mis põhjustab teatava keemilise aine muutumise mustaks. “Valmis” bakter muudab pimeduses värvi ja muutub mustaks – asetades Petri nõu ja valgusallika vahele šablooni, kandsidki teadlased bakterkultuurile soovitud kujutise.
Ehkki Voigti sõnul on bakterid üksnes “mängutehnika”, tegeleb ta samadel alustel osade koostamisega ka keerukamate organismide tarbeks, nagu näiteks ämblikuvõrgunõret tootvad või vähirakke avastavad ja hävitavad bakterid.
Telekom
Prithwish Basu, 31
BBN Technologies
Tema erialane kirg on tugijaamadeta ühenduse võimalused mobiilseadmete, andurite ja robotite vahel. Saage tuttavaks ad hoc-võrkudega.
Lauren Gravitz
Sageli asukohta vahetavatel inimestel võib tihti tekkida raskusi infovahetusega – eriti kui satutakse väljapoole tugijaamade tööpiirkonda. Siin tulevad mängu ad hoc-võrgud, milles sideseadmed suhtlevad üksteisega otse, ilma tugijaama abita.
Massachusettsi osariigis Cambridge’is asuvas ettevõttes BBN Technologies töötav Prithwish Basu on välja töötanud algoritmid, mis vähendavad oluliselt traadita võrkude sidehäireid ja töökatkestusi nagu ka akutoitel raadioseadmete energiatarvet. Need algoritmid sobivad nii andurvõrkudele, sülearvutitele kui ka raadiojuhitavatele robotsüsteemidele.
USA kaitseministeerium on huvitunud nende lahenduste katsetamisest sõdurite omavahelises sides lahingutingimustes, Basu tõeline kirg aga on ad hoc-võrkude juurutamine meie kõigi rahulikku igapäevaellu.
Kus võib ad hoc-võrkudest kasu olla?
Maastikul liikuvate sõdurite side omavahel ja komandopunktidega on muidugi kõige atraktiivsem võimalus. Kommertsrakendustesse suhtuti veel mõne aasta eest üsna skeptiliselt. Aga andurvõrkude kasv on viimasel ajal vägagi hoo sisse saanud. Andureid ostetakse, nad leiavad kasutust igal pool – liikluses, saastemonitooringutes, loodusvaatlustes, raudteeliikluse jälgimisel. Sellepärast olen oma firmas rõhunud just kommertslahendustele.
Milliseid mittesõjalisi rakendusi te näete?
Kui ma õppisin Bostoni ülikoolis, pakkusin välja, et võiks võrgustada näiteks parkimisautomaadid. Varustame kõik parkimisautomaadid traadita saatjaga ja anduriga, mis kontrollib, kas sellel kohal parajasti pargitakse või mitte. Kui ka minu autol on saatja ning ma näiteks sõidan Harvard Square’ile, siis ma küsin oma kasutajaliideselt, kus asub õigusteaduskonna õppehoone läheduses vaba parkimiskoht. Auto võtab ühendust lähima automaadiga ja kui see koht on hõivatud, siis jätkab päringut, kuni leiab vaba koha ja näiteks ka broneerib selle, kui võimalik. Selline võrgustik võimaldaks ka parkimiskontrolöridel leida rikkujad peaaegu kohe. Praegu tegeleb terve tudengite töörühm selle võrgustiku väljaarendamisega.
Kas teie väljatöötatud mobiilsete robotite võrgud võiksid tavaelus mingit kasutust leida?
Kui võtta rühm sobivate algoritmidega töötavaid roboteid, siis on võimalik programmeerida neid täitma mis tahes koostööülesannet. Oletame, et teil on robottolmuimejate võrk ja teil on vaja puhastada… üks hotelli korrus. Kui mõnes toas on rohkem tolmu, siis üks tolmuimeja saadab sõnumi kolmele teisele: “Hei, siin on väga must tuba, palun tulge appi.” Kui protokollid toimivad õigesti, siis kogunevad robotid vastavalt tolmukihi tihedusele. Sell iseid isekeskis s uhtlevaid roboteid saab kasutada ka suurte päästeoperatsioonide puhul katastroofipiirkondades.
Tarkvara
Eddie Kohler, 33
California Los Angelese ülikool
Parem operatsioonisüsteem
Kate Greene
Operatsioonisüsteem on peamine tarkvaraelement kõikides raalides alates sülearvutist ja lõpetades serveriga. Enamik opsüsteemidest aga on loodud mitukümmend aastat tagasi, mõtlemata interneti ohtudele. Väike puudus näiteks pangaserveri opsüsteemis või tarkvaras võib ohtu seada miljoneid dollareid maksvad delikaatsed andmed.
Sedalaadi info paremaks kaitsmiseks lõid infotehnoloog Eddie Kohler ja tema töörühm operatsioonisüsteemi Asbestos, mis ei lase isiklikel andmetel sattuda valedesse kätesse isegi siis, kui arvuti kogu ülejäänud tarkvara peaks üles ütlema. Asbestos tagab isikuandmete turvalisuse, varustades need märgenditega, mis määravad, millised programmid ja kasutajad konkreetsetele andmetele ligi pääsevad.
Harilikult nõuab selline märgendamine palju mälu, Kohler aga koostas vastava info nii, et see kulutab süsteemi ressurssi minimaalselt. Esialgsed katsetustulemused on paljutõotavad ja Kohler loodab, et mõne aastaga saab Asbestosest alternatiiv sellistele operatsioonisüsteemidele nagu Linux ja Windows.
Riistvara
Seth Coe-Sullivan, 29
QD Vision
Ekraanid kristallselgeks
Kevin Bullis
Massachusettsi tehnoloogiainstituudis õppides mõtles Seth Coe-Sullivan välja võimaluse, kuidas luua uskumatult kirkaid ja värvipuhtaid kuvareid, kasutades kvantpunkte – tillukesi pooljuhtkristalle, mis elektrivoolu toimel kiirgavad teatavat tooni valgust. Teadlased olid ehitanud kvantpunktidel põhinevaid valgust kiirgavaid seadmeid ka varem, kuid Coe-Sullivani oma on neist tunduvalt efektiivsem tänu uudsel meetodil kahe lameelektroodi vahele paigutatud üliõhukesele kvantpunktide kihile. Peagi asutas Coe-Sullivan koos kolleegidega Massachusettsi osariigis Watertownis oma ettevõtte QD Vision, mis keskendub kvantpunktide teisendamisele piksliteks, et edaspidi hakata tootma värvilisi lameekraane taskutelefonidele, sülearvutitele ja teleritele.
Ettevõtte peatehnoloogina on Coe-Sullivan juhtinud väikeste mustvalgete ekraanide tootmisse juurutamist ja tegeleb praegu värviekraanide arendamisega. Nimetatud ekraanid paistavad silma senisest kirkama kujutise ja puhtamate värvide poolest, samas on nende omahind ja voolutarve kaks korda väiksemad. Taskutelefonide tarvis võidakse neid tootma hakata juba aastal 2009.
Biotehnoloogia
Manolis Kellis, 29
Massachusettsi Tehnoloogiainstituut
Genoomide tundmaõppimine
Katherine Bourzac
Manolis Kellis loob algoritme ja tehnikaid eri olendite genoomide paremaks tundmaõppimiseks. Doktorantuuri alustades teadis Kellis bioloogiast vähe – ülikoolis õppis ta hoopiski infotehnoloogiat. Oma doktoritöös võrdles ta nelja pärmseente liigi genoome, et ühel neist kindlaks määrata kõik geenid ja regulatoorne järjestus – õnnekombel polnud tal õrna aimugi, et säärase projekti teostamist peeti võimatuks.
Mitme lähedase liigi genoomide võrdlemine on osutunud uueks tõhusaks vahendiks geenide avastamisel, nende regulatoorsete mehhanismide väljaselgitamisel ja genoomide arengu mõistmisel.
Pärast meetodi toimivuse tõestamist pärmi puhul on Kellis asunud uurima inimese genoomi, mida ta on siiani võrrelnud hiire, roti ja koera omaga. Tema töö annab uusi teadmisi inimgenoomist, mis võivad avada ravimiloojatele uusi võimalusi v&otild e;itluses viiruste ja muude haiguspõhjustega .
Riistvara
Ram K. Krishnamurty, 33
Intel
Cool’im arvuti
Daniel Turner
Probleem: mida enam transistore kiipide tootjad võimsuse suurendamiseks ühele pinnaühikule paigutavad, seda suurem on oht, et kiibid kuumenevad üle. Kui kõik jätkub endises tempos, siis võib arvutikiip ruutsentimeetrilt eralduva soojuse poolest aastaks 2010 järele jõuda tuumareaktorile.
Lahendus: vooluahelaid läbimõeldult paigutades on Inteli insener Ram Krishnamurty suutnud miinimumini vähendada energiakadu ja parandada kiipide jõudlust, tema prototüübid töötavad viis korda kiiremini kui praeguste arvutite omad, kulutades nendega võrreldes vaid 20–25 protsenti energiat. Vähem kui kümne aastaga on Krishnamurty kogunud 53 USA patenti mikroskeemide ehituse alal. Intel, IBM ja Hewlett-Packard on juba rakendanud tema lahendusi moodsates mikroskeemides, mille põhjal hakatakse tulevikus ehitama kallite jahutussüsteemideta servereid ja akutoitel kauem vastu pidavaid sülearvuteid. Ja kui teie homses lauaarvutis tuksub vaikselt võimas 10gigahertsine protsessor, siis võib see olla paljuski Krishnamurty teene.
Tarkvara
Joshua Napoli, 28
Actuality Systems
Ülikõrglahutusega 3-D-kuvaseade võib anda hoopis uudse pildi nii kasvajatest, medikamentide toimest kui ka maagaasileiukohtadest.
David Talbot
Enne kui kasvajat kiiritama hakata, peab onkoloog otsustama, kuidas suunata kiirgus nii, et see kahjustaks võimalikult vähe ümbritsevaid kudesid, samas vähendamata ravi tõhusust. Need ettevalmistused võivad peagi muutuda hoopis põhjendatumaks tänu tõeliselt kolmemõõtmelistele kuvaritele, mille tarkvara väljatöötamisel oli üks teerajajaid Joshua Napoli.
Fotol on näha sama ajukasvaja kiirgusraviskeem eri vaatepunktidest: punasega on märgitud kasvaja asukoht, sinisega kriitilised piirkonnad (näiteks ajutüvi, mida tuleks kiiritada võimalikult vähe) ja rohelisega soovitatav kiirguskoridor. 25sentimeetrise läbimõõduga kujutis on nähtav pisut suurema läbimõõduga “kuplis”: seda “ruumilist kuvaseadet” toodab Massachusettsis Bedfordis asuv firma Actuality Systems, kus Napoli töötab tarkvaraosakonna juhatajana.
Napoli tarkvara jagab arvuti loodud kolmemõõtmelise mudeli sadadeks kaadriteks, mis kuvatakse kupli sisemuses pöörlevatele paneelidele: tulemuseks on üliselge interaktiivne kujutis. Selle tarkvara abil on saadud maailma kõige kõrgema lahutusega ruumilised 3-D-kujutised, ütleb Napoli. Koostöös kolme haigla arstidega kavatseb Actuality nüüd välja selgitada, kas nende kuvarite abil koostatud kiiritusskeemidel on eeliseid tavaliste monitoride abil koostatud skeemide ees. Edaspidi võivad meedikud kasutada 3-D-kuvaseadmeid enamiku piltdiagnostiliste materjalide analüüsiks.
Juba praegu kasutavad naftafirmad neid nafta- ja gaasimaardlatest parema ettekujutuse saamiseks ning farmakoloogias uuritakse nende abil tulevaste võimalike ravimite toimet haigustekitajatele. Üks suurimaid kondiproove oli Napoli sõnul vastava graafikatarkvara kohaldamine 3-D-kuvaseadmete tarbeks: kolmemõõtmelise kujutise puhul peab arvuti töötlema ligikaudu 50 korda rohkem pildielemente kui samaväärse kujutise kuvamiseks lameekraanile.
Aasta inimeste sõber
Christina Galitsky, 33
California Berkeley ülikool, Lawrence National Laboratory
Lihtsad tehnoloogiad säästavad energiat ja elusid
Douglas McGray
Ülikooli ajal võinuks Christina Galitsky võtta oma elutöö kokku sellise teadustoimetise pealkirja meenutava lauseg a nagu “Pinnale absorbeeruvate valkude pöörduvus”. Aga pärast doktorantuuri poolelijätmist ja tööle asumist Berkeley ülikoolis Lawrence National Laboratorys on küsimusele “Millega sa tegeled?” hoopis raskem vastata. “Noh, nüüd ma vist ütleksin, et ma katsetan… igasuguseid innovaatilisi lahendusi… oota, mis asja ma räägin!” ütleb ta naerdes.
Ametlikult tegeleb Galitsky kaks kolmandikku oma ajast lahenduste loomisega, mis aitavad firmadel diagnoosida ebasäästlikku energiakasutust ja leida uusi viise energia kokkuhoiuks kasumit ohustamata. Aga tuleb vaid tema kabinetis pisut ringi vaadata, et mõista: tegelikult on tal käsil veel hulk teisi tegemisi. Põrandal seisab alumiiniumist kaadervärk – energiasäästlik priimus, mis peab vähendama metsade lausraiet maailma vaesemates riikides; Galitsky ja tema kolleegid arvavad samuti, et see võib aidata Sudaanis Darfuris pagulaslaagrites elavatel naistel eluaseme läheduses püsida ja seega hoiduda vägistamistest. Hiljem tõmbab ta selga roosteplekilise laborikitli ja läheb kontrollima oma õpilasi, kes katsetavad odavat meetodit arseeni eraldamiseks Bangladeshi joogiveest.
“Ma tegelen pöörase hulga asjadega,” tunnistab ta. “Aga raske oleks ka töötada hommikust õhtuni viis päeva nädalas ühe ja sama asja kallal.”
Pärast 1999. aastal Berkeley ülikoolist keemia magistrikraadiga lahkumist leidis ta tööd California pinnaveevarude kvaliteedi testimisel. Peagi jõudis ta järeldusele, et suur osa kahjulikest ainetest pärineb energiasektorist, nagu näiteks jõujaamadest. Kuna tema sooviks oli saastega võidelda, mitte lihtsalt seda mõõta, liitus ta 2001. aastal Berkeley laboriga. Seal asus ta välja selgitama ebatõhusat energiakasutust ligi tosinas tööstusharus, alates betooni- ja lõpetades õlletööstusega.
Mõni aasta hiljem, kui California energeetikakomisjon eraldas stardiraha tõhusamale energiakasutusele suunatud uuringuteks, võttis ta asja suuremalt ette. Niisugused tehnoloogiad nagu inimeste kohalolekut mõõtvad õhutussüsteemid võivad aidata firmadel energiat säästa ja sageli tasuvad end ära juba paari-kolme aastaga. Ent tavaliselt on ettevõtjad pidanud säärased tehnoloogiad ise avastama ning kalkuleerima kulusid ja tulusid omal käel, mis on moodsate lahenduste kasutuselevõttu suuresti pidurdanud.
Galitsky ja tema kolleegid otsustasid katsetada California veinitootjate peal uut lähenemist, pakkudes neile valutult toimivat süsteemi energiamajanduse kitsaskohtade uurimiseks ja kasumlike võimaluste leidmiseks, millega olukorda parandada. (Veinitööstus tarbib tohutus koguses energiat – 400 gigavatt-tundi, millest piisaks aastas 60 000 California majapidamise vajaduste rahuldamiseks. Lisaks tarbitakse enamik sellest suvel ja sügisel, kui kokkuhoiuvajadus on suurim.)
Galitsky ja tema kolleegid valisid partneriks suure California veinitootja Fetzer ja asusid andmeid koguma. See polnud lihtne. Mõnedes ettevõtetes paigutatakse igale liinile voolumõõtjad ja juhtkond teab, kui palju energiat igal tootmisetapil kulub. Veinitööstuses aga on kombeks, et kogu tootmishoone ajab läbi üheainsa voolumõõtjaga. Niisiis mõõtis Galitsky ära kõik alates pressitavate viinamarjade kogusest ja lõpetades Fetzeri jahutustankide mahutavusega ning koostas saadud andmete põhjal umbkaudse arvestuse, kui palju energiat kulub veinivalmistamise igal etapil. Seejärel võtsid tema ja ta kolleegid vaatluse alla kogu maailma veinitööstused, et välja sel gitada energeetiliselt kõige tõhusamad tehnoloogiad igal etapil. Sellest uurimusest sündis arvutiprogramm nimega BEST-Winery, mis põhineb Microsoft Excelil. Programm esitab kasutajale hulga küsimusi ning seejärel annab vastuseks hindelehe, milles võrreldakse vaatlusalust veinitööstust maailma parimaid säästlikke tehnoloogiaid kasutava sama suure hüpoteetilise veinitööstusega.
Teised energiakasutuse tõhusust mõõtvad programmid loevad sellega oma ülesande täidetuks. Ent BEST-Winery pakub omalt poolt välja üle saja säästliku tehnoloogia ja koostab igaühe kohta ka tulude-kulude analüüsi, mis on sedalaadi programmide puhul äärmiselt oluline uuendus. Veinitootjad saavad klapitada eri tehnoloogiaid ning leida oma eelarvega sobiva terviklahenduse.
Fetzer ja Galitsky ning kolleegid pälvisid selle töö eest California osariigi innovatsiooniauhinna energeetika alal. Praegu valmistab Galitsky ette sama tarkvara Euroopa versiooni.
Ent veinitööstused on üksnes algus. Galitsky usub, et sarnane rakendus võib toimida ka mitmete teiste ettevõtete puhul. Varsti asub Berkeley vastav töörühm katsetama seda riikide tasandil, hõlmates projektiga kuus maad Aasia - Vaikse ookeani Puhta Arengu ja Kliima koostööorganisatsioonist. Kõnealused riigid kavatsevad mõõta oma tsemendi-, alumiiniumi- ning terasetööstuse ökoloogilisi mõjusid; ühe ettevõtte asemel leiab see tarkvara nüüd kasutust tervete riikide hindamisel.
Energeetikaalased uuringud on küll kasulikud kogu planeedile, ent peagi asus Galitsky otsima võimalusi, kuidas aidata konkreetsemalt maailma vaesemaid kodanikke. Ta lõi sidemed humanitaarabi problemaatikat analüüsivate töörühmadega. Ühel Berkeleys peetud ühingu Engineers for a Sustainable World konverentsil kohtas ta Berkeleys töötavat sarnaste huvidega Ashok Gadgili. Koos võtsid nad vaatluse alla Darfuri ja Bangladeshi kriisid.
Probleem, millega nad Darfuri puhul kokku põrkasid, on lihtne, aga karm. Kodusõja käigus on selles Sudaani piirkonnas kodu kaotanud rohkem kui 1,6 miljonit inimest. Sajad tuhanded neist elavad ülerahvastatud pagulaslaagrites. Nad kõik vajavad toitu, toidu valmistamiseks tuleb teha tuld ja tule tegemiseks on vaja põletispuid, kuid kogu laagrite ümbrus on juba lagedaks raiutud. Puude korjamiseks on naised sunnitud suhteliselt turvalistest laagritest tundide kaupa eemal viibima. Sellises olukorras on nad kaitsetud: rahvusvaheliste vaatlejate hinnangul on kuritegelike jõukude toimepandud vägistamised kujunenud tõeliseks epideemiaks.
Valitsusväliste abiorganisatsioonide sõnul võiksid naiste elu ohutumaks muuta teiste abinõude kõrval ka paremad keedupliidid, mis vähendaksid vajadust puude järele. Kuigi võistlevaid ideid on laekunud massiliselt – alates saviahjudest ja lõpetades päikesepatareidel priimustega – ja sama palju on ka võistlevaid arvamusi parima lahenduse osas, polnud ühtki neist Darfuris enne vähegi põhjalikumalt katsetatud. Sestap sõitsid Galitsky ja Gadgil abiorganisatsiooni CHF International egiidi all ise Darfuri.
Sudaani naised asetavad tavakohaselt oma keedupoti kolmele lõkke ümber paigutatud kivile. Sel kombel läheb hulk soojust lendu, osa puidust aga söestub ja suitseb niisama. Hoopis parem lahendus tundus Galitskyle ja Gadgilile 1980. aastatel India abiorganisatsiooni Development Alternatives välja mõeldud lihtne metallpriimus. Galitsky korraldas Darfuris esitluse – midagi laborikatse ja koolitusseminari vahepealset. Ta seadis suure rahvahulga ees üles tavapärase kolme kiviga lõkke, m etallpriimuse ja paljude abiorganisatsioonide propageeritud saviahju. Kohalikud vanemad tegid põletispuid ning jagasid need 250grammilisteks hunnikuteks. Seejärel keetis Galitsky kolm toiduportsjonit, et naised näeksid, kui palju kütet eri seadmed tarvitavad. “Kividega lõkkes läks kümme hunnikut, saviahjus üheksa ja metallpriimusele ainult neli või viis,” meenutab ta.
Vaatamata metallpriimuse eelistele mõistsid nad, et Darfuris kasutusele võtmiseks tuleb selles teha muudatusi. Niisiis küsitles Galitsky kümneid naisi, et tundma õppida nende elukorraldust ja toiduvajadusi. Selgus, et priimus vajab kaitseks laagrites puhuva tuule eest kaitseekraani ja kinnitusvaiasid, mis hoiaksid seda paigal, sellal kui naised segavad assida’t – tihket tainalaadset massi, millest valmistatakse enamik toite. Lisaks tuli arvestada sellega, et priimust peab saama toota kiiresti ja odavalt.
Ent lahendus on paljutõotav. “Me oleme väga põnevil,” ütleb ÜRO Rahvastikufondi esindaja Sudaanis Maha Muna. “ÜRO ja abiorganisatsioonid on rahastanud tervet hulka kütusesäästlike priimuste pilootprojekte, aga CHF ja Berkeley labor tegelevad just meile ülivajaliku analüüsiga, millised pakutud lahendustest kõlbavad masstootmiseks.” Berkeley teadlased kavatsevad hakata jagama pagulasperedele priimuseid katsetamiseks tänavu sügisel; tuleval aastal loodetakse toota juba 300 000 priimust.
Bangladeshis ei ole probleem toidus, vaid joogivees. 1970. aastatel rajas UNICEF kogu riigis puurkaevusid, et rahvas ei peaks enam jooma saastunud pinnavett. Abistajate kavatsused olid head, aga kaevud mitte. Enamik neist asus suure arseenisisaldusega pinnases – mitmes kohas ületas arseeni kogus vees rohkem kui sada korda Maailma Tervishoiuorganisatsiooni normid. “Seda on peetud maailma suurima võimaliku massimürgistuse piirkonnaks,” räägib Galitsky.
Mõne aja eest karmistas USA omaenda joogivee arseenisisalduse norme 80 protsendi võrra ning paljud osariigid on huvitatud uutest tehnoloogiatest, mis aitaksid rangemate piirangutega toime tulla. Huvi aga tähendab valmisolekut maksta. Gadgil ja Galitsky nägid siin uut võimalust. 250 000 dollarilse stipendiumiga California Energeetikakomisjonilt ja 100 000 dollariga Ameerika Vee-ettevõtete Liidu teadusfondilt töötavad nad välja filtreerimissüsteemi, mis võib edaspidi leida kasutust nii USAs kui ka välismaal.
Arseen on hõlpsasti filtreeritav suurtes veepuhastusjaamades, aga teadlased pole seni suutnud optimeerida olemasolevaid lahendusi väikemajapidamiste tarbeks ega muuta neid vaesemate riikide jaoks piisavalt odavaks.
Gadgilil tuli hea mõte. Rauaosakesed toimivad nagu arseenimagnetid, mis võimaldavad vee arseenist puhastada, kuid puhtast rauast koosnev filter oleks liiga kallis. Ent kui kanda õhuke rauakiht näiteks elektrijaamadest pärit kivisöetuhale, saame sarnase arseeni siduva pinna palju kordi odavamalt.
Tuha ja raua kokkukleepimine osutus parajaks kondiprooviks. Ent umbes tosina ebaõnnestunud katse järel leidsid Galitsky ja Gadgil lahenduse: rauakihiga kaetud tuhaosakesi töödeldakse seebikivilahusega ja lastakse seejärel korralikult ära roostetada.
Saadud ollus, mis näeb välja umbes nagu tume karripulber, seob peaaegu kogu mürgitatud veega täidetud katseklaasis leiduva arseeni. Teadlastel on jäänud veel välja mõelda lahendus, kuidas täpselt vett tuha- ja rauapulbrist läbi juhtida ja millised tegurid võiksid süsteemi toimimist välitingimustes mõjutada. Ent nad peavad oma uudsete elementidega filtreid igal juhul küllalt tõhusaks, et tagada vastavus rangele ohutusstandardile, ning ühtaegu külla lt odavaks, et ka Bangladeshi pered neid osta suudaksid.
Galitsky ja Gadgili meetodil maksab perekonna aastase joogivee filtreerimine vähem kui kaks dollarit; senise odavaima võrreldava tehnoloogia abil maksaks see vähemalt 58 dollarit. Galitsky projektid tunduvad olevat äärmiselt pakilised, seda mitte ainult kannatavate inimeste ja ohustatud keskkonna tõttu. Lahendused on käegakatsutavas kauguses ning kasu tõotab olla tohutu – sel kombel aitab teadus nii maailma vaeseid kogukondi kui ka teadlast ennast.
“Ma tundsin end nii jõuetuna,” ütleb ta. “Ja tunnen ikka veel. Aga nüüd ma vähemasti saan midagi teha.”
Transport
Stefan Duma, 34
Virginia Tehnikaülikool
Uued ja paremad virtuaalmannekeenid
David Talbot
Igal aastal hukkub USAs ligikaudu tuhat sündimata last autoavariis. Ent rasedatele mõeldud turvasüsteemide parandamiseks ei osatud peaaegu midagi ette võtta, enne kui Stefan Duma lõi esimese arvutimudeli raseda naise alakehast. Lisaks on Virginia Tehnikaülikooli Traumabiomehaanika keskuse juhataja Duma loonud silmapaistvad inimsilma ja rindkere mudelid. Ka on ta välja töötanud anduritega varustatud jalgpallikiivri, mis võimaldab arstidel analüüsida pead tabavaid lööke ja põrutusi. See on juba praegu tootmises.
Kõik me oleme näinud kuulsaid turvavöömannekeene. Miks need ei kõlba?
Nad on ajapikku küll tublisti arenenud, aga nad ei sarnane sajaprotsendiliselt inimesega. Nad registreerivad ainult neile intiimsetele piirkondadele mõjuvaid jõude, kuhu on paigutatud andurid. Nad on inimestega võrreldes üsna jäigad. Arvutimudeli võib teha märksa paindlikuma ja teda võib varustada anduritega lõputult.
Kuidas valmis raseda alakeha mudel?
Kui mu naine oli rase, siis ma leidsin, et selle kohta on väga vähe uurimismaterjali, ja sellepärast ma hakkasingi sellega tegelema. Mudeli loomisel kasutasime mitmeid allikaid, näiteks platsenta tugevuse uuringuid, ja kõrvutasime kõiki olemasolevaid andmeid katses osalenud rasedate näitajatega. Selle arvutimudeli abil saame nüüd “näha” kõike, mis avarii ajal alakehas toimub.
On väidetud, et üle kõhu tõmmatud turvavöö võib rasedale pigem kahju tekitada kui teda kaitsta. Mida ütleb teie mudel?
Me tegime kindlaks, et kolmepunktivöö on palju parem kui tavaline diagonaalvöö. Aga me tahaksime ka omalt poolt aidata luua vahendeid, mis rasedaid paremini kaitsevad. Me tegime kindlaks, millised on ohud. Oleme praeguseks sõlminud lepingud oma mudeli turule toomiseks ja teeme ka koostööd autotootjatega rasedate turvavöösüsteemide prototüüpide kallal.
Mille poolest erinevad need prototüübid praegustest turvavöödest ja -patjadest?
Seal on palju võimalusi. Võib kasutada teistsuguseid kinnituspunkte, muuta mõõtusid, kasutada näiteks turvavööde valmistamiseks teistsuguseid materjale. Ja selgub, et üks põhitegureid on rool. Väga suur hulk lootesurmasid leiab aset just rooli taga.
Tarkvara
Matthew Herren, 23
EduVision
Õppematerjalid taevast
David Talbot
Lapsena Aafrikas elades pani Matthew Herren tähele, et paljude väikese eelarvega külakoolide lapsed peavad õppima mitukümmend aastat vanadest iganenud õpikutest. Võtnud südameasjaks leida probleemile odav lahendus, tuli ta mõttele kasutada ajakohaste õppematerjalide edastamiseks satelliite. Nüüd püüab ta seda lahendust ellu viia mitte traditsiooniliste abiprogrammide raames, vaid rea isemajandavate ettevõtete kaudu.
“Me olime kindlad, et tehnoloogiliste vahenditega on võimalik [raamatute ja õppematerjalide lasteni toimetamise] kulusid vähendada,” räägib Herren. Noor šveitslane otsustas ühesuunalise satelliitraadioside kasuks, sest internetiühendus ei jõua Sise-Aafrika paljudesse piirkondadesse tõenäoliselt veel niipea.
Möödunud aastal korraldatud katse käigus seadis Šveitsi sihtasutus Bio Vision ühte Kenyas Victoria järve ääres Mbita Pointis asuvasse keskkooli üles satelliitvastuvõtja. Vastuvõtja salvestas õpikud kõvakettale. Seejärel siirati info lihtsa Linuxi-põhise lugemistarkvaraga varustatud pihuarvutitesse. Kuuskümmend õpilast said endale korraga nüüdisaegsed õppematerjalid.
Nüüd on Herren käsile võtnud süsteemi käivitamise suuremas ulatuses. Koostöös Zürichis asuva riskikapitalifirmaga Bridgeworks on juba kokku saadud enamik stardirahaks vaja minevast 650 000 dollarist. Selle kapitaliga loodab Herren käivitada üleaafrikalise firmadevõrgu, mis tegeleks satelliitvastuvõtjate ja pihuarvutite müügi ja teenindusega. Haridusministeeriumid sõlmiksid nende firmadega lepingud õppematerjalide allalaadimissüsteemi käivitamiseks ja haldamiseks ning hoiaksid iga koolilapse õppematerjalidelt senisega võrreldes üle 20 protsendi kokku.
Kui õppematerjalide kohaletoimetamine satelliidi kaudu läheb lootuste kohaselt, saab sama süsteemi kasutada kaugemate külade varustamiseks meditsiini- ja põllumajandusinfoga. Herreni sõnul viivad paljudes külades, kuhu ei ulatu ükski maantee, kõik teed sõna otseses mõttes koolimajja.
Nanotehnoloogia
Marin Soljaci?, 32
Massachusettsi Tehnoloogiainstituut
Valguse modelleerimine
Philip Ball
Et Marin Soljaci?i taotlustest selge pilt saada, meenutage, kuidas mõjutas arvutustehnika kiirust ja võimsust esimeste pooljuhttransistoride kasutuselevõtt, ja siis asendage selles skeemis elektronid footonitega.
Uurides valguse käitumist nn footonkristallides, rajab Soljaci? teed seadmete loomiseks, mis suudavad töödelda andmeid ülisuurtel kiirustel, kasutades ainult valgusimpulsse. Mikroskoopilised kristallilised &ldquo ;kärjed” lasevad läbi ainult teatava konkreetse lainepikkusega valguslaineid, see annab lootust kasutada neid valguskiirte juhtimiseks mikroprotsessorites.
Soljaci? on ka näidanud, et footonkristallide abil on võimalik panna valguskiiri üksteist mõjutama ja üksteisele alluma, mis tähendab, et footonseadmed on võimelised teostama loogikaoperatsioone.
Täisoptilised arvutid, mille tulekut ennustati juba 1980. aastatel , pole tema sõnul teostunud seetõttu, et footoninteraktsioonide tekitamiseks vajalikud valgusefektid tekivad alles väga tugevas valguskiires – küllaldase efekti tekitamiseks läheks vaja kiirt, mida ei saaks kuidagi kasutada mikrokiibis. Ent Soljaci? on näidanud, et footonkristallide abil on võimalik neid efekte oluliselt võimendada, nii et need tekivad ka väga nõrkades valguskiirtes.
Tuleviku footonkristallseadmes peaks tema sõnul valguse juhtimine toimuma üksiku footoni tasandil. See vähendaks energiakulu ja soojuskadu sedavõrd, et optiline infotöötlus leiaks koha praktilises elus – samas viib see mõtted täisoptilistele kvantarvutitele, mille võimsus oleks tänase arvutustehnikaga võrreldes lausa kujuteldamatu.
Nanotehnoloogia
Stéphanie Lacour, 30
Cambridge’i ülikool
Veniv elektrooniline nahk
David Rotman
Biotehnolooge, kelle eesmärk on närvi- või ajukoe elektroonilise lisavarustuse abil aidata halvatuid, segab üks oluline materjalitehnoloogiline probleem: elav kude ja mikroelektroonika erinevad teineteisest liialt. Enamik kudesid on elastsed, elektroonikas kasutatavad pooljuhid ja metallid aga torkivad-lõikavad ja jäigad. Seetõttu võib organismi siiratud elektroonika ümbritsevaid kudesid kahjustada või ärritada. Just seda materjalitehnoloogilist kuristikku püüab ületada Stéphanie Lacour.
Princetoni ülikoolis töötas postdoktorant Lacour õhukeste kullaribade elastsetele kummipindadele kinnitamise teel välja materjali, mis kummipaelana venides ei kaota oma elektrijuhtivust. Princetoni töörühm elektroonikaprofessor Sigurd Wagneri juhtimisel koostas nendest ribadest esimese tervikliku veniva mikroskeemi. Ühendades väikesed tavapäraste pooljuhtide saarekesed kullaribadega, ehitasid teadlased mõned lihtsad elektroonilised seadmed, mis toimisid ka pärast korduvat venitamist. Ehkki kõnealused skeemid koosnesid ainult mõnest transistorist, on lahendus ise rakendatav väga paljudel aladel alates robotite elektroonilise “naha” valmistamisest ja lõpetades väga painduvate ekraanidega.
Ent Lacouri enda sõnul on “kõige põnevamad” just selle tehnika rakendusvõimalused bioloogias ja meditsiinis. Praegu tegeleb Inglismaal Cambridge’i ülikoolis vastavat teadusprojekti juhtiv Lacour vigastatud närvide asendamiseks mõeldud kirurgiliste implantaatide väljatöötamisega.
Lacouril mõlgub kaugema eesmärgina mõttes elektroonilise naha loomine, millega katta jäsemeproteese. Edaspidi peaks olema võimalik elektroonika ühendamine inimese närvisüsteemiga, mis muudab proteesi tahtele alluvaks ja annab sellele andurite võrgustiku abil ka “tundlikkuse”. Columbia ülikooli biomeditsiinitehnoloogia professori Barclay Morrisoni sõnul võiksid elastsed elektroodid kasutust leida kõikides närvisüsteemiga elektronliidese kaudu ühendatavates seadmetes. Nii on meditsiinitehnoloogid juba loonud mikroelektroodplaadid, mida neurokirurgid paigaldavad neljajäsemehalvatusega patsientidele ja mis võimaldavad teadvuse abil liigutada arvuti kursorit või robotkätt. Ent tavapärased elektroodid on sada miljonit korda jäigemad kui ajukude. “See tähendab tegelikult nõelte siirdamist ajju,” selgitab Morrison. Lacouri elektroodid vastavad palju paremini ajukoe ehitusele ja vähendavad vigastusohtu.
Morrison on juba kasutanud Lacouri venivaid elektroode ajuvigastustega seotud katsetes. Ajukoe traumaatiline venitus võib tekitada rakkudes ahelreaktsioone, mis põhjustavad neuronite hukkumise alles p&a uml;evi pära st õnnetust.
Morrison imiteerib traumasid õhukeste ajukoe liistakutega, mida järsult venitatakse. Lacouri elastsed elektroodid venivad koos koega, registreerides reaalajas muutusi närvirakkude elektrilises aktiivsuses.
Samas, nagu ütleb Wagner, on elastne mikroelektroonika praegu alles lapsekingades. Tema ennustuse kohaselt läheb veel kümme aastat, enne kui tehnoloogia on valmis kasutamiseks tarbekaupades nagu näiteks painduvad kuvarid.
Ent juba praegu rõõmustavad biotehnoloogid elava koe ja elektroonika vahelise “silla” üle. Materjal, mida on võimalik venitada algsest kaks korda pikemaks-laiemaks ja mis säilitab seejuures elektrijuhtivuse, on “midagi ennekuulmatut”, ütleb ka Morrison. “Seda on raske uskuda.”
Internet
Roger Dingledine
projekt Tor
Kui internetikontaktid peavad jääma anonüümseks
Hiina teisitimõtleja võtab veebipõhise e-posti teel ühendust Kanada ajakirjanikuga. Luureteenistus tahab hoida silma peal välismaisel veebisaidil. Ent nagu igast teisest liigutusest internetis, jäävad nende tegevusest jäljed. Sellele probleemile leidub rohi anonüümsust tagavate süsteemide kujul, millest üks arenenumaid on Tor ehk Onion Router.
Tori algse variandi lõi arvutiteadlane Roger Dingledine USA mereväe teaduslabori ülesandel; praegu tegeleb selle tarkvara levitamisega Electronic Frontier Foundationi rahastatav projekt Tor.
Et varjata internetioperatsiooni teostajat, koostab Tor andmetele marsruudi läbi kolme juhusliku ruuteri, mis on valitud rohkem kui 700st üle maailma laiali asuvast vabatahtlike hallatud Onioni ruuterist. Programm loob saatja arvuti ja teekonna viimase ruuteri vahel kahesuunalise ühenduse; nende vahel liikuvad andmed krüptitakse kolmes kihis, millest iga järgmine ruuter koorib lahti ühe. Iga andmepakett “mäletab” ainult viimati külastatud ruuteri aadressi. Seetõttu on raske tuvastada saadetise päritolu, isegi kui keegi pääseb andmetele ligi enne nende edastamist viimasest ruuterist adressaadile.
Biotehnoloogia
Utkan Demirci, 28
Harvardi meditsiiniteaduskond
Ühekordsed aidsi-testid
Mary Carmichael
Utkan Demirci tahab, et arstid tema leiutise kohe pärast proovimist prügikasti viskaksid. See aga ei ole sugugi etteheide seadmele enesele – kiirele, hõlpsale ühekordsele testile, millega mõõdetakse veres CD4-rakkude sisaldust. Nende rakkude kogus organismis võimaldab arstidel jälgida HIV-nakkuse kulgu.
Nimekaardisuurune mikromehaaniline seade võimaldab täpselt määrata rakkude arvu ühikus vähem kui kolme minutiga. Lähiaastatel turule jõudvad, vähem kui dollar tükist maksvad testid võivad osutuda sõna otseses mõttes elupäästjaks paljudele HIV-epideemiaga võitlevate maailma vaesemate riikide kodanikele.
Demirci omandas oma mikromehaanikaalased tippteadmised elektroonika doktorantuuris. Üks osa tema teadustööst oli pühendatud pooljuhtpolümeerskeemide trükkimisele läbi väikese vedelikuanuma juhitud helilainete abil, mille mõjul sekundis paisatakse anumast välja miljoneid vedelikupiisakesi. Harvardi meditsiini- ja meditsiinitehnoloogia keskuse professorina tegeleb ta sama tehnika kohaldamisega siirdamiseks mõeldud organite kasvatamiseks. Paljud koetehnoloogid valmistavad esmalt organikuju lise raketise, mis tavapärase tindiprinteri tööpõhimõttel kaetakse rakkude kihiga. Paraku “kõrbeb” enamik rakke selle protsessi käigus. Asendades Demirci trükiseadmes polümeerid rakkudega, kantakse koos iga vedelikupiisaga kohale ka kahjustamata rakk. Demirci loodab alustada selle meetodi abil esimese organi kasvatamisega tuleval aastal. Esimeseks katsealuseks saab üks keerukamaid – inimese süda.
Nanotehnoloogia
Jeffrey Bode, 32
California Santa Barbara ülikool
Ravimid “legodest”
Robert Service
Probleem: valgupõhiste ravimite – näiteks insuliini ja kasvuhormooni turu maht on viimase viie aasta jooksul kahekordistunud, ületades 50 miljardi dollari piiri. Ent raviks vajalike valkainete valmistamine on keeruline. Erinevalt väikemolekulravimitest, nagu aspiriin, mida on võimalik sünteesida, saadakse valkusid tavaliselt geneetiliselt muundatud bakteritest, mida tuleb selleks kultiveerida ja hiljem eraldada valk.
Oleks märksa lihtsam, kui keemikud saaksid valmistada aminohapetest nagu ehitusplokkidest väikesi valgupakette ehk peptiide, mida saaks seejärel kokku traageldada keerukamateks valkudeks. Ent rohkem kui 15 aminohappest koosnevate peptiidide valmistamise protsess on ebaefektiivne (enamik raviks vajalikke valkaineid sisaldab 2–30 korda nii palju aminohappeid). Pealegi on senised peptiidide sidumiseks kasutatavad tehnikad ebapraktilised.
Lahendus: orgaanilise keemia spetsialist Jeffrey Bode on leiutanud sobivama viisi peptiidide sidumiseks. Bode’i töörühm avastas, et kaks tavaliselt peptiidide sünteesis mitteosalevat keemilist rühma moodustavad omavahel reageerides amiidsidemeid, mis ongi aminohapete vaheline ühenduslüli. Teadlased kinnitasid iga standardmeetodil sünteesitud peptiidiahela otstesse vastava keemilise rühma. Vette asetatuna peptiidid liituvad omavahel. Ainus kõrvalsaadus on süsinikdioksiid.
Bode’i lahendus võimaldab teadlastel teoreetiliselt siduda mis tahes kaks peptiidi. Ravimitootjatele tähendab see tulevikus võimalust sünteesida nullist kõiki valke. See omakorda võib vallandada valgupõhiste medikamentide võidukäigu: keemilised rühmad, mida bakterid ei suuda toota, parandaksid ravimite stabiilsust ja vähendaksid nende mürgisust organismile.
Energeetika
Michael Raab, 33
Agrivida
Odavam etanoolkütus
David Ewing Duncan
Etanool on taastuvtoorainest mootorikütus, mille abil võiks ühtlasi vähendada keskkonnasaastet. Ent USAs toodetakse autokütuseks mõeldud etanooli peaaegu eranditult maisist ning selle kasvatamiseks, saagi kokkukorjamiseks ja töötlemiseks kulub peaaegu sama palju energiat, kui vabaneb saadud kütusekoguse põletamisel. Maailma kindlakäeliselt naftast võõrutada otsustanud biotehnoloog Michael Raab lisab maisile ensüüme, mis lihtsustavad ja odavdavad kõikide taimeosade – tõlviku, lehtede ja varte töötlemist etanooliks. Tänu neile valkudele lagundatakse keerulised süsivesikud, millest maisitaim põhiliselt koosneb, lihtsateks suhkruteks, mida on kerge etanooliks kääritada.
Millega sinu firma Agrivida tegeleb?
Me muundame lehtede ja varte tööstuslikuks lagundamiseks kasutatavaid ensüüme nii, et nad on taime sees uinuvas olekus. Kui taimed on põllult kokku korjatud, siis need ensüümid aktiveeruvad temperatuurimuutuse ja happelise keskkonna mõjul, mis nagunii moodustavad osa tavapärasest töötlemisprotsessist.
Milleks on vaja luua selliseid ensüüme, mis enamiku ajast midagi ei tee?
Taimede täiustamine ensüümidega ei ole uus idee, aga see pole tänini olnud kuigi edukas, sest ensüümid mõjuvad väga kahjulikult taime kasvuomadustele. Meie muundatud ensüümide puhul seda muret ei ole – nende peatamine võimaldab taimel normaalselt kasvada.
Mida etanoolitootmine sellest võidab?
Meie ensüümid lubavad töödelda taime efektiivsemalt, etanooli kogus põllumaa hektari kohta suureneb ligikaudu 50 protsenti ja ühe galloni tootmiskulu väheneb ligikaudu 30 protsenti. Nii kiirelt kasvaval turul, nagu on etanooli oma, on see ülikõva kasum.
Kas see võte toimib ka teiste taimedega?
Me alustasime maisiga; niipea kui meetod ennast õigustab, võtame käsile teised taimed, nagu vitshirss, pappel ja suhkruroog. Siis saavad ka teised geograafilised piirkonnad väljaspool Kesk-Läänt etanooli toota, mis vähendab transpordikulusid; samuti pikeneb kasvuhooaeg ja põllumeestel on rohkem võimalusi valida, mida kasvatada.
Internet
Paul Rademacher, 32
Google
Mees, kes lasi rahva kaardi kallale
Daniel Charles
Kes ei tunneks seda nõiduslikku hetke, kui mingi seosetu infokild, nagu mõni aadress või vaatepilt, ühtäkki nagu “lambist” asetub oma kohale üldises taustsüsteemis? Just selline tunne tabas Paul Rademacherit 2005. aasta aprillis, kui ta avas kuvariekraanil oma häkitud versiooni äsja avalikustud veebiküljest Google Maps. Et lihtsustada uue eluaseme otsinguid, muukis Rademacher lahti ja seejärel täiendas Google’i kaardi JavaScripti nii, et tema lehele kogunes teavet korraga kahest kohast – Google’ist ja populaarsest kuulutustekeskkonnast Craigslist. Tulemuseks oli hübriidsait, millel kogu tuttav Google’i kaart oli täis tipitud San Franciscos üürile pakutavaid maju.
Rademacheri uudne pilt maailmast – või vähemasti mõnest linnast – oli tõeline veebisensatsioon. Isegi Google’i töötajad kirjutasid firma sisefoorumis, et Rademacheri lehekülg housingmaps.com “andis meile silmad ette”.
Tuhanded inimesed mõistsid, et Google’i kaardid on hiiglaslik joonistuspaber, kuhu saab “sodida” ükskõik kas kuriteopaiku, oma lemmikrestorane või odavaid bensiinijaamu ja tulemuse kõigile vaatamiseks üles riputada. Ent lisaks sellele oli Rademacher näidanud, kuidas on võimalik sootuks erinevatelt veebilehtedelt tõmmatud andmeid ja rakendusi kombineerides luua midagi täiesti uut. Keegi blogeritest andis sellele nähtusele nimeks mashup, mis diskorite keeles tähendab ühe pala vokaal- ja teise pala instrumentaalriba kokkukirjutamist – ja see nimetus läks käibele.
Rademacheri arvates on kogu loos oma õpetlik iva. Innovatsioon sünnib ainult siis, kui firmad lasevad veebikasutajatel oma toodete kallal nokitseda. Palju häid ideid läheb tema sõnul raisku ainuüksi sellepärast, et nende elluviimiseks vajalikud vahendid on kümne luku taga: “Tänase päevani on ainult vähesed tehnoloogiad avatud.” Rademacheri uusim harrastus ongi avatud tehnoloogiate väljamõtlemine. 2005. aasta septembris lahkus ta animatsiooniprogrammeerija kohalt firmas PDI/Dreamworks Animation, et tegelda oma uue harrastusega Google’is. Tema sealsed projektid on esialgu alles “vaka all”.
Biotehnoloogia
Nikos Paragios, 34
Pariisi École Centrale
Selgem arvutisilm
Shereen El-Feki
Nägemine on üks keerulisemaid bioloogilisi protsesse. See aga ei takista Nikos Paragiosel sidumast seda looduse imet bittide ja baitide maailmaga. Paragios arendab nimelt tarkvara, mis võimaldab arvutitel senisest täpsemalt tõlgendada kujutisi &nd ash; tulevikus võidavad sel lest kõik elualad alates ravidiagnostikast ja lõpetades autosõiduga.
Pariisis École Centrale’i professorina töötades elab Paragios hoopis teistsugust elu kui lapsepõlvekodus tillukesel Egeuse mere saarel Karpathosel, kus ta suviti töötas vanematele kuuluvas kohvikus ja kus polnud ühtki arvutit. “Aga kõik pidevalt rääkisid, et arvutiteadus on tulevikuala,” meenutab ta. Seetõttu asuski ta Kreeta ülikooli õppima just seda ala.
Tänaseks on Paragiosest saanud teerajaja arvutinägemise valdkonnas. Mitmete teiste projektide seas tegeleb ta käeviibete matemaatilise modelleerimisega. Eesmärk on välja töötada tarkvara, mis võimaldab tõlkida viipekeelt tekstiks ja sel viisil hõlbustada kurtide suhtlemist kuuljatega. Tänu neile mudelitele võivad peagi ka autojuhid lülitite pööramise või nuppudele vajutamise asemel lihtsalt osutada armatuurlauale trükitud ikoonile, mille kaamerad ja pardaarvuti tõlgendavad vastavateks korraldusteks.
Kõige paremini aga tuntakse Paragiose tegevust piltdiagnostika alal. Princetonis Siemensi teaduslaboris töötades lõi ta automaatselt anatoomilisi struktuure tuvastava ja nende piirjooni määrava tarkvara. Näiteks südame magnetresonantspiltidel joonistab tarkvara välja keerukaid struktuure, nagu pärgarterid, mis võimaldab arstidel märgata infarktieelseid muudatusi. Tänaseks on Siemens Paragiose süsteemi oma magnetresonantsseadmetes juba kasutusele võtnud.
Paragios jätkab tööd piltdiagnostiliste tehnoloogiate alal. Koostöös Pariisi lähedal asuva Henri Mondori ülikooli kliinikumi arstidega on tal käsil tarkvara välja töötamine lihashaiguste, müopaatiate diagnoosimiseks ilma ebamugava biopsiata. Paragios ja tema töörühm keskendusid magnentresonantsuuringute eriliigile, difusioontensoruuringutele, milles kasutatakse ära veemolekulide liikumist eluskudedes. Eesmärk on koostada algoritmid, mille abil vee liikumise põhjal luuakse pilt lihaskiudude ehitusest ja paiknemisest, see omakorda võimaldab diagnoosida algavaid müopaatiaid.
Olgu rakendusviisid millised tahes, Paragios näeb oma teadustöö põhieesmärgina “teha midagi innovatiivset ja olla ühiskonnale kasulik”.
Riistvara
Anand Raghunathan, 34
Nec Laboratories America
Mobiilside turvalisemaks
Kate Greene
Probleem: juba ammu on õelvarakirjutajate ja identiteedivaraste sihtmärgiks olnud arvuti, ent mida enam ühendatakse internetti mobiilseadmeid, seda enam langevad rünnakute ohvriks just need – ja tagajärjed võivad olla veelgi hullemad. Taskutelefone ja pihuarvuteid nakatavad viirused suudavad levida juhtmevaba Bluetooth-ühenduse kaudu, mida kasutatakse andmevahetuseks mitmesuguse taskutehnika ning laua- ja autoarvutite vahel. Asi võib lõppeda õige õnnetult, kui viirusel õnnestub hüpata telefonist firma tulemüüriga kaitstud sisevõrku või auto navigeerimissüsteemi, kus see näiteks hävitab GPS-info või saadab korda midagi veel hullemat.
Lahendus: mobiilseadmete turvalisuse parandamiseks töötasid Anand Raghunathan ja tema töörühm NEC Laboratories Americas välja sellistele seadmetele mõeldud lisaprotsessori koodnimega Moses. Protsessor võtab enda kanda kõik seadme turvaülesanded, nagu andmete krüptimine ja kasutaja autentimine. Eraldi turvaprotsessor isoleerib süsteemist kõik salasõnu ja personaalteavet kaitsvad krüptimiskoodid. Nii et kui seade nakatubki viirusega, siis ei pääse see ligi pangaarvele või konto riarvutisse sisen emiseks mõeldud salasõnadele ja võib teha vaid piiratud kahju. Pealegi – kuna Moses on spetsiaalselt loodud andmete efektiivselt krüptimiseks ja lahtikrüptimiseks – kulutab lisaprotsessoriga telefon kõnealuste ülesannetega toimetulekuks tavalisest taskutelefonist kolm korda vähem energiat ja töötab viis korda kiiremini.
Lähiaastatel varustatakse niisuguste turvaprotsessoritega miljonid taskutelefonid, ütleb Raghunathan. Tema hinnangul on Mosesest kasu ka kõikidel teistel väikestel ammenduva vooluallikaga viguritel, nagu raadiosagedusel toimivad tuvastamisseadmed, võrku ühendatavad andurid ja MP3-mängijad.
Toome teieni neist mõnede huvitavamate noorteadlaste saavutused.
Aasta innovaator
Joshua Schachter, 32
Del.icio.us (Yahoo)
Kuidas panna üksikisikute erahuvi tööle ühise eesmärgi nimel – interneti süstematiseerimiseks
James Surowiecki
Aastal 2001 oli püsimatu loomuga kvantitatiivanalüütik Wall Streetilt Joshua Schachter murelik. 1990. aastate lõpul oli ta loonud veebikülje Memepool, mis tegelikult polnud midagi muud kui tema meelest huvitavate või kasulike linkide nimekiri. Aeg läks ja sedamööda, kuidas Memepooli kasutajad hakkasid saatma omi linke, mis nende arvates väärisid saidil jäädvustamist, kasvas Schachteri järjehoidjate kogu rohkem kui 20 000ni. See oli liig mis tahes kaustasüsteemi jaoks. Et kaoses mingitki korda luua, kirjutas Schachter programmi nimega Muxway, mis varustas kõik lingid lühikese märgendi või võtmesõnaga – nii sai ta näiteks korraga üles leida kõik saidid, mis kandsid märgendit “Wifi” või “matemaatika”.
Schachteri huvitavate linkide kogu leidis pidevalt uusi külastajaid, ainult et nüüd oli see tänu Muxwayle märgendite kaupa süstematiseeritud. Üsna varsti kasvas liiklus tema leheküljel 10 000 külastuseni päevas. Schachter mõistis, et hoolimata interneti infouputusest (või ehk just selle tõttu) valitseb kasutajate meelest ikkagi heade linkide puudus ja nad tahavad vägagi teada, milliseid saite teised inimesed hindavad. Samuti arvas ta, et kui märgendamisest oli kasu temale, siis võib see aidata ka kõikidel teistel järjehoidjate hoidmist ja leidmist lihtsustada. Sellest innustust saanud, kirjutas ta Muxway ümber ja avas selle 2003. aastal veebikülje del.icio.us kujul. Paari aastaga leidis del.icio.us sadu tuhandeid kasutajaid ja kujunes üksikkasutajate isikliku info korrastamise vahendist kogu internetti süstematiseerivaks rakenduseks. Nüüd kasutatakse seda sageli kui näidet niinimetatud Web 2.0 tööpõhimõttest – süsteemist, milles veebikülgede ja onlain-rakenduste peamine väärtus luuakse kasutajate tegevusega.
Sisuliselt on del.icio.us’i järjehoidjasüsteem koht, kus hoida kõiki neid linke, mis ei mahu isiklikku lemmikutekausta. Menukaks kujunes see aga sellepärast, et lubab kõikidel teha seda, mida Muxway lubas teha Schachteril endal – mitte lihtsalt pidada lingikogu, vaid ka seda süstematiseerida. Internetis ringi kolades võivad kasutajad nüüd märgendada huvipakkuvaid lehekülgi mis tahes sõnaga ja del.icio.us peab need kõik meeles.
“Järjehoidjaid kasutatakse kahel põhjusel: emb-kumb, kas konkreet set külge võib edaspidi veel vaja minna või siis ei jõuta seda praegu lugeda, aga tahetakse lugeda hiljem,” selgitab Schachter. “Küsimus on selles, kuidas kõiki neid kuhjuvaid järjehoidjaid hallata. Probleem taandub tegelikult mälule ja info ülesleidmisele sealt ning tehnilistele lahendustele, millega muuta mälu paremini mastaabitavaks.”
Schachter vältis teadlikult märgendamissüsteemi kasutajatele reeglite pealesurumist. Ta teadis, et sellest poleks mingit kasu: “Kui ma hakkaksin kellelegi seletama, et kuule, sa ei tohi seda märgendit niimoodi kasutada, siis nad saadaksid mu lihtsalt persse,” ütleb ta.
Samuti mõistis ta, et kui kõik saavad kasutada tema ettekirjutatud menüüvalikute asemel oma isiklikke võtmesõnu, siis on neile kogu asjast hoopis rohkem praktilist abi. Iga del.icio.us’i kasutaja loob tegelikult oma ainulaadse interneti klassifitseerimise süsteemi: nii näiteks võib üks inimene märgendada Dallas Mavericksi võistkonna omanikust Mark Cubanist rääkiva artikli sõnaga “Mavericks”, teine sõnaga “napakas” ja kolmas “Mavericks” ja “napakas”. (Del.icio.us laseb kasutajatel siduda iga veebiküljega nii mitu võtmesõna, kui keegi tahab.) “Kui inimene tahab mingit lehekülge hiljem üles leida, siis peab ta saama kasutada omaenda märksõnu, mitte kellegi teise omi,” ütleb Schachter.
Kui praeguseks on del.icio.us’ist saanud kollektiivne interneti süstematiseerimise vahend, siis alguses oli tegu märksa vähenõudlikuma projektiga. Esmalt oli see mõeldud üksnes kasutajate isikliku info haldamiseks. “Et süsteem oleks edukas, peavad kasutajad tundma, et see on neile otseselt kasulik,” räägib Schachter. “Kui mingi rakenduse väärtus sõltub ainult kasutajate hulgast, siis on seda hulka raske kokku saada, sest inimesel puudub stiimul toodet esimesena kasutada. Ideaaljuhul on süsteem vajalik juba esimesele kasutajale.”
Siin peitubki del.icio.us’i erinevus nn võrgulisele välismõjule (network externality) toetuvatest süsteemidest, mis on väärtuslikud ainult siis, kui neil on palju kasutajaid. Väga raske oli leida esimest ostjat faksiaparaadile, sest faksist pole mingit abi, kui see on olemas ainult ühel inimesel. Ent del.icio.us töötas juba üheainsa kasutajaga, kelleks oli Schachter ise.
Läks nii, et väga paljud leidsid del.icio.us’i olevat kasuliku esimesest hetkest, mis kindlustas sellele tõelise rohujuuretasandil läbimurde. Schachter pole oma toodet ei reklaaminud ega turundanud. Ent sait osutus nii edukaks, et 2005. aastal loobus ta palgatööst Morgan Stanleys, hankis investoritelt vajaliku raha ja vormistas del.icio.us’i iseseisvaks ettevõtteks. Vähem kui aasta hiljem ostis selle Yahoo!, mille kasutajagruppide divisjonis Schachter sestsaadik juhib täiskohaga enda loodud saiti.
Schachteri esialgne üksikkasutajale suunatud fookus pole kuhugi kadunud ja on del.icio.us’i ideest lahutamatu. Ent aina uute kasutajate lisandumisega kaasnes üks huvitav tagajärg: üheskoos moodustasid üksikkasutajate märgendid veebikülgede klassifitseerimiseks sobiva süsteemi. Esmapilgul tundub, et del.icio.us ei saa millekski selliseks kõlvata, sest iga inimene kasutab oma isiklikke võtmesõnu ja süsteemil puudub kõrgemalseisev korrapidaja. Kuid administraatori puudumisele vaatamata on süsteemi kasutajate eraviisilise tegevuse saadus üllatavalt hästi organiseeritud – ja üllatavalt tark. Mis tähendab, et kui otsida del.icio.us’ist konkreetse märksõnaga tähistatud saite, on tulemuseks silmapaistval t asjalik – ja tasakaalustatud – allikate nimekiri. Teisisõnu – ehkki del.icio.us ei vajanud suurt arvu kasutajaid, et olla kasulik, andis suur kasutajate hulk sellele hoopis uutmoodi väärtuse. Pooljuhuslikult selgus, et tegu on suurepärase orienteerumisvahendiga interneti jaoks.
Del.icio.us’i kasutajad on olnud kaasosalised – võimalik, et täiesti ebateadlikult – tehnobloger Thomas Vander Wal’i väljendit kasutades folksonoomia ehk paindliku, kasutajate valikutest orgaaniliselt tekkinud süsteemi loomises. Sellise süsteemi alternatiiv on kõigile ammu tuntud normatiivne, hierarhiline organisatsioon, mida internetiteoreetik Clay Shirky on nimetanud “ontoloogiliseks”.
Sellise liigituse hea näide on Dewey kümnendsüsteem: kõikidel objektidel on hierarhilises organisatsioonis oma kindel koht ja kõiki objekte määratletakse ainult ühel viisil – konkreetsel raamatul on raamatukogus üks kindel asukoht. Seevastu “folksonoomias” on määratlused hägusamad. Del.icio.us’i süsteemis on ühel veebilehel palju eri võtmesõnu, mis tihtipeale pole omavahel kuidagi seotud, ning puudub normatiivsus. Veebileheküljed ei paikne seega igaüks ühes kindlas loetelus, vaid paljudes, ja vahel ka mõnes üsna ootamatus kohas. Niisiis on “folksonoomiad” segasemad kui “ontoloogiad”.
Ent nagu del.icio.us on näidanud, kaaluvad folksonoomiate plussid üles nende miinused.
Esiteks on folksonoomiad dünaamilised, mitte staatilised. Veebifolksonoomia võimaldab sisu vastavalt kasutajate huvide muutumisele ümber liigitada. Mõni täna huvi pakkuv teaduslik artikkel võib olla sama huvitav kümne aasta pärast, kuid põhjus, miks see inimestele korda läheb, võib siis juba olla hoopis teine. Traditsiooniline klassifikatsioon jääb niisugustel puhkudel hätta – kui objekti sisu on seal kord juba määratletud, siis kehtib see määratlus igavesti. Folksonoomias toimub ümberliigitamine peaaegu automaatselt – näiteks sel teel, et kasutajad hakkavad artiklit märgendama teistsuguste, ajakohasemate märksõnadega. Samuti kajastavad veebifolksonoomiad paremini saitide mitmetähenduslikkust ja eri kasutusvõimalusi, kuna võtmesõnade tähendusele ei seata siin mingeid piire. Omamoodi kasulik on teada, et paljud inimesed on märgendanud Mark Cubanit puudutavad kirjutised lisaks teistele olulisi asjaolusid tähistavatele sõnadele ka sõnaga “napakas”.
Kõigele lisaks on folksonoomiad odavad. Kujutlege, kui palju aega ja tööd võtaks tavapärase organiseerimismasina loomine kõikide internetilehekülgede süstematiseerimiseks, ning selle hilisem hooldamine ja uuendamine. Del.icio.us’i kujul aga on tegu pidevalt täieneva organisaatoriga, mis ei maksa peaaegu midagi.
Folksonoomiate suurim ahvatlus – ja põhjus, miks del.icio.us toodab nii vähese palgatööjõuga nii palju väärtust – on see, et nad ei nõua kasutajatelt muud vaeva kui omaenda arvutis enda tarbeks veebilehtede märgendamist. Ja nagu muuseas ehitavad nad seda tehes väga tarvilikku infokorraldamise süsteemi. See eristabki del.icio.us’i teistest tuntud Web 2.0 saitidest nagu Wikipedia ja Digg, millesse panustatakse otsest isiklikku kasu taotlemata.
Schachteri arvates teeb fakt, et del.icio.us ei eelda oma kasutajatelt omakasupüüdmatust, süsteemi ainult tugevamaks. “Mul ei ole eriti usku suurte inimhulkade altruistlikku käitumisse,” ütleb ta. “Inimesed on, nagu nad on.” Nendes sõnades on eksimatult kuuldav Adam Smithi hääl: del.icio.us on nag u hästi töötav turg, mis toodab üksikisiku omakasupüüdlikkusest kollektiivset heaolu.
Praegu on del.icio.us’il üle 300 000 registreeritud kasutaja ning saiti külastatakse päevas sama palju kui kogu esimese aasta jooksul. Aga ehkki märgendamisest on saanud veebinduse moesõna, millega kõik firmad tahaksid end siduda, tunnistab Schachter, et valdav enamik veebikasutajatest ei tegele üldse märgendamisega – ja ilmselt pole sellest elu sees kuulnudki.
Kuidas siis leida saidile uusi kasutajaid? “Selleks tuleks lahendada mõni inimeste eluline probleem,” ütleb Schachter. “Aga nad ei pruugi ise iga kord teadagi, et probleem eksisteerib, nii et see pole sugugi lihtne.” Peamiselt huvitab teda ikkagi saidi väärtus üksikkasutajale, mitte niivõrd selle folksonoomiline pool, sest tema meelest on olulisem aidata üksikisikutel informatsiooni säilitada ja leida kui süstematiseerida internetti. Ja ilmselt põhinebki del.icio.us’i kasv edaspidigi just üksikkasutajatele mõeldud väärtustel.
Olgu tulevik milline tahes, igatahes on Schachter juba praegu näidanud, et sadade tuhandete sõltumatute ja isikupäraste hinnangute näilikust kaosest võib välja kasvada korrapära ja teadmus. Ja kui meenutada tema enda ideed mastaabitavast mälust, siis ongi del.icio.us aidanud luua üsna tähelepanuväärse ühiskondliku mälupanga, kust kõik leiavad rohkem ja paremat teavet, kui see muidu õnnestuks: “Veebikülje võib süsteemist välja kutsuda hoopis keegi teine kui see, kes ta sinna jäädvustas. Del.icio.us on koht, kuhu salvestatakse isiklikku tähelepanu. Ainult et sellest saavad osa kõik.” Ja mida aeg edasi, seda enam see võimalus kasu toob. “Mida paremini me maailma mõistame, seda paremini saame omadega hakkama,” ütleb Schachter. “Ma olen kindel, et lõppude lõpuks võidavad need, kes mõistavad.”
Nanotehnoloogia
Song Jin, 31
Wisconsin-Madisoni ülikool
Nanojuhtmed ühte viirgu
Kevin Bullis
Son Jin on välja töötanud lihtsa meetodi nanojuhtmete joondamiseks, mis võimaldab spetsialistidel neist vähese vaevaga koostada kasulikke seadmeid, nagu näiteks bioandureid. Jin survestab veepinnal ujuvaid nanojuhtmeid rõhu abil, kuni need paiknevad ühesuunaliselt. Seejärel kannab ta joondatud nanojuhtmed sobivale pinnale, millele kinnitatakse tavalist litograafilist meetodit kasutades elektroodid.
Oma meetodi näitlikustamiseks ehitas Jin nanojuhtmetransistoride komplekti. Iga element moodustub ühest kesksest elektroodist ja hulgast ümbritsevatest elektroodidest. Elektroode ühendavad juuksekarva meenutavad nanojuhtmed.
Koostades nanojuhtmed molekulidest, mis seovad teatavaid konkreetseid viirusi või keemilisi ühendeid, on teadlased tõestanud selle meetodi sobilikkust diagnostikaseadmete valmistamiseks: kui niisugusele nanojuhtmele kinnitub viirus, muutub juhtme takistus täpselt samuti, nagu pinge mõjul muutub pooljuhi takistus. Nanojuhtmed on piisavalt tundlikud, et registreerida ühtainsat viirust.
Internet
Sumeet Singh, 31
Cisco
Kiirem kaitse arvutiviiruste eest
Daniel Turner
Probleem: tänased viirustõrjesüsteemid vajavad inimest – kui avastatakse, et võrku on rünnatud, asuvad turvaspetsialistid otsima konkreetset baidirida, pahatahtliku programmi unikaalset signatuuri. Et tarkvara rünnakud ära tunneks ja neid tõrjuda suudaks, tuleb see signatuur alla laadida (sageli toimub see automaatselt). Ent kogu see tegevus kestab tunde – või koguni päevi –, sella l kui viirused suudavad nakatada k uni 55 miljonit arvutit sekundis.
Lahendus: Sumeet Singh automatiseeris usside ja viiruste avastamise täielikult, seades kaitsjad ründajatega võrdsele positsioonile. California San Diego ülikoolis õppides taipas Singh, et ussid ja viirused liiguvad võrgus tavaliiklusest erinevalt: pahatahtlik programm üritab end paljundada ja levida, selle asemel et lihtsalt liikuda punktist A punkti B. Seejärel lõi ta just sellisel viisil käituvaid andmepakette otsiva tarkvara.
Singhi tarkvaraga varustatud ruuterid ja kommutaatorid suudavad ära tunda võrku sisenenud pahatahtliku programmi ja luua “vaktsiine” selle leviku takistamiseks. 2004. aasta juunis asutas Singh koos oma doktoritöö juhendaja, infotehnoloogia professori George Varghesega firma NetSift, et uus tarkvara turule tuua. Juba aasta hiljem ostis Cisco NetSifti; sealtpeale on uudse kaitsemehhanismi juurutamine Cisco ruuterites ja kommutaatorites toimunud Singhi juhtimisel. Ta usub, et tehnoloogia, mis suudab skaneerida üle 20 gigabiti andmeid sekundis, aitab peagi tabada kõik viirused ja ussid niipea, kui nad välja ilmuvad.
Riistvara
Ling Liao, 33
Intel
Valgustatud arvutid
Neil Savage
Lähima paari aasta jooksul hakkavad arvutikiibid töötlema andmeid sedavõrd suurtel kiirustel, et neid ühendavad juhtmed jäävad info edastamisega hätta. Üks võimalik lahendus on võtta andmete liigutamiseks kasutusele miljardeid kordi sekundis plinkivad laserkiired. Inteli footontehnoloogia osakonnas töötav Ling Liao pingutab selle nimel, et see päev saabuks kiiremini, püüdes leida võimalusi oluliste optikakomponentide valmistamiseks samast ränist, millest on tehtud arvutikiibid. See muudaks nende sidumise süsteemiga lihtsamaks ja vähendaks kulusid.
Kuid räni on tavatingimustes vilets optiline materjal. Eriti raske on teha sellest valgust moduleerivaid osi – see tähendab, tekitada andmete kodeerimiseks vajalikku vilkumist. Paljude eksootilisemate materjalide valgusjuhtivus sõltub muudatustest elektriväljas, kuid räni sel viisil ei käitu.
Liao leidis, et kui paigutada kahe räniploki vahele õhuke ränidioksiidi kiht, siis on võimalik kiiresti koondada kummalegi ränipinnale elektronlaeng ja see sama kiiresti eemaldada. See mõjutab räni läbivaid valguslaineid, muutes valguse vastavalt tumedamaks või heledamaks. Pinge muutmise abil laenguid tekitades ja vabastades on võimalik moduleerida valgust 10 gigabiti andmete jagu sekundis ning lähitulevikus loodab Liao seda kiirust veelgi suurendada. Tema loodud seade võib leida tee teie raali ehk alles kümne aasta pärast, ent kunagi tuleb seegi aeg, kus optilise andmeedastuse kiirus ületab tänast sadu ja sadu kordi.
Tarkvara
Paris Smaragdis, 32
Mitsubishi Electricu teaduslabor
Masinad õpivad kuulama
Infotehnoloog Paris Smaragdis ehitab maailma kõige täiuslikumaid “masinkõrvasid” – tarkvara abil, mis jälgib inimeste liikumist ruumides, kuulab tööstusmasinate müra, et ennetada rikkeid, ja käivitab liiklusjärelevalvekaameraid liiklusõnnetuste korral. See on töö, millest kuuldakse veel nii mõndagi.
Biotehnoloogia
Liam Paninski, 28
Columbia ülikool
Aju sõnumite tõlkija
Jennifer Chu
Juba praegu suudavad teadlased tõlgendada aju signaale niivõrd oskuslikult, et “mõtete lugemine” ei paistagi teab mis kauge tulevik. Üks selle ala noori teerajajaid on neuroloog Liam Paninski, kes kasutab aju elektriliste signaalide dešifreerimiseks statistikat.
Kuna närvirakkude akti veerumisjoonised on äärmiselt keerukad, s iis on raske kindlaks määrata, millised neist kutsuvad esile milliseid reaktsioone ja kuidas täpselt neid stimuleeritakse. Paninski loob matemaatilisi mudeleid, et neid skeeme lahti harutada. Browni ülikooli tudengina koostas ta algoritmi, mille abil dekodeeris aju käskluse käe liigutamiseks. Selle koodi põhjal lõi Browni ülikooli neuroloog John Donoghue implantaadi, mille abil halvatud patsientidel on võimalik mõttejõuga juhtida robotkätt, liigutada kursorit või mängida videomänge.
Praeguseks Columbia ülikoolis professorina töötav Paninski on asunud statistiliste meetodite abil dekodeerima nägemist. Tulevikus loodab ta anda pimedatele nägemisvõime ajju istutatud “videokaardi” abil, mis tõlgib digitaalsed signaalid närviimpulssideks.
Lisaks tegeleb ta epilepsia ravi puudutavate uuringutega: mida täpsemalt teadlased suudavad aju signaale tõlkida, seda tõenäosemaks muutub Paninski arvates kogu normaalse ajutegevuse täielik kaardistamine lähiajal. Sellise kaardi abil suudaksid teadlased märgata kõrvalekaldeid, nagu näiteks epileptilisi atakke. Paninski kujutab juba vaimusilmas ette hoiatusseadet, mis annab patsiendile varakult märku ebanormaalsetest signaalidest, nii et ta võib võtta õigel ajal ravimit või vähemalt otsida enne krambihoo algust enesele turvalise koha.
Nanotehnoloogia
Michael Wong, 34
Rice’i ülikool
Puhas keskkond nanoosakeste abil
Alexandra Goho
USAs on umbes 300 000 ohtlike jäätmete hoidlat. Kogu sealse saastunud pinnase ja pinnavee puhastamine on seega aukartust äratav ülesanne. Keemik Michael Wong võitleb mürgiste jäätmetega nähtamatute osakeste abil, mis lagundavad orgaanilist saastet kiiremini ja võimalik et ka odavamalt kui olemasolevad puhastustehnoloogiad.
Osakeste kujul on tegemist vaid neljananomeetrise läbimõõduga kullagraanulitega, mille pinnale on kantud pallaadiumiosakesi. Nanoosakeste massiga võrreldes suur pind võimaldab neil lagundada kemikaale kiiremini, kui suuremad osakesed seda suudaksid, ent nende põhiline eelis muude vahendite ees on ainulaadne metallide kombinatsioon.
Pallaadium suudab ka üksi lagundada mürgiseid ühendeid, nagu TCE ehk trikloroetüleen – tööstuslik rasvaeemaldi, mida seostatakse vähi tekkega ja mida esineb 60 protsendis föderaalse keskkonnameti Superfund-projektiga liitunud hoidlatest. Pallaadiumi pihustamine kullale aga annab sünergeetilise tulemuse: kahest metallist koosnevad osakesed toimivad võimsa katalüsaatorina kloori aatomite eraldumisele TCE molekulidest, muutes protsessi sada korda kiiremaks kui ainult pallaadiumiga puhastades.
Praegu töötab Wong välja lahendusi oma nanoosakeste lisamiseks saastatud pinnavee puhastamiseks mõeldud filtritele. Et graanuleid paigal hoida, leiutas ta meetodi nende “kasvatamiseks” õõneskiudude sisepinnal. Välitingimustes katsetamiseni jõuab süsteem juba tänavu sügisel.
Internet
Ben Zhao, 30
California Santa Barbara ülikool
Paremad partnervõrgud
Erika Jonietz
Ben Zhao tahab täiustada internetti uute võrkude istutamisega selle sisse.
Zhao loob struktureeritud kattevõrke. Need on partnervõrgud, mis sarnanevad failivahetussüsteemides kasutatavatega: andmevahetus toimub interneti teel otse üksikkasutajate vahel. Ent erinevalt võrkudest, kus igal arvutil on võimalik suhelda ükskõik millise teise arvutiga, kehtivad struktureeritud kattevõrkudes ranged reeglid selle kohta, milline masin millist kõnetada tohib. See võimaldab lii gutada andmeid tõhusamalt n ing kiiremini avastada tõrkeid ja liiklust vastavalt ümber suunata. “Võtmesõnad on kohanevus, taastuvus, töökindlus,” ütleb Zhao.
California Berkeley ülikoolis õppides kirjutas Zhao Tapestry – kogumi võrguprotokolle, mis pani aluse ühele esimestest struktureeritud kattevõrkudest. Tema kaaslased Berkeleys lõid rakenduse nimega OceanStore, mis pakub Tapestry vahendusel odavat, usaldusväärset ülemaailmset andmesäilitusteenust. Hiljem on Zhao ise ja mitmed teised loonud terve hulga Tapestryga töötavaid programme.
California Santa Barbara ülikooli professorina on Zhao keskendunud struktureeritud kattevõrkude turvalisemaks muutmisele. Tehnoloogia on pälvinud juba ka Microsofti tähelepanu. Edu korral võime peagi oodata uute kasulike isetoimivate ja -paranevate võrkude tulekut.
Tarkvara
Jane McGonigal, 28
42 Entertainment
Uued mängumaailmad
Mark Williams
Telefoniautomaat hakkab helisema. Teada on niipalju: 26. sajandil laaditi sõjaväe kosmosealusel asuva Melissa nime kandva tehisintellektiseadme mällu noore tütarlapse teadvus. Seejärel paisati alus ajas tagasi käesolevasse aastasse 2004. Kogu meeskond hukkus, Melissa aga pääses vigastustega ja peidab end nüüd ühe California Napa Valley mesiniku veebiserveris. Te leidsite selle telefoniautomaadi GPS-koordinaadid mesiniku veebilehelt IloveBees.com. Te surute telefonitoru vastu kõrva ja kuulete Melissa häält.
Kui kõik see tuleb teile tuttav ette, siis olite ilmselt üks “I Love Bees” 600 000 alalisest mängijast 2004. aastal. Tänini on see jäänud kõige menukamaks alternatiivmaailma-mänguks. Jane McGonigal, kes hiljuti omandas California Berkeley ülikoolis doktorikraadi etenduskunstides, on alates tööle asumisest firmas 42 Entertainment üks selle mängu neljast “nukujuhist”. Firma ise paikneb Californias Emeryville’is ning tegeleb meelelahutuslike turunduskampaaniate ja ka algupärase sisu tootmisega.
Microsoft palkas nimetatud firma looma oma peatselt turule paisatava videomängu “Halo 2” promokampaania raames uut massilise mängijaskonnaga alternatiivmaailma-mängu. McGonigal koostas reaalse maailmaga haakuvad “missioonid”, milles kasutati ära ja samas mõjutati mitmesuguseid mängijate omaalgatuslikke organiseerumisvorme. Just see, et suudeti tekitada ja koos hoida üleilmset mängijaskonda, tagas mängule “I Love Bees” sedavõrd suure edu.
McGonigali sõnul loovad alternatiivmaailma-mängude koostajad võrgutehnoloogiate – e-posti, veebikülgede, interneti jututubade, tekstisõnumite ja telefonikõnede abil uut tüüpi kogukondi, kelle “kollektiivne intellekt” võimaldab lahendada üksikisikutele lahendamatuid probleeme. 2005. aastal pälvisid tema ja “I Love Beesi” töörühm Game Developers Choice’i innovatsiooniauhinna ja International Academy of Digital Arts and Sciences auhinna Webby.
McGonigal jätkab tööd 42 Entertainmenti juures. 2005. aastal lõi ta mängu “Tombstone Hold ‘Em”, mis oli osa Activisioni mängu “Gun” mullusest esitluskampaaniast: mängijad kogunesid vanadele kalmistutele pokkeripartiideks, milles kaartide asemel kasutati hauakive. Nii leiab ta mängijatele tegevust pakkudes ka uudseid kasutusvõimalusi avalikule ruumile. Mänguloojana ammutab ta ohtralt ideid sellest, kuidas mängijad tema välja mõeldud missioone täiendavad: “Nad tulevad alati palju huvitavamate lahenduste peale kui ma ise.”
Nanotehnoloogia
William King, 32
Georgia T ehnoloogiainstituut
Maailma kõige väiksem jootekolb
Peter Fairley
Mida võiks peale hakata nanomõõdulise jootekolbiga? William King juba oskab sellele tööd leida. Ülikooli lõpus tehti Kingile ettepanek liituda IBMi Zürichi laboris arendatava projektiga “Millipede” (ingl k “tuhatjalg”). Projekti raames katsetatakse andmesalvestusseadet, milles silikoonvarda kõigest 20nanomeetrise läbimõõduga teravik “kirjutab” plastpinnale andmeid 50 korda tihedamalt kui parimad tänapäevased kõvakettaga salvestusseadmed.
Modelleerides soojuse liikumist peenikestes silikoonvarrastes, andis King IBMi inseneridele võimaluse soojusimpulsse täpselt juhtida – nii saab kasutada üht ja sama teravikku andmete salvestamiseks, lugemiseks ja ka kustutamiseks. Asunud 2002. aastal tööle Georgia Tehnoloogiainstituuti, rakendas King oma oskusi nanojootekolbide väljatöötamisel, mida saab kasutada väga mitmesuguste asjade valmistamiseks alates mikroskeemidest ja lõpetades asendusorganite ja kudede matriitsidega. Varda teraviku temperatuuri muutmine miljon korda sekundis 1200 kraadilt toatemperatuurini võimaldab Kingil teha oma “kolviga” – ükskõik kas materjaliks on pooljuht, isolaator või biopolümeer – palju täpsemaid operatsioone kui üles-alla liikuvate silikoonnõeltega.
Internet
Jason Fried, 32
37signals
Lihtne rühmatöö onlainis
Jeff Bezos, Amazon.com’i peadirektor ja 37signalsi esimene ettevõtteväline investor
37signals loob agressiivselt lihtsaid veebipõhiseid rühmatöövahendeid, mis on inimestele abiks mitmesugustes tegevustes alates perekonna päevakava koostamisest ja lõpetades suurte äriprojektidega. Sajad firmad on võtnud oma ajasäästlike onlain-lahenduste aluseks 37signalsi loodud avatud lähtekoodiga tarkvara Ruby on Rails. Seitsme inimese firma asutaja ning president Jason Fried armastab öelda: “Parem rääkida lühidalt ja hästi kui pikalt ja kehvasti.” Selle eeskujul võiks allakirjutanu jätkata: “Jason on immuunne dogmade suhtes ja temalt on palju õppida. 37signalsi kujul on ta rajanud elegantseid tooteid pakkuva elegantse firma, mis hoiab kinni põhimõttest: vähem on rohkem.”
Biotehnoloogia
Edward Boyden, 27
Stanfordi ülikool
“Lüliti” närvirakkudele
Horace Freeland Judson
Isegi Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi ja Stanfordi laborite hüpertehnikute hulgas torkab Edward Boyden silma ülevoolava sära, energia, nakkava vaimustuse ja leidliku lähenemisega uskumatult ambitsioonikatele projektidele – ja oma kõige avatumatel hetkedel lisaks ka eheda mängulustiga. Massachusettsis omandas ta bakalaureusekraadi füüsikas ja bakalaureuse ning magistri elektroonikas ja infotehnoloogias – seda kõike üliheade hinnetega ja juba 19aastaselt. Vaimustus infotehnoloogiast tõi ta neurobioloogia juurde. “Aju on kolmemõõtmeline peen mikroskeem,” ütleb ta. “Omamoodi üliarvuti.”
Ta jäi pidama Stanfordi, kus kaitses 2005. aastal 26aastasena doktorikraadi. Seal töötas ta välja leidliku tehnoloogia igasuguste närvirakkude – ka nende, mis paiknevad tajude, käitumise, mõtlemise, tunnete ja mälu eest vastutavas ajukoores – analüüsimiseks ja koguni aktiveerimiseks.
Kõige keerukam probleem ajukoorega tegelevatele teadlastele ongi närvirakkude koostöö lähimate naabritega. Ajukoor koosneb umbes 20 miljardist neuronist, millel on hulk eri ülesandeid . Juba aastaid on neurobioloogide käsutuses olnud mitmeid meetodeid üksikute närvirakkude impulsside mõõtmiseks. Samas polnud olemas mingit juhitavat sisendit – võtet üht kindlat tüüpi rakkude tuvastamiseks ja aktiveerimiseks.
Boydeni elegantne ja nutikas geenitehnoloogiline lahendus on just selline teadlaste pagasist puuduv vahend. See põhineb omapärasel valgul nimega membraanrodopsiin-2 ehk ChR2. Looduslikes tingimustes rohevetika rakumembraanis leiduv valk muudab sinise valguse mõjul raku elektrivälja. Koostöös kolleegidega Stanfordist ning valgu ja seda kodeeriva geeni eraldanud Saksa teadlastega ühendas Boyden ChR2 geeni rohelise valguse mõjul helenduma hakkava valgu geeniga, mille tulemusena saadi uudne valk. Selle valgu geeni istutasid teadlased roti närvirakkudesse. Rohelise valguse all hakkasid uudset valku sisaldavad rakud helendama, sinine valgus aga aktiveeris nad.
Sel moel lõi Boyden täpse ja töökindla, tuhandiksekundi jooksul reageeriva lülitusmehhanismi – just sellise kiirusega mõjutavad närvirakud üksteist looduslikes tingimustes.
Hiljem on ta kasutanud ka geneetilisi elemente, mis võimaldavad määrata, millist tüüpi neuronid uut valku toodavad. Näiteks hiire ajju viiduna võib valk märgistada üht konkreetset tüüpi närvirakke, mis võimaldab teadlastel uurida nende funktsioone. Üks võimalik kasutusala on Boydeni sõnul konkreetsete “tehete” – näiteks otsustusprotsessi eest vastutavate närvisüsteemi osade uurimine.
Meetodi kliinilised rakendusvõimalused on äärmiselt avarad: aktiveerides valku ajusse istutatud optiliste kiududega, võivad meedikud vastavalt vajadusele aktiveerida konkreetse ülesandega närvirakke. Siit võivad välja areneda uued pöördelised meetodid ajuhaiguste, nagu Parkinsoni tõve ja isegi teatavat tüüpi nägemiskaotuse raviks, arvab Boyden. Tema sõnul võib vastavate närvirakkude aktiveerimise abil osutuda võimalikuks inimese teadvus- ja tundeseisundite mõjutamine – näiteks pikaajalise raske depressiooni ravi. Avaramas plaanis näeb ta võimalust täiustada vaimseid võimeid ja koguni juhtida inimeste käitumist.
“Võimalik, et selle tehnoloogia mõni lihtsam versioon leiab juba homme kasutust kõige pakilisemate probleemide lahendamiseks,” ütleb Boyden. “Ma näen siin tugevat sünergiat väga-väga keeruliste probleemide lahendamise tehnoloogiatega, nagu psüühiliste häirete ravi, teadvuse tundmaõppimine, aju ja tehnika vahelise liidese loomine – teel nendele tippudele saame maha pidada hulga väikesi pidusid!”
Telekom
Apostolos Argyris, 31
Ateena ülikool
Müraks maskeeritud info
Sam M. Williams
Teoreetilist matemaatikat tahke keha füüsikaga ühendades on Apostolos Argyris loonud uudse, peaaegu lahtimuukimatu krüptimismeetodi. Ateena ülikooli tudengina demonstreeris Thessalonikist pärit noormees esimest korda andmeside “kaootilist sünkroonimist”: kasutades laserdioode, võimendeid, peeglit ja üle 120 km pikkust maa-alust kiudkaablit, maskeeris ta oma sõnumi nn valgeks müraks, mis vastuvõtja poolel kadudeta dekodeeriti.
See protsess on ilmekalt seotud kaoseteooria aluseks oleva hästi tuntud “liblikaefektiga”. Selle teooria kohaselt annab piisava keerukusastmega süsteemides muutujate vähimgi kõrvalekalle oluliselt erineva tulemuse. Seevastu, kui täpselt replitseerida sisendit, peaks replitseeruma ka väljund, olgugi et see näib esmapilgul korrapäratu. Sellest põhimõttest lähtuvalt kombineeris Argyris digitaalse sõnumi kaootilise, kiirelt muutuva lasersignaaliga – kaootilise signaali ebakorrapärane vorm toimib sõnumi maskeeringuna ja võimaldab eksitada tavapäraseid pealtkuulamisseadmeid. Vastuvõtja poolel tekitatud täpselt samasuguse kaootilise signaali abil saatjapoolne signaal taandatakse, mis võimaldab puhtalt kätte saada algse sõnumi.
Kirjeldatud viisil on praegu võimalik andmeside kiirus üks gigabitt sekundis (sellest piisab kõne ja videosignaali krüptimiseks). 2009. aastaks loodab Argyris suurendada selle 10 gigabitini sekundis. Tema hinnangul ei hakka kaootiline krüptimine asendama tarkvaralist, küll aga pakub peagi olulist lisakaitset kõige tundlikumates andmeside valdkondades.
Biotehnoloogia
Jay Shendure, 31
Harvardi ülikooli meditsiiniteaduskond
Genoom tuhande dollari eest
Emily Singer
Meditsiinitudengist biotehnoloog Jay Shendure lööb geneetikas laineid uudse DNA sekveneerimistehnikaga.
2005. aastal määras ta ilma ühegi eritellimusel ehitatud seadmeta kindlaks DNA nukleotiidse järjestuse bakteri genoomis – 20 korda kiiremini ja 9 korda odavamalt, kui oleks olnud võimalik tavapäraste sekveneerimisvõtetega. Praegu töötab Shendure lahenduse edasise tõhustamise kallal – aastaks 2015, nagu ta ütleb, võib inimese genoomi sekveneerida selle abil vaid 1000 dollariga.
Tema tehnika põhineb Harvardis George Churchi laboris välja töötatud nn polümeraaskolooniate meetodil. Shendure külvab klaasplaadile miljoneid üliväikesi helmeid, millest igaühele kinnitub väike DNA fragment. Seejärel lisab ta helenduva märgistusega nukleotiidid. Nukleotiidid seonduvad lühikeste komplementaarsete DNA-ahelatega ning seejärel määratakse nende asukoht fragmentides tavalise fluorestsentsmikroskoobiga.
Järgmisena kavatseb Shendure rakendada seda tehnikat kopsukasvaja genoomi sekveneerimiseks, et välja selgitada seda põhjustavad geenmutatsioonid.
Biotehnoloogia
Alice Ting, 31
Massachusettsi tehnoloogiainstituut
Valgus rakkude sisemuses
Jon Cohen
Alice Tingi filmid ei täida kinosaale, küll aga rajavad teed teaduse vallas, jäädvustades fluorestseeruvate ainete abil ennenägematu üksikasjalikkusega rakkude siseelu.
Oma bioloogiliste “põnevike” filmimiseks vajas Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi keemiaprofessor Ting tugevat ja tõhusat valgusallikat. Nii töötas tema labor välja meetod i, kuidas liimida otse huvipakkuvatele valkudele ülitugevalt helenduvad märgised. Tavaliselt kasutatakse valkude helendama panemiseks meduusilt eraldatud roheliselt fluorestseeruvat valku GFP (Green Fluorescent Protein) ning selle teistes toonides helenduvaid sugulasi. Ent nendest valkudest eralduv valgus on sedavõrd nõrk, et ei võimalda vaadelda üksikuid molekule ega in vivo protsesse. Lisaks tuleb need markerid sisestada uuritavatesse valkudesse geneetiliselt, mis võib muuta viimaste käitumist ja häirida nende vaba liikumist rakkude vahel ja sees. Tingi kasutatud kvantpunktmärgised on GFPst kuni sada korda heledamad ja mõjutavad vaatlusaluseid valke hoopis vähem.
Ka teised laborid olid märkinud valkusid kvantpunktide – vastavalt suurusele eri värvitoonides helenduvate nanokristallide abil, kuid kasutanud nende kinnitamiseks kogukaid antikehi. Tingi labor otsustas sääraseid kohmakaid liideseid vältida ning töötas välja hoopis kindlama lahenduse, mis seisnes tillukeste valguliste kinnituspunktide “keevitamises” nii kvantpunktidele kui ka huvipakkuvatele valkudele. Seejärel ühendas Ting kaks kinnituspunkti ensüümi abil ja palun väga – raku elutegevus oli korraga suurepäraselt jälgitav. Selline kinnitussüsteem ei sobi ainuüksi kvantpunktidele, vaid seda saab kasutada mis tahes märkimisvahendite puhul.
“Alice Ting on tõeline novaator ja oma põlvkonna parimaid keemikuid,” ütleb tehnoloogiainstituudi keemiaosakonna juhataja Timothy Swager. “Tema meetodeid kasutavad juba kogu maailma teaduslaborid.” Üks Tingi uusimaid projekte on närvirakkude vaheliste ühenduste fluorestsentsuuringud, mille käigus õpitakse tundma õppimise ja mälu seisukohalt üliolulist biokeemilist protsessi. Niisiis võime ühel heal päeval tõepoolest näha filmi ka sellest, kuidas aju õpib. “Imetajate rakud on nii ilusad ja erilised,” teatab Ting. Nagu tõeline režissöör teab ta, millest räägib.
Nanotehnoloogia
Ashok Maliakal, 31
Lucent Technologies Bell Laboratories
Pehmed ekraanid
Alexandra Goho
Elastsed pooljuhid on juba kasutusel paljudes elektronseadmetes, näiteks kirgastes ja ka otseses päikesevalguses hästi nähtavates ekraanides. Ent suuremõõdulisemate elastsete ekraanide – näiteks kokkurullitava ja kotti pistetava arvutikuvari loomine on takerdunud: värvilisi piksleid tekitav elektroonika tarbib liiga palju voolu ja olemasolevad materjalid ei kinnitu kuigi hästi suurtele plastlehtedele.
New Jersey osariigis Murray Hillis töötav Ashok Maliakal on võtnud luubi alla just selle probleemi. Põhilist peamurdmist valmistas tema sõnul mikroskeemide paisudielektrike – transistore korralikult sisse ja välja lülitada võimaldavate isolatsioonikihtide täiustamine.
Ränidioksiid annab materjalile head isolatsiooniomadused, polümeer aga tagab hea trükitavuse. Loodud materjalist valmistatud mikroskeemide prototüübid tarbivad kaks kolmandikku vähem voolu kui need, mis on valmistatud ainult polümeerist. Tulemuseks võivad olla senisest palju voolusäästlikumad ekraanid. Kui Maliakalil õnnestub kohaldada loodud materjal masstrükile sobivaks, rullitakse meie silme ees peagi lahti elastsete ekraanide uus põlvkond.
Biotehnoloogia
Christopher Voigt, 30
California San Francisco ülikool
Selge pilt bakteritest
Emily Singer
Bioloog Christopher Voigt on loonud üsna ebatavalise teose – E. coli baktertehnikas kujutatud Neitsi Maarja. Mikroobide kasutamine “fotograafilise” vahendina on ilmekas näide Voigti ja tema töörühma panusest sünteetilisesse bioloogiasse, milleks on mitmeotstarbeliste asendatavate geneetiliste elementide loomine. Nad istutasid valgusse, mis tavatingimustes kontrollib E. coli geenide reaktsioone ümbritsevale keskkonnale, siniro hevetika valgusretseptori.
Se ejärel asendasid nad ühe säärase geeni geeniga, mis põhjustab teatava keemilise aine muutumise mustaks. “Valmis” bakter muudab pimeduses värvi ja muutub mustaks – asetades Petri nõu ja valgusallika vahele šablooni, kandsidki teadlased bakterkultuurile soovitud kujutise.
Ehkki Voigti sõnul on bakterid üksnes “mängutehnika”, tegeleb ta samadel alustel osade koostamisega ka keerukamate organismide tarbeks, nagu näiteks ämblikuvõrgunõret tootvad või vähirakke avastavad ja hävitavad bakterid.
Telekom
Prithwish Basu, 31
BBN Technologies
Tema erialane kirg on tugijaamadeta ühenduse võimalused mobiilseadmete, andurite ja robotite vahel. Saage tuttavaks ad hoc-võrkudega.
Lauren Gravitz
Sageli asukohta vahetavatel inimestel võib tihti tekkida raskusi infovahetusega – eriti kui satutakse väljapoole tugijaamade tööpiirkonda. Siin tulevad mängu ad hoc-võrgud, milles sideseadmed suhtlevad üksteisega otse, ilma tugijaama abita.
Massachusettsi osariigis Cambridge’is asuvas ettevõttes BBN Technologies töötav Prithwish Basu on välja töötanud algoritmid, mis vähendavad oluliselt traadita võrkude sidehäireid ja töökatkestusi nagu ka akutoitel raadioseadmete energiatarvet. Need algoritmid sobivad nii andurvõrkudele, sülearvutitele kui ka raadiojuhitavatele robotsüsteemidele.
USA kaitseministeerium on huvitunud nende lahenduste katsetamisest sõdurite omavahelises sides lahingutingimustes, Basu tõeline kirg aga on ad hoc-võrkude juurutamine meie kõigi rahulikku igapäevaellu.
Kus võib ad hoc-võrkudest kasu olla?
Maastikul liikuvate sõdurite side omavahel ja komandopunktidega on muidugi kõige atraktiivsem võimalus. Kommertsrakendustesse suhtuti veel mõne aasta eest üsna skeptiliselt. Aga andurvõrkude kasv on viimasel ajal vägagi hoo sisse saanud. Andureid ostetakse, nad leiavad kasutust igal pool – liikluses, saastemonitooringutes, loodusvaatlustes, raudteeliikluse jälgimisel. Sellepärast olen oma firmas rõhunud just kommertslahendustele.
Milliseid mittesõjalisi rakendusi te näete?
Kui ma õppisin Bostoni ülikoolis, pakkusin välja, et võiks võrgustada näiteks parkimisautomaadid. Varustame kõik parkimisautomaadid traadita saatjaga ja anduriga, mis kontrollib, kas sellel kohal parajasti pargitakse või mitte. Kui ka minu autol on saatja ning ma näiteks sõidan Harvard Square’ile, siis ma küsin oma kasutajaliideselt, kus asub õigusteaduskonna õppehoone läheduses vaba parkimiskoht. Auto võtab ühendust lähima automaadiga ja kui see koht on hõivatud, siis jätkab päringut, kuni leiab vaba koha ja näiteks ka broneerib selle, kui võimalik. Selline võrgustik võimaldaks ka parkimiskontrolöridel leida rikkujad peaaegu kohe. Praegu tegeleb terve tudengite töörühm selle võrgustiku väljaarendamisega.
Kas teie väljatöötatud mobiilsete robotite võrgud võiksid tavaelus mingit kasutust leida?
Kui võtta rühm sobivate algoritmidega töötavaid roboteid, siis on võimalik programmeerida neid täitma mis tahes koostööülesannet. Oletame, et teil on robottolmuimejate võrk ja teil on vaja puhastada… üks hotelli korrus. Kui mõnes toas on rohkem tolmu, siis üks tolmuimeja saadab sõnumi kolmele teisele: “Hei, siin on väga must tuba, palun tulge appi.” Kui protokollid toimivad õigesti, siis kogunevad robotid vastavalt tolmukihi tihedusele. Sell iseid isekeskis s uhtlevaid roboteid saab kasutada ka suurte päästeoperatsioonide puhul katastroofipiirkondades.
Tarkvara
Eddie Kohler, 33
California Los Angelese ülikool
Parem operatsioonisüsteem
Kate Greene
Operatsioonisüsteem on peamine tarkvaraelement kõikides raalides alates sülearvutist ja lõpetades serveriga. Enamik opsüsteemidest aga on loodud mitukümmend aastat tagasi, mõtlemata interneti ohtudele. Väike puudus näiteks pangaserveri opsüsteemis või tarkvaras võib ohtu seada miljoneid dollareid maksvad delikaatsed andmed.
Sedalaadi info paremaks kaitsmiseks lõid infotehnoloog Eddie Kohler ja tema töörühm operatsioonisüsteemi Asbestos, mis ei lase isiklikel andmetel sattuda valedesse kätesse isegi siis, kui arvuti kogu ülejäänud tarkvara peaks üles ütlema. Asbestos tagab isikuandmete turvalisuse, varustades need märgenditega, mis määravad, millised programmid ja kasutajad konkreetsetele andmetele ligi pääsevad.
Harilikult nõuab selline märgendamine palju mälu, Kohler aga koostas vastava info nii, et see kulutab süsteemi ressurssi minimaalselt. Esialgsed katsetustulemused on paljutõotavad ja Kohler loodab, et mõne aastaga saab Asbestosest alternatiiv sellistele operatsioonisüsteemidele nagu Linux ja Windows.
Riistvara
Seth Coe-Sullivan, 29
QD Vision
Ekraanid kristallselgeks
Kevin Bullis
Massachusettsi tehnoloogiainstituudis õppides mõtles Seth Coe-Sullivan välja võimaluse, kuidas luua uskumatult kirkaid ja värvipuhtaid kuvareid, kasutades kvantpunkte – tillukesi pooljuhtkristalle, mis elektrivoolu toimel kiirgavad teatavat tooni valgust. Teadlased olid ehitanud kvantpunktidel põhinevaid valgust kiirgavaid seadmeid ka varem, kuid Coe-Sullivani oma on neist tunduvalt efektiivsem tänu uudsel meetodil kahe lameelektroodi vahele paigutatud üliõhukesele kvantpunktide kihile. Peagi asutas Coe-Sullivan koos kolleegidega Massachusettsi osariigis Watertownis oma ettevõtte QD Vision, mis keskendub kvantpunktide teisendamisele piksliteks, et edaspidi hakata tootma värvilisi lameekraane taskutelefonidele, sülearvutitele ja teleritele.
Ettevõtte peatehnoloogina on Coe-Sullivan juhtinud väikeste mustvalgete ekraanide tootmisse juurutamist ja tegeleb praegu värviekraanide arendamisega. Nimetatud ekraanid paistavad silma senisest kirkama kujutise ja puhtamate värvide poolest, samas on nende omahind ja voolutarve kaks korda väiksemad. Taskutelefonide tarvis võidakse neid tootma hakata juba aastal 2009.
Biotehnoloogia
Manolis Kellis, 29
Massachusettsi Tehnoloogiainstituut
Genoomide tundmaõppimine
Katherine Bourzac
Manolis Kellis loob algoritme ja tehnikaid eri olendite genoomide paremaks tundmaõppimiseks. Doktorantuuri alustades teadis Kellis bioloogiast vähe – ülikoolis õppis ta hoopiski infotehnoloogiat. Oma doktoritöös võrdles ta nelja pärmseente liigi genoome, et ühel neist kindlaks määrata kõik geenid ja regulatoorne järjestus – õnnekombel polnud tal õrna aimugi, et säärase projekti teostamist peeti võimatuks.
Mitme lähedase liigi genoomide võrdlemine on osutunud uueks tõhusaks vahendiks geenide avastamisel, nende regulatoorsete mehhanismide väljaselgitamisel ja genoomide arengu mõistmisel.
Pärast meetodi toimivuse tõestamist pärmi puhul on Kellis asunud uurima inimese genoomi, mida ta on siiani võrrelnud hiire, roti ja koera omaga. Tema töö annab uusi teadmisi inimgenoomist, mis võivad avada ravimiloojatele uusi võimalusi v&otild e;itluses viiruste ja muude haiguspõhjustega .
Riistvara
Ram K. Krishnamurty, 33
Intel
Cool’im arvuti
Daniel Turner
Probleem: mida enam transistore kiipide tootjad võimsuse suurendamiseks ühele pinnaühikule paigutavad, seda suurem on oht, et kiibid kuumenevad üle. Kui kõik jätkub endises tempos, siis võib arvutikiip ruutsentimeetrilt eralduva soojuse poolest aastaks 2010 järele jõuda tuumareaktorile.
Lahendus: vooluahelaid läbimõeldult paigutades on Inteli insener Ram Krishnamurty suutnud miinimumini vähendada energiakadu ja parandada kiipide jõudlust, tema prototüübid töötavad viis korda kiiremini kui praeguste arvutite omad, kulutades nendega võrreldes vaid 20–25 protsenti energiat. Vähem kui kümne aastaga on Krishnamurty kogunud 53 USA patenti mikroskeemide ehituse alal. Intel, IBM ja Hewlett-Packard on juba rakendanud tema lahendusi moodsates mikroskeemides, mille põhjal hakatakse tulevikus ehitama kallite jahutussüsteemideta servereid ja akutoitel kauem vastu pidavaid sülearvuteid. Ja kui teie homses lauaarvutis tuksub vaikselt võimas 10gigahertsine protsessor, siis võib see olla paljuski Krishnamurty teene.
Tarkvara
Joshua Napoli, 28
Actuality Systems
Ülikõrglahutusega 3-D-kuvaseade võib anda hoopis uudse pildi nii kasvajatest, medikamentide toimest kui ka maagaasileiukohtadest.
David Talbot
Enne kui kasvajat kiiritama hakata, peab onkoloog otsustama, kuidas suunata kiirgus nii, et see kahjustaks võimalikult vähe ümbritsevaid kudesid, samas vähendamata ravi tõhusust. Need ettevalmistused võivad peagi muutuda hoopis põhjendatumaks tänu tõeliselt kolmemõõtmelistele kuvaritele, mille tarkvara väljatöötamisel oli üks teerajajaid Joshua Napoli.
Fotol on näha sama ajukasvaja kiirgusraviskeem eri vaatepunktidest: punasega on märgitud kasvaja asukoht, sinisega kriitilised piirkonnad (näiteks ajutüvi, mida tuleks kiiritada võimalikult vähe) ja rohelisega soovitatav kiirguskoridor. 25sentimeetrise läbimõõduga kujutis on nähtav pisut suurema läbimõõduga “kuplis”: seda “ruumilist kuvaseadet” toodab Massachusettsis Bedfordis asuv firma Actuality Systems, kus Napoli töötab tarkvaraosakonna juhatajana.
Napoli tarkvara jagab arvuti loodud kolmemõõtmelise mudeli sadadeks kaadriteks, mis kuvatakse kupli sisemuses pöörlevatele paneelidele: tulemuseks on üliselge interaktiivne kujutis. Selle tarkvara abil on saadud maailma kõige kõrgema lahutusega ruumilised 3-D-kujutised, ütleb Napoli. Koostöös kolme haigla arstidega kavatseb Actuality nüüd välja selgitada, kas nende kuvarite abil koostatud kiiritusskeemidel on eeliseid tavaliste monitoride abil koostatud skeemide ees. Edaspidi võivad meedikud kasutada 3-D-kuvaseadmeid enamiku piltdiagnostiliste materjalide analüüsiks.
Juba praegu kasutavad naftafirmad neid nafta- ja gaasimaardlatest parema ettekujutuse saamiseks ning farmakoloogias uuritakse nende abil tulevaste võimalike ravimite toimet haigustekitajatele. Üks suurimaid kondiproove oli Napoli sõnul vastava graafikatarkvara kohaldamine 3-D-kuvaseadmete tarbeks: kolmemõõtmelise kujutise puhul peab arvuti töötlema ligikaudu 50 korda rohkem pildielemente kui samaväärse kujutise kuvamiseks lameekraanile.
Aasta inimeste sõber
Christina Galitsky, 33
California Berkeley ülikool, Lawrence National Laboratory
Lihtsad tehnoloogiad säästavad energiat ja elusid
Douglas McGray
Ülikooli ajal võinuks Christina Galitsky võtta oma elutöö kokku sellise teadustoimetise pealkirja meenutava lauseg a nagu “Pinnale absorbeeruvate valkude pöörduvus”. Aga pärast doktorantuuri poolelijätmist ja tööle asumist Berkeley ülikoolis Lawrence National Laboratorys on küsimusele “Millega sa tegeled?” hoopis raskem vastata. “Noh, nüüd ma vist ütleksin, et ma katsetan… igasuguseid innovaatilisi lahendusi… oota, mis asja ma räägin!” ütleb ta naerdes.
Ametlikult tegeleb Galitsky kaks kolmandikku oma ajast lahenduste loomisega, mis aitavad firmadel diagnoosida ebasäästlikku energiakasutust ja leida uusi viise energia kokkuhoiuks kasumit ohustamata. Aga tuleb vaid tema kabinetis pisut ringi vaadata, et mõista: tegelikult on tal käsil veel hulk teisi tegemisi. Põrandal seisab alumiiniumist kaadervärk – energiasäästlik priimus, mis peab vähendama metsade lausraiet maailma vaesemates riikides; Galitsky ja tema kolleegid arvavad samuti, et see võib aidata Sudaanis Darfuris pagulaslaagrites elavatel naistel eluaseme läheduses püsida ja seega hoiduda vägistamistest. Hiljem tõmbab ta selga roosteplekilise laborikitli ja läheb kontrollima oma õpilasi, kes katsetavad odavat meetodit arseeni eraldamiseks Bangladeshi joogiveest.
“Ma tegelen pöörase hulga asjadega,” tunnistab ta. “Aga raske oleks ka töötada hommikust õhtuni viis päeva nädalas ühe ja sama asja kallal.”
Pärast 1999. aastal Berkeley ülikoolist keemia magistrikraadiga lahkumist leidis ta tööd California pinnaveevarude kvaliteedi testimisel. Peagi jõudis ta järeldusele, et suur osa kahjulikest ainetest pärineb energiasektorist, nagu näiteks jõujaamadest. Kuna tema sooviks oli saastega võidelda, mitte lihtsalt seda mõõta, liitus ta 2001. aastal Berkeley laboriga. Seal asus ta välja selgitama ebatõhusat energiakasutust ligi tosinas tööstusharus, alates betooni- ja lõpetades õlletööstusega.
Mõni aasta hiljem, kui California energeetikakomisjon eraldas stardiraha tõhusamale energiakasutusele suunatud uuringuteks, võttis ta asja suuremalt ette. Niisugused tehnoloogiad nagu inimeste kohalolekut mõõtvad õhutussüsteemid võivad aidata firmadel energiat säästa ja sageli tasuvad end ära juba paari-kolme aastaga. Ent tavaliselt on ettevõtjad pidanud säärased tehnoloogiad ise avastama ning kalkuleerima kulusid ja tulusid omal käel, mis on moodsate lahenduste kasutuselevõttu suuresti pidurdanud.
Galitsky ja tema kolleegid otsustasid katsetada California veinitootjate peal uut lähenemist, pakkudes neile valutult toimivat süsteemi energiamajanduse kitsaskohtade uurimiseks ja kasumlike võimaluste leidmiseks, millega olukorda parandada. (Veinitööstus tarbib tohutus koguses energiat – 400 gigavatt-tundi, millest piisaks aastas 60 000 California majapidamise vajaduste rahuldamiseks. Lisaks tarbitakse enamik sellest suvel ja sügisel, kui kokkuhoiuvajadus on suurim.)
Galitsky ja tema kolleegid valisid partneriks suure California veinitootja Fetzer ja asusid andmeid koguma. See polnud lihtne. Mõnedes ettevõtetes paigutatakse igale liinile voolumõõtjad ja juhtkond teab, kui palju energiat igal tootmisetapil kulub. Veinitööstuses aga on kombeks, et kogu tootmishoone ajab läbi üheainsa voolumõõtjaga. Niisiis mõõtis Galitsky ära kõik alates pressitavate viinamarjade kogusest ja lõpetades Fetzeri jahutustankide mahutavusega ning koostas saadud andmete põhjal umbkaudse arvestuse, kui palju energiat kulub veinivalmistamise igal etapil. Seejärel võtsid tema ja ta kolleegid vaatluse alla kogu maailma veinitööstused, et välja sel gitada energeetiliselt kõige tõhusamad tehnoloogiad igal etapil. Sellest uurimusest sündis arvutiprogramm nimega BEST-Winery, mis põhineb Microsoft Excelil. Programm esitab kasutajale hulga küsimusi ning seejärel annab vastuseks hindelehe, milles võrreldakse vaatlusalust veinitööstust maailma parimaid säästlikke tehnoloogiaid kasutava sama suure hüpoteetilise veinitööstusega.
Teised energiakasutuse tõhusust mõõtvad programmid loevad sellega oma ülesande täidetuks. Ent BEST-Winery pakub omalt poolt välja üle saja säästliku tehnoloogia ja koostab igaühe kohta ka tulude-kulude analüüsi, mis on sedalaadi programmide puhul äärmiselt oluline uuendus. Veinitootjad saavad klapitada eri tehnoloogiaid ning leida oma eelarvega sobiva terviklahenduse.
Fetzer ja Galitsky ning kolleegid pälvisid selle töö eest California osariigi innovatsiooniauhinna energeetika alal. Praegu valmistab Galitsky ette sama tarkvara Euroopa versiooni.
Ent veinitööstused on üksnes algus. Galitsky usub, et sarnane rakendus võib toimida ka mitmete teiste ettevõtete puhul. Varsti asub Berkeley vastav töörühm katsetama seda riikide tasandil, hõlmates projektiga kuus maad Aasia - Vaikse ookeani Puhta Arengu ja Kliima koostööorganisatsioonist. Kõnealused riigid kavatsevad mõõta oma tsemendi-, alumiiniumi- ning terasetööstuse ökoloogilisi mõjusid; ühe ettevõtte asemel leiab see tarkvara nüüd kasutust tervete riikide hindamisel.
Energeetikaalased uuringud on küll kasulikud kogu planeedile, ent peagi asus Galitsky otsima võimalusi, kuidas aidata konkreetsemalt maailma vaesemaid kodanikke. Ta lõi sidemed humanitaarabi problemaatikat analüüsivate töörühmadega. Ühel Berkeleys peetud ühingu Engineers for a Sustainable World konverentsil kohtas ta Berkeleys töötavat sarnaste huvidega Ashok Gadgili. Koos võtsid nad vaatluse alla Darfuri ja Bangladeshi kriisid.
Probleem, millega nad Darfuri puhul kokku põrkasid, on lihtne, aga karm. Kodusõja käigus on selles Sudaani piirkonnas kodu kaotanud rohkem kui 1,6 miljonit inimest. Sajad tuhanded neist elavad ülerahvastatud pagulaslaagrites. Nad kõik vajavad toitu, toidu valmistamiseks tuleb teha tuld ja tule tegemiseks on vaja põletispuid, kuid kogu laagrite ümbrus on juba lagedaks raiutud. Puude korjamiseks on naised sunnitud suhteliselt turvalistest laagritest tundide kaupa eemal viibima. Sellises olukorras on nad kaitsetud: rahvusvaheliste vaatlejate hinnangul on kuritegelike jõukude toimepandud vägistamised kujunenud tõeliseks epideemiaks.
Valitsusväliste abiorganisatsioonide sõnul võiksid naiste elu ohutumaks muuta teiste abinõude kõrval ka paremad keedupliidid, mis vähendaksid vajadust puude järele. Kuigi võistlevaid ideid on laekunud massiliselt – alates saviahjudest ja lõpetades päikesepatareidel priimustega – ja sama palju on ka võistlevaid arvamusi parima lahenduse osas, polnud ühtki neist Darfuris enne vähegi põhjalikumalt katsetatud. Sestap sõitsid Galitsky ja Gadgil abiorganisatsiooni CHF International egiidi all ise Darfuri.
Sudaani naised asetavad tavakohaselt oma keedupoti kolmele lõkke ümber paigutatud kivile. Sel kombel läheb hulk soojust lendu, osa puidust aga söestub ja suitseb niisama. Hoopis parem lahendus tundus Galitskyle ja Gadgilile 1980. aastatel India abiorganisatsiooni Development Alternatives välja mõeldud lihtne metallpriimus. Galitsky korraldas Darfuris esitluse – midagi laborikatse ja koolitusseminari vahepealset. Ta seadis suure rahvahulga ees üles tavapärase kolme kiviga lõkke, m etallpriimuse ja paljude abiorganisatsioonide propageeritud saviahju. Kohalikud vanemad tegid põletispuid ning jagasid need 250grammilisteks hunnikuteks. Seejärel keetis Galitsky kolm toiduportsjonit, et naised näeksid, kui palju kütet eri seadmed tarvitavad. “Kividega lõkkes läks kümme hunnikut, saviahjus üheksa ja metallpriimusele ainult neli või viis,” meenutab ta.
Vaatamata metallpriimuse eelistele mõistsid nad, et Darfuris kasutusele võtmiseks tuleb selles teha muudatusi. Niisiis küsitles Galitsky kümneid naisi, et tundma õppida nende elukorraldust ja toiduvajadusi. Selgus, et priimus vajab kaitseks laagrites puhuva tuule eest kaitseekraani ja kinnitusvaiasid, mis hoiaksid seda paigal, sellal kui naised segavad assida’t – tihket tainalaadset massi, millest valmistatakse enamik toite. Lisaks tuli arvestada sellega, et priimust peab saama toota kiiresti ja odavalt.
Ent lahendus on paljutõotav. “Me oleme väga põnevil,” ütleb ÜRO Rahvastikufondi esindaja Sudaanis Maha Muna. “ÜRO ja abiorganisatsioonid on rahastanud tervet hulka kütusesäästlike priimuste pilootprojekte, aga CHF ja Berkeley labor tegelevad just meile ülivajaliku analüüsiga, millised pakutud lahendustest kõlbavad masstootmiseks.” Berkeley teadlased kavatsevad hakata jagama pagulasperedele priimuseid katsetamiseks tänavu sügisel; tuleval aastal loodetakse toota juba 300 000 priimust.
Bangladeshis ei ole probleem toidus, vaid joogivees. 1970. aastatel rajas UNICEF kogu riigis puurkaevusid, et rahvas ei peaks enam jooma saastunud pinnavett. Abistajate kavatsused olid head, aga kaevud mitte. Enamik neist asus suure arseenisisaldusega pinnases – mitmes kohas ületas arseeni kogus vees rohkem kui sada korda Maailma Tervishoiuorganisatsiooni normid. “Seda on peetud maailma suurima võimaliku massimürgistuse piirkonnaks,” räägib Galitsky.
Mõne aja eest karmistas USA omaenda joogivee arseenisisalduse norme 80 protsendi võrra ning paljud osariigid on huvitatud uutest tehnoloogiatest, mis aitaksid rangemate piirangutega toime tulla. Huvi aga tähendab valmisolekut maksta. Gadgil ja Galitsky nägid siin uut võimalust. 250 000 dollarilse stipendiumiga California Energeetikakomisjonilt ja 100 000 dollariga Ameerika Vee-ettevõtete Liidu teadusfondilt töötavad nad välja filtreerimissüsteemi, mis võib edaspidi leida kasutust nii USAs kui ka välismaal.
Arseen on hõlpsasti filtreeritav suurtes veepuhastusjaamades, aga teadlased pole seni suutnud optimeerida olemasolevaid lahendusi väikemajapidamiste tarbeks ega muuta neid vaesemate riikide jaoks piisavalt odavaks.
Gadgilil tuli hea mõte. Rauaosakesed toimivad nagu arseenimagnetid, mis võimaldavad vee arseenist puhastada, kuid puhtast rauast koosnev filter oleks liiga kallis. Ent kui kanda õhuke rauakiht näiteks elektrijaamadest pärit kivisöetuhale, saame sarnase arseeni siduva pinna palju kordi odavamalt.
Tuha ja raua kokkukleepimine osutus parajaks kondiprooviks. Ent umbes tosina ebaõnnestunud katse järel leidsid Galitsky ja Gadgil lahenduse: rauakihiga kaetud tuhaosakesi töödeldakse seebikivilahusega ja lastakse seejärel korralikult ära roostetada.
Saadud ollus, mis näeb välja umbes nagu tume karripulber, seob peaaegu kogu mürgitatud veega täidetud katseklaasis leiduva arseeni. Teadlastel on jäänud veel välja mõelda lahendus, kuidas täpselt vett tuha- ja rauapulbrist läbi juhtida ja millised tegurid võiksid süsteemi toimimist välitingimustes mõjutada. Ent nad peavad oma uudsete elementidega filtreid igal juhul küllalt tõhusaks, et tagada vastavus rangele ohutusstandardile, ning ühtaegu külla lt odavaks, et ka Bangladeshi pered neid osta suudaksid.
Galitsky ja Gadgili meetodil maksab perekonna aastase joogivee filtreerimine vähem kui kaks dollarit; senise odavaima võrreldava tehnoloogia abil maksaks see vähemalt 58 dollarit. Galitsky projektid tunduvad olevat äärmiselt pakilised, seda mitte ainult kannatavate inimeste ja ohustatud keskkonna tõttu. Lahendused on käegakatsutavas kauguses ning kasu tõotab olla tohutu – sel kombel aitab teadus nii maailma vaeseid kogukondi kui ka teadlast ennast.
“Ma tundsin end nii jõuetuna,” ütleb ta. “Ja tunnen ikka veel. Aga nüüd ma vähemasti saan midagi teha.”
Transport
Stefan Duma, 34
Virginia Tehnikaülikool
Uued ja paremad virtuaalmannekeenid
David Talbot
Igal aastal hukkub USAs ligikaudu tuhat sündimata last autoavariis. Ent rasedatele mõeldud turvasüsteemide parandamiseks ei osatud peaaegu midagi ette võtta, enne kui Stefan Duma lõi esimese arvutimudeli raseda naise alakehast. Lisaks on Virginia Tehnikaülikooli Traumabiomehaanika keskuse juhataja Duma loonud silmapaistvad inimsilma ja rindkere mudelid. Ka on ta välja töötanud anduritega varustatud jalgpallikiivri, mis võimaldab arstidel analüüsida pead tabavaid lööke ja põrutusi. See on juba praegu tootmises.
Kõik me oleme näinud kuulsaid turvavöömannekeene. Miks need ei kõlba?
Nad on ajapikku küll tublisti arenenud, aga nad ei sarnane sajaprotsendiliselt inimesega. Nad registreerivad ainult neile intiimsetele piirkondadele mõjuvaid jõude, kuhu on paigutatud andurid. Nad on inimestega võrreldes üsna jäigad. Arvutimudeli võib teha märksa paindlikuma ja teda võib varustada anduritega lõputult.
Kuidas valmis raseda alakeha mudel?
Kui mu naine oli rase, siis ma leidsin, et selle kohta on väga vähe uurimismaterjali, ja sellepärast ma hakkasingi sellega tegelema. Mudeli loomisel kasutasime mitmeid allikaid, näiteks platsenta tugevuse uuringuid, ja kõrvutasime kõiki olemasolevaid andmeid katses osalenud rasedate näitajatega. Selle arvutimudeli abil saame nüüd “näha” kõike, mis avarii ajal alakehas toimub.
On väidetud, et üle kõhu tõmmatud turvavöö võib rasedale pigem kahju tekitada kui teda kaitsta. Mida ütleb teie mudel?
Me tegime kindlaks, et kolmepunktivöö on palju parem kui tavaline diagonaalvöö. Aga me tahaksime ka omalt poolt aidata luua vahendeid, mis rasedaid paremini kaitsevad. Me tegime kindlaks, millised on ohud. Oleme praeguseks sõlminud lepingud oma mudeli turule toomiseks ja teeme ka koostööd autotootjatega rasedate turvavöösüsteemide prototüüpide kallal.
Mille poolest erinevad need prototüübid praegustest turvavöödest ja -patjadest?
Seal on palju võimalusi. Võib kasutada teistsuguseid kinnituspunkte, muuta mõõtusid, kasutada näiteks turvavööde valmistamiseks teistsuguseid materjale. Ja selgub, et üks põhitegureid on rool. Väga suur hulk lootesurmasid leiab aset just rooli taga.
Tarkvara
Matthew Herren, 23
EduVision
Õppematerjalid taevast
David Talbot
Lapsena Aafrikas elades pani Matthew Herren tähele, et paljude väikese eelarvega külakoolide lapsed peavad õppima mitukümmend aastat vanadest iganenud õpikutest. Võtnud südameasjaks leida probleemile odav lahendus, tuli ta mõttele kasutada ajakohaste õppematerjalide edastamiseks satelliite. Nüüd püüab ta seda lahendust ellu viia mitte traditsiooniliste abiprogrammide raames, vaid rea isemajandavate ettevõtete kaudu.
“Me olime kindlad, et tehnoloogiliste vahenditega on võimalik [raamatute ja õppematerjalide lasteni toimetamise] kulusid vähendada,” räägib Herren. Noor šveitslane otsustas ühesuunalise satelliitraadioside kasuks, sest internetiühendus ei jõua Sise-Aafrika paljudesse piirkondadesse tõenäoliselt veel niipea.
Möödunud aastal korraldatud katse käigus seadis Šveitsi sihtasutus Bio Vision ühte Kenyas Victoria järve ääres Mbita Pointis asuvasse keskkooli üles satelliitvastuvõtja. Vastuvõtja salvestas õpikud kõvakettale. Seejärel siirati info lihtsa Linuxi-põhise lugemistarkvaraga varustatud pihuarvutitesse. Kuuskümmend õpilast said endale korraga nüüdisaegsed õppematerjalid.
Nüüd on Herren käsile võtnud süsteemi käivitamise suuremas ulatuses. Koostöös Zürichis asuva riskikapitalifirmaga Bridgeworks on juba kokku saadud enamik stardirahaks vaja minevast 650 000 dollarist. Selle kapitaliga loodab Herren käivitada üleaafrikalise firmadevõrgu, mis tegeleks satelliitvastuvõtjate ja pihuarvutite müügi ja teenindusega. Haridusministeeriumid sõlmiksid nende firmadega lepingud õppematerjalide allalaadimissüsteemi käivitamiseks ja haldamiseks ning hoiaksid iga koolilapse õppematerjalidelt senisega võrreldes üle 20 protsendi kokku.
Kui õppematerjalide kohaletoimetamine satelliidi kaudu läheb lootuste kohaselt, saab sama süsteemi kasutada kaugemate külade varustamiseks meditsiini- ja põllumajandusinfoga. Herreni sõnul viivad paljudes külades, kuhu ei ulatu ükski maantee, kõik teed sõna otseses mõttes koolimajja.
Nanotehnoloogia
Marin Soljaci?, 32
Massachusettsi Tehnoloogiainstituut
Valguse modelleerimine
Philip Ball
Et Marin Soljaci?i taotlustest selge pilt saada, meenutage, kuidas mõjutas arvutustehnika kiirust ja võimsust esimeste pooljuhttransistoride kasutuselevõtt, ja siis asendage selles skeemis elektronid footonitega.
Uurides valguse käitumist nn footonkristallides, rajab Soljaci? teed seadmete loomiseks, mis suudavad töödelda andmeid ülisuurtel kiirustel, kasutades ainult valgusimpulsse. Mikroskoopilised kristallilised &ldquo ;kärjed” lasevad läbi ainult teatava konkreetse lainepikkusega valguslaineid, see annab lootust kasutada neid valguskiirte juhtimiseks mikroprotsessorites.
Soljaci? on ka näidanud, et footonkristallide abil on võimalik panna valguskiiri üksteist mõjutama ja üksteisele alluma, mis tähendab, et footonseadmed on võimelised teostama loogikaoperatsioone.
Täisoptilised arvutid, mille tulekut ennustati juba 1980. aastatel , pole tema sõnul teostunud seetõttu, et footoninteraktsioonide tekitamiseks vajalikud valgusefektid tekivad alles väga tugevas valguskiires – küllaldase efekti tekitamiseks läheks vaja kiirt, mida ei saaks kuidagi kasutada mikrokiibis. Ent Soljaci? on näidanud, et footonkristallide abil on võimalik neid efekte oluliselt võimendada, nii et need tekivad ka väga nõrkades valguskiirtes.
Tuleviku footonkristallseadmes peaks tema sõnul valguse juhtimine toimuma üksiku footoni tasandil. See vähendaks energiakulu ja soojuskadu sedavõrd, et optiline infotöötlus leiaks koha praktilises elus – samas viib see mõtted täisoptilistele kvantarvutitele, mille võimsus oleks tänase arvutustehnikaga võrreldes lausa kujuteldamatu.
Nanotehnoloogia
Stéphanie Lacour, 30
Cambridge’i ülikool
Veniv elektrooniline nahk
David Rotman
Biotehnolooge, kelle eesmärk on närvi- või ajukoe elektroonilise lisavarustuse abil aidata halvatuid, segab üks oluline materjalitehnoloogiline probleem: elav kude ja mikroelektroonika erinevad teineteisest liialt. Enamik kudesid on elastsed, elektroonikas kasutatavad pooljuhid ja metallid aga torkivad-lõikavad ja jäigad. Seetõttu võib organismi siiratud elektroonika ümbritsevaid kudesid kahjustada või ärritada. Just seda materjalitehnoloogilist kuristikku püüab ületada Stéphanie Lacour.
Princetoni ülikoolis töötas postdoktorant Lacour õhukeste kullaribade elastsetele kummipindadele kinnitamise teel välja materjali, mis kummipaelana venides ei kaota oma elektrijuhtivust. Princetoni töörühm elektroonikaprofessor Sigurd Wagneri juhtimisel koostas nendest ribadest esimese tervikliku veniva mikroskeemi. Ühendades väikesed tavapäraste pooljuhtide saarekesed kullaribadega, ehitasid teadlased mõned lihtsad elektroonilised seadmed, mis toimisid ka pärast korduvat venitamist. Ehkki kõnealused skeemid koosnesid ainult mõnest transistorist, on lahendus ise rakendatav väga paljudel aladel alates robotite elektroonilise “naha” valmistamisest ja lõpetades väga painduvate ekraanidega.
Ent Lacouri enda sõnul on “kõige põnevamad” just selle tehnika rakendusvõimalused bioloogias ja meditsiinis. Praegu tegeleb Inglismaal Cambridge’i ülikoolis vastavat teadusprojekti juhtiv Lacour vigastatud närvide asendamiseks mõeldud kirurgiliste implantaatide väljatöötamisega.
Lacouril mõlgub kaugema eesmärgina mõttes elektroonilise naha loomine, millega katta jäsemeproteese. Edaspidi peaks olema võimalik elektroonika ühendamine inimese närvisüsteemiga, mis muudab proteesi tahtele alluvaks ja annab sellele andurite võrgustiku abil ka “tundlikkuse”. Columbia ülikooli biomeditsiinitehnoloogia professori Barclay Morrisoni sõnul võiksid elastsed elektroodid kasutust leida kõikides närvisüsteemiga elektronliidese kaudu ühendatavates seadmetes. Nii on meditsiinitehnoloogid juba loonud mikroelektroodplaadid, mida neurokirurgid paigaldavad neljajäsemehalvatusega patsientidele ja mis võimaldavad teadvuse abil liigutada arvuti kursorit või robotkätt. Ent tavapärased elektroodid on sada miljonit korda jäigemad kui ajukude. “See tähendab tegelikult nõelte siirdamist ajju,” selgitab Morrison. Lacouri elektroodid vastavad palju paremini ajukoe ehitusele ja vähendavad vigastusohtu.
Morrison on juba kasutanud Lacouri venivaid elektroode ajuvigastustega seotud katsetes. Ajukoe traumaatiline venitus võib tekitada rakkudes ahelreaktsioone, mis põhjustavad neuronite hukkumise alles p&a uml;evi pära st õnnetust.
Morrison imiteerib traumasid õhukeste ajukoe liistakutega, mida järsult venitatakse. Lacouri elastsed elektroodid venivad koos koega, registreerides reaalajas muutusi närvirakkude elektrilises aktiivsuses.
Samas, nagu ütleb Wagner, on elastne mikroelektroonika praegu alles lapsekingades. Tema ennustuse kohaselt läheb veel kümme aastat, enne kui tehnoloogia on valmis kasutamiseks tarbekaupades nagu näiteks painduvad kuvarid.
Ent juba praegu rõõmustavad biotehnoloogid elava koe ja elektroonika vahelise “silla” üle. Materjal, mida on võimalik venitada algsest kaks korda pikemaks-laiemaks ja mis säilitab seejuures elektrijuhtivuse, on “midagi ennekuulmatut”, ütleb ka Morrison. “Seda on raske uskuda.”
Internet
Roger Dingledine
projekt Tor
Kui internetikontaktid peavad jääma anonüümseks
Hiina teisitimõtleja võtab veebipõhise e-posti teel ühendust Kanada ajakirjanikuga. Luureteenistus tahab hoida silma peal välismaisel veebisaidil. Ent nagu igast teisest liigutusest internetis, jäävad nende tegevusest jäljed. Sellele probleemile leidub rohi anonüümsust tagavate süsteemide kujul, millest üks arenenumaid on Tor ehk Onion Router.
Tori algse variandi lõi arvutiteadlane Roger Dingledine USA mereväe teaduslabori ülesandel; praegu tegeleb selle tarkvara levitamisega Electronic Frontier Foundationi rahastatav projekt Tor.
Et varjata internetioperatsiooni teostajat, koostab Tor andmetele marsruudi läbi kolme juhusliku ruuteri, mis on valitud rohkem kui 700st üle maailma laiali asuvast vabatahtlike hallatud Onioni ruuterist. Programm loob saatja arvuti ja teekonna viimase ruuteri vahel kahesuunalise ühenduse; nende vahel liikuvad andmed krüptitakse kolmes kihis, millest iga järgmine ruuter koorib lahti ühe. Iga andmepakett “mäletab” ainult viimati külastatud ruuteri aadressi. Seetõttu on raske tuvastada saadetise päritolu, isegi kui keegi pääseb andmetele ligi enne nende edastamist viimasest ruuterist adressaadile.
Biotehnoloogia
Utkan Demirci, 28
Harvardi meditsiiniteaduskond
Ühekordsed aidsi-testid
Mary Carmichael
Utkan Demirci tahab, et arstid tema leiutise kohe pärast proovimist prügikasti viskaksid. See aga ei ole sugugi etteheide seadmele enesele – kiirele, hõlpsale ühekordsele testile, millega mõõdetakse veres CD4-rakkude sisaldust. Nende rakkude kogus organismis võimaldab arstidel jälgida HIV-nakkuse kulgu.
Nimekaardisuurune mikromehaaniline seade võimaldab täpselt määrata rakkude arvu ühikus vähem kui kolme minutiga. Lähiaastatel turule jõudvad, vähem kui dollar tükist maksvad testid võivad osutuda sõna otseses mõttes elupäästjaks paljudele HIV-epideemiaga võitlevate maailma vaesemate riikide kodanikele.
Demirci omandas oma mikromehaanikaalased tippteadmised elektroonika doktorantuuris. Üks osa tema teadustööst oli pühendatud pooljuhtpolümeerskeemide trükkimisele läbi väikese vedelikuanuma juhitud helilainete abil, mille mõjul sekundis paisatakse anumast välja miljoneid vedelikupiisakesi. Harvardi meditsiini- ja meditsiinitehnoloogia keskuse professorina tegeleb ta sama tehnika kohaldamisega siirdamiseks mõeldud organite kasvatamiseks. Paljud koetehnoloogid valmistavad esmalt organikuju lise raketise, mis tavapärase tindiprinteri tööpõhimõttel kaetakse rakkude kihiga. Paraku “kõrbeb” enamik rakke selle protsessi käigus. Asendades Demirci trükiseadmes polümeerid rakkudega, kantakse koos iga vedelikupiisaga kohale ka kahjustamata rakk. Demirci loodab alustada selle meetodi abil esimese organi kasvatamisega tuleval aastal. Esimeseks katsealuseks saab üks keerukamaid – inimese süda.
Nanotehnoloogia
Jeffrey Bode, 32
California Santa Barbara ülikool
Ravimid “legodest”
Robert Service
Probleem: valgupõhiste ravimite – näiteks insuliini ja kasvuhormooni turu maht on viimase viie aasta jooksul kahekordistunud, ületades 50 miljardi dollari piiri. Ent raviks vajalike valkainete valmistamine on keeruline. Erinevalt väikemolekulravimitest, nagu aspiriin, mida on võimalik sünteesida, saadakse valkusid tavaliselt geneetiliselt muundatud bakteritest, mida tuleb selleks kultiveerida ja hiljem eraldada valk.
Oleks märksa lihtsam, kui keemikud saaksid valmistada aminohapetest nagu ehitusplokkidest väikesi valgupakette ehk peptiide, mida saaks seejärel kokku traageldada keerukamateks valkudeks. Ent rohkem kui 15 aminohappest koosnevate peptiidide valmistamise protsess on ebaefektiivne (enamik raviks vajalikke valkaineid sisaldab 2–30 korda nii palju aminohappeid). Pealegi on senised peptiidide sidumiseks kasutatavad tehnikad ebapraktilised.
Lahendus: orgaanilise keemia spetsialist Jeffrey Bode on leiutanud sobivama viisi peptiidide sidumiseks. Bode’i töörühm avastas, et kaks tavaliselt peptiidide sünteesis mitteosalevat keemilist rühma moodustavad omavahel reageerides amiidsidemeid, mis ongi aminohapete vaheline ühenduslüli. Teadlased kinnitasid iga standardmeetodil sünteesitud peptiidiahela otstesse vastava keemilise rühma. Vette asetatuna peptiidid liituvad omavahel. Ainus kõrvalsaadus on süsinikdioksiid.
Bode’i lahendus võimaldab teadlastel teoreetiliselt siduda mis tahes kaks peptiidi. Ravimitootjatele tähendab see tulevikus võimalust sünteesida nullist kõiki valke. See omakorda võib vallandada valgupõhiste medikamentide võidukäigu: keemilised rühmad, mida bakterid ei suuda toota, parandaksid ravimite stabiilsust ja vähendaksid nende mürgisust organismile.
Energeetika
Michael Raab, 33
Agrivida
Odavam etanoolkütus
David Ewing Duncan
Etanool on taastuvtoorainest mootorikütus, mille abil võiks ühtlasi vähendada keskkonnasaastet. Ent USAs toodetakse autokütuseks mõeldud etanooli peaaegu eranditult maisist ning selle kasvatamiseks, saagi kokkukorjamiseks ja töötlemiseks kulub peaaegu sama palju energiat, kui vabaneb saadud kütusekoguse põletamisel. Maailma kindlakäeliselt naftast võõrutada otsustanud biotehnoloog Michael Raab lisab maisile ensüüme, mis lihtsustavad ja odavdavad kõikide taimeosade – tõlviku, lehtede ja varte töötlemist etanooliks. Tänu neile valkudele lagundatakse keerulised süsivesikud, millest maisitaim põhiliselt koosneb, lihtsateks suhkruteks, mida on kerge etanooliks kääritada.
Millega sinu firma Agrivida tegeleb?
Me muundame lehtede ja varte tööstuslikuks lagundamiseks kasutatavaid ensüüme nii, et nad on taime sees uinuvas olekus. Kui taimed on põllult kokku korjatud, siis need ensüümid aktiveeruvad temperatuurimuutuse ja happelise keskkonna mõjul, mis nagunii moodustavad osa tavapärasest töötlemisprotsessist.
Milleks on vaja luua selliseid ensüüme, mis enamiku ajast midagi ei tee?
Taimede täiustamine ensüümidega ei ole uus idee, aga see pole tänini olnud kuigi edukas, sest ensüümid mõjuvad väga kahjulikult taime kasvuomadustele. Meie muundatud ensüümide puhul seda muret ei ole – nende peatamine võimaldab taimel normaalselt kasvada.
Mida etanoolitootmine sellest võidab?
Meie ensüümid lubavad töödelda taime efektiivsemalt, etanooli kogus põllumaa hektari kohta suureneb ligikaudu 50 protsenti ja ühe galloni tootmiskulu väheneb ligikaudu 30 protsenti. Nii kiirelt kasvaval turul, nagu on etanooli oma, on see ülikõva kasum.
Kas see võte toimib ka teiste taimedega?
Me alustasime maisiga; niipea kui meetod ennast õigustab, võtame käsile teised taimed, nagu vitshirss, pappel ja suhkruroog. Siis saavad ka teised geograafilised piirkonnad väljaspool Kesk-Läänt etanooli toota, mis vähendab transpordikulusid; samuti pikeneb kasvuhooaeg ja põllumeestel on rohkem võimalusi valida, mida kasvatada.
Internet
Paul Rademacher, 32
Mees, kes lasi rahva kaardi kallale
Daniel Charles
Kes ei tunneks seda nõiduslikku hetke, kui mingi seosetu infokild, nagu mõni aadress või vaatepilt, ühtäkki nagu “lambist” asetub oma kohale üldises taustsüsteemis? Just selline tunne tabas Paul Rademacherit 2005. aasta aprillis, kui ta avas kuvariekraanil oma häkitud versiooni äsja avalikustud veebiküljest Google Maps. Et lihtsustada uue eluaseme otsinguid, muukis Rademacher lahti ja seejärel täiendas Google’i kaardi JavaScripti nii, et tema lehele kogunes teavet korraga kahest kohast – Google’ist ja populaarsest kuulutustekeskkonnast Craigslist. Tulemuseks oli hübriidsait, millel kogu tuttav Google’i kaart oli täis tipitud San Franciscos üürile pakutavaid maju.
Rademacheri uudne pilt maailmast – või vähemasti mõnest linnast – oli tõeline veebisensatsioon. Isegi Google’i töötajad kirjutasid firma sisefoorumis, et Rademacheri lehekülg housingmaps.com “andis meile silmad ette”.
Tuhanded inimesed mõistsid, et Google’i kaardid on hiiglaslik joonistuspaber, kuhu saab “sodida” ükskõik kas kuriteopaiku, oma lemmikrestorane või odavaid bensiinijaamu ja tulemuse kõigile vaatamiseks üles riputada. Ent lisaks sellele oli Rademacher näidanud, kuidas on võimalik sootuks erinevatelt veebilehtedelt tõmmatud andmeid ja rakendusi kombineerides luua midagi täiesti uut. Keegi blogeritest andis sellele nähtusele nimeks mashup, mis diskorite keeles tähendab ühe pala vokaal- ja teise pala instrumentaalriba kokkukirjutamist – ja see nimetus läks käibele.
Rademacheri arvates on kogu loos oma õpetlik iva. Innovatsioon sünnib ainult siis, kui firmad lasevad veebikasutajatel oma toodete kallal nokitseda. Palju häid ideid läheb tema sõnul raisku ainuüksi sellepärast, et nende elluviimiseks vajalikud vahendid on kümne luku taga: “Tänase päevani on ainult vähesed tehnoloogiad avatud.” Rademacheri uusim harrastus ongi avatud tehnoloogiate väljamõtlemine. 2005. aasta septembris lahkus ta animatsiooniprogrammeerija kohalt firmas PDI/Dreamworks Animation, et tegelda oma uue harrastusega Google’is. Tema sealsed projektid on esialgu alles “vaka all”.
Biotehnoloogia
Nikos Paragios, 34
Pariisi École Centrale
Selgem arvutisilm
Shereen El-Feki
Nägemine on üks keerulisemaid bioloogilisi protsesse. See aga ei takista Nikos Paragiosel sidumast seda looduse imet bittide ja baitide maailmaga. Paragios arendab nimelt tarkvara, mis võimaldab arvutitel senisest täpsemalt tõlgendada kujutisi &nd ash; tulevikus võidavad sel lest kõik elualad alates ravidiagnostikast ja lõpetades autosõiduga.
Pariisis École Centrale’i professorina töötades elab Paragios hoopis teistsugust elu kui lapsepõlvekodus tillukesel Egeuse mere saarel Karpathosel, kus ta suviti töötas vanematele kuuluvas kohvikus ja kus polnud ühtki arvutit. “Aga kõik pidevalt rääkisid, et arvutiteadus on tulevikuala,” meenutab ta. Seetõttu asuski ta Kreeta ülikooli õppima just seda ala.
Tänaseks on Paragiosest saanud teerajaja arvutinägemise valdkonnas. Mitmete teiste projektide seas tegeleb ta käeviibete matemaatilise modelleerimisega. Eesmärk on välja töötada tarkvara, mis võimaldab tõlkida viipekeelt tekstiks ja sel viisil hõlbustada kurtide suhtlemist kuuljatega. Tänu neile mudelitele võivad peagi ka autojuhid lülitite pööramise või nuppudele vajutamise asemel lihtsalt osutada armatuurlauale trükitud ikoonile, mille kaamerad ja pardaarvuti tõlgendavad vastavateks korraldusteks.
Kõige paremini aga tuntakse Paragiose tegevust piltdiagnostika alal. Princetonis Siemensi teaduslaboris töötades lõi ta automaatselt anatoomilisi struktuure tuvastava ja nende piirjooni määrava tarkvara. Näiteks südame magnetresonantspiltidel joonistab tarkvara välja keerukaid struktuure, nagu pärgarterid, mis võimaldab arstidel märgata infarktieelseid muudatusi. Tänaseks on Siemens Paragiose süsteemi oma magnetresonantsseadmetes juba kasutusele võtnud.
Paragios jätkab tööd piltdiagnostiliste tehnoloogiate alal. Koostöös Pariisi lähedal asuva Henri Mondori ülikooli kliinikumi arstidega on tal käsil tarkvara välja töötamine lihashaiguste, müopaatiate diagnoosimiseks ilma ebamugava biopsiata. Paragios ja tema töörühm keskendusid magnentresonantsuuringute eriliigile, difusioontensoruuringutele, milles kasutatakse ära veemolekulide liikumist eluskudedes. Eesmärk on koostada algoritmid, mille abil vee liikumise põhjal luuakse pilt lihaskiudude ehitusest ja paiknemisest, see omakorda võimaldab diagnoosida algavaid müopaatiaid.
Olgu rakendusviisid millised tahes, Paragios näeb oma teadustöö põhieesmärgina “teha midagi innovatiivset ja olla ühiskonnale kasulik”.
Riistvara
Anand Raghunathan, 34
Nec Laboratories America
Mobiilside turvalisemaks
Kate Greene
Probleem: juba ammu on õelvarakirjutajate ja identiteedivaraste sihtmärgiks olnud arvuti, ent mida enam ühendatakse internetti mobiilseadmeid, seda enam langevad rünnakute ohvriks just need – ja tagajärjed võivad olla veelgi hullemad. Taskutelefone ja pihuarvuteid nakatavad viirused suudavad levida juhtmevaba Bluetooth-ühenduse kaudu, mida kasutatakse andmevahetuseks mitmesuguse taskutehnika ning laua- ja autoarvutite vahel. Asi võib lõppeda õige õnnetult, kui viirusel õnnestub hüpata telefonist firma tulemüüriga kaitstud sisevõrku või auto navigeerimissüsteemi, kus see näiteks hävitab GPS-info või saadab korda midagi veel hullemat.
Lahendus: mobiilseadmete turvalisuse parandamiseks töötasid Anand Raghunathan ja tema töörühm NEC Laboratories Americas välja sellistele seadmetele mõeldud lisaprotsessori koodnimega Moses. Protsessor võtab enda kanda kõik seadme turvaülesanded, nagu andmete krüptimine ja kasutaja autentimine. Eraldi turvaprotsessor isoleerib süsteemist kõik salasõnu ja personaalteavet kaitsvad krüptimiskoodid. Nii et kui seade nakatubki viirusega, siis ei pääse see ligi pangaarvele või konto riarvutisse sisen emiseks mõeldud salasõnadele ja võib teha vaid piiratud kahju. Pealegi – kuna Moses on spetsiaalselt loodud andmete efektiivselt krüptimiseks ja lahtikrüptimiseks – kulutab lisaprotsessoriga telefon kõnealuste ülesannetega toimetulekuks tavalisest taskutelefonist kolm korda vähem energiat ja töötab viis korda kiiremini.
Lähiaastatel varustatakse niisuguste turvaprotsessoritega miljonid taskutelefonid, ütleb Raghunathan. Tema hinnangul on Mosesest kasu ka kõikidel teistel väikestel ammenduva vooluallikaga viguritel, nagu raadiosagedusel toimivad tuvastamisseadmed, võrku ühendatavad andurid ja MP3-mängijad.