L'IA accelera la scoperta scientifica, rivoluzionando medicina, materiali e mente umana, aprendo nuove frontiere e sfide etiche
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L'intelligenza artificiale sta accelerando la scoperta scientifica, aprendo nuove frontiere nella medicina, nella scienza dei materiali e nella comprensione della mente umana.
L'intelligenza artificiale (IA) sta accelerando la scoperta scientifica, aprendo frontiere nella medicina, nella scienza dei materiali e nella comprensione della mente umana. Parallelamente, progressi nelle biotecnologie e lo sviluppo di materiali innovativi stanno trasformando settori chiave come la sanità, le comunicazioni e l'edilizia. L'IA, con apprendimento profondo e modelli avanzati, rivoluziona il modo di fare ricerca, progettando materiali e accelerando scoperte in campi come proteine, antibiotici e batterie. Sebbene sollevi importanti questioni etiche, l'IA rappresenta un'opportunità straordinaria per risolvere problemi globali. Tecnologie emergenti come i dati sintetici e i modelli linguistici avanzati mitigano problemi di privacy e sicurezza. Le RIS e altri approcci innovativi, come le stazioni di piattaforma ad alta quota (HAPS) e l'Integrated Sensing and Communications (ISAC), migliorano connettività e risparmio energetico. Nel settore delle costruzioni, l'IA e la tecnologia immersiva aumentano efficienza, sicurezza e sostenibilità. Inoltre, microrganismi per la cattura del carbonio, pompe di calore elastocaloriche e mangimi alternativi rappresentano soluzioni promettenti per mitigare il cambiamento climatico e rendere l'agricoltura più sostenibile. La genomica per i trapianti offre nuove soluzioni alla carenza di organi.
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Il Futuro è Già Qui
Siamo sull'orlo di una nuova era, un'epoca in cui l'intelligenza artificiale (IA) non è più fantascienza, ma una forza trainante che sta rimodellando il nostro mondo a una velocità sorprendente. Le innovazioni nell'IA, come l'apprendimento profondo, l'IA generativa e i modelli di fondazione, sono come chiavi magiche che sbloccano possibilità inimmaginabili, potenziando la creatività e l'ingegno umano in modi che solo pochi anni fa sembravano utopici.
Immaginate un futuro in cui la scoperta scientifica è accelerata da un'IA onnisciente, capace di analizzare montagne di dati e scovare correlazioni nascoste che sfuggono all'occhio umano. Un futuro in cui nuovi materiali, con proprietà straordinarie, vengono progettati su misura per risolvere le sfide più urgenti del nostro tempo, dalla crisi energetica all'inquinamento ambientale.
L'IA è già al lavoro per migliorare la nostra vita e ampliare i nostri orizzonti. Dai sistemi di raccomandazione che personalizzano la nostra esperienza online, agli assistenti virtuali che ci semplificano la quotidianità, l'IA è diventata un compagno invisibile.
Ma il vero potenziale dell'IA si manifesta nella sua capacità di collaborare con gli scienziati, i ricercatori e gli innovatori di tutto il mondo aprendo nuove frontiere.
indiscutibilmente l'avvento dell'IA solleva anche interrogativi importanti. Dobbiamo assicurarci che questa tecnologia potente sia utilizzata in modo etico e responsabile, per il bene di tutta l'umanità. Ma non possiamo ignorare l'opportunità straordinaria che l'IA ci offre.
L'intelligenza artificiale per la scoperta scientifica
L'intelligenza artificiale sta rivoluzionando il mondo della scoperta scientifica, aprendo nuove possibilità e accelerando il ritmo delle innovazioni. Grazie alla sua capacità di analizzare enormi quantità di dati, identificare schemi nascosti e suggerire ipotesi, l'IA è diventata uno strumento fondamentale per molte discipline.
Negli ultimi anni, c'è stata una trasformazione nel modo in cui l'intelligenza artificiale viene utilizzata nelle scoperte scientifiche. Da un sistema di intelligenza artificiale che prevede accuratamente i modelli 3D delle strutture proteiche, alla scoperta di una nuova famiglia di antibiotici e materiali per batterie più efficienti, il mondo è sull'orlo di una rivoluzione guidata dall'intelligenza artificiale nel modo in cui le nuove conoscenze vengono scoperte e utilizzate.
Sebbene l'intelligenza artificiale sia utilizzata nella ricerca da molti anni, attualmente gli scienziati stanno costruendo e utilizzando grandi modelli linguistici per analizzare la letteratura scientifica e utilizzando l'apprendimento profondo per fare scoperte.
Con l'attuale tasso di innovazione, è probabile che ciò porti a progressi nelle aree di:
- Diagnosi, trattamento e prevenzione delle malattie.
- Nuovi materiali che abilitano tecnologie verdi di prossima generazione.
- Scoperte nelle scienze della vita che ampliano le attuali conoscenze della biologia.
- Grandi progressi nel modo in cui viene compresa la mente umana, e molto altro ancora.
Restano da affrontare considerazioni e sfide etiche: l’entità del rischio per la privacy, l’autonomia e l’identità individuale e la possibilità di sconvolgimenti sociali causati da queste potenti tecnologie non sono ancora del tutto noti
Inoltre, occorre considerare anche l'impatto ambientale derivante dal consumo di energia e dall'estrazione delle risorse necessarie per sostenere la crescita dell'intelligenza artificiale.
La domanda globale di velocità di trasmissione dati più elevate, minore latenza e connettività a basso consumo energetico è in forte crescita. Si prevede che il lancio del 6G entro il 2030 intensificherà ulteriormente questa pressione. Per rispondere a queste sfide, le reti future dovranno essere progettate per una maggiore capacità e connettività e con una forte attenzione alla sostenibilità ambientale.
I paesi che stanno investendo maggiormente in questo settore sono: USA, Cina, India, UK, Germania
La ricerca accademica si concentra in: UK, Norvegia, Canada, Giappone, USA
Tecnologie per migliorare la privacy
L'accesso a set di dati sempre più grandi, soprattutto quando si usa l'intelligenza artificiale, trasforma la ricerca, la scoperta e l'innovazione. Tuttavia, le preoccupazioni relative alla privacy, alla sicurezza e alla sovranità dei dati limitano il grado in cui i dati di alto valore possono essere condivisi e utilizzati a livello nazionale e globale.
Negli ultimi anni è cresciuto l’interesse per i “dati sintetici”. Questi dati replicano i modelli e le tendenze nei set di dati sensibili, ma non contengono informazioni specifiche che potrebbero essere collegate a individui o compromettere organizzazioni o governi. Grazie ai progressi nell'intelligenza artificiale, i dati sintetici rimuovono molte delle restrizioni al lavoro con dati sensibili e aprono nuove possibilità nella condivisione globale dei dati e nella ricerca collaborativa su fenomeni biologici, studi correlati alla salute, modelli di intelligenza artificiale di formazione e altro ancora.
Le tecnologie efficaci di condivisione e utilizzo dei dati che proteggono la privacy, la sicurezza e la sovranità dei dati sono essenziali se si vuole realizzare il potenziale emergente dell'IA.
I paesi che stanno investendo maggiormente in questo settore sono: UK, Isole Cayman, USA, Cina, Olanda
La ricerca accademica si concentra in: USA, UK, Svizzera, Repubblica Ceca, Finlandia
Superfici intelligenti riconfigurabili
La domanda globale di velocità di trasmissione dati più elevate, minore latenza e connettività a basso consumo energetico è in forte crescita.Si prevede che il lancio del 6G entro il 2030 intensificherà ulteriormente questa pressione. Per rispondere a queste sfide, le reti future dovranno essere progettate per una maggiore capacità e connettività e con una forte attenzione alla sostenibilità ambientale. Entrano in gioco le superfici intelligenti riconfigurabili (RIS), piattaforme che utilizzano metamateriali, algoritmi intelligenti ed elaborazione avanzata del segnale per trasformare pareti e superfici ordinarie in componenti intelligenti per la comunicazione wireless.
I metamateriali sono materiali progettati artificialmente che possiedono proprietà non trovate nei materiali naturali. Queste proprietà derivano non tanto dalla composizione chimica del materiale, ma dalla sua struttura, spesso progettata a livello microscopico o nanoscopico. Ad esempio le antenne realizzate con metamateriali possono essere molto più compatte ed efficienti rispetto alle antenne tradizionali. Queste antenne sono utilizzate nelle comunicazioni wireless e possono migliorare significativamente le prestazioni di dispositivi come telefoni cellulari e satelliti.
I RIS consentono il controllo di messa a fuoco di precisione delle onde elettromagnetiche, riducendo le interferenze e la necessità di elevata potenza di trasmissione. Allo stesso modo, i RIS sono altamente adattabili e possono regolare dinamicamente le configurazioni in base alle richieste in tempo reale.
È probabile che la crescita dei RIS avrà un impatto più ampio su diversi settori industriali.
I paesi che stanno investendo maggiormente in questo settore sono: USA, Cina, UK, Svezia, Australia
La ricerca accademica si concentra in: USA, UK, Cina, Norvegia, Canada
Stazioni di piattaforma ad alta quota
Le stazioni di piattaforma ad alta quota (HAPS) operano ad altitudini stratosferiche, circa 20 chilometri sopra la Terra. Solitamente sotto forma di palloni, dirigibili o velivoli ad ala fissa, offrono una piattaforma stabile per l'osservazione e la comunicazione e possono funzionare per mesi. I progressi nell'efficienza dei pannelli solari, nella densità energetica delle batterie, nei materiali compositi leggeri, nell'avionica autonoma e nelle antenne, insieme all'espansione delle bande di frequenza e ai nuovi standard aeronautici, rendono le HAPS praticabili nel breve termine.
Le HAPS possono fornire connettività, copertura e miglioramenti delle prestazioni che né i satelliti né le torri terrestri possono eguagliare, in particolare in aree con terreni difficili come montagne, giungle o deserti.
L'accesso al mondo connesso funge da ponte verso il futuro, tuttavia, secondo l'Unione Internazionale delle Telecomunicazioni (ITU), circa un terzo delle persone nel mondo rimane offline. Le donne e gli anziani sono colpiti in modo sproporzionato. Un elemento chiave per affrontare questa sfida è il miglioramento delle infrastrutture.
Oltre a fornire accesso a Internet, queste piattaforme adattabili possono svolgere un ruolo importante in varie applicazioni critiche, dal supporto alla gestione dei disastri al potenziamento della copertura a banda larga e al monitoraggio ambientale.
I paesi che stanno investendo maggiormente in questo settore sono: Germania, USA, UK, Francia, Irlanda
La ricerca accademica si concentra in: USA, UK, Svizzera, Norvegia, Giappone
Rilevamento e comunicazione integrati
Decenni di sviluppo separato delle tecnologie di rilevamento e di comunicazione hanno portato a un eccesso di dispositivi con funzioni sovrapposte, con conseguente congestione dei dispositivi, inefficienza dello spettro e perdite finanziarie. Integrated sensing and communications (ISAC) affronta questo problema riunendo capacità di rilevamento e comunicazione in un unico sistema, facilitando la raccolta e la trasmissione simultanea dei dati. Questa integrazione ottimizza l'hardware, l'energia e l'efficienza dei costi, consentendo al contempo nuove applicazioni che vanno oltre i paradigmi di comunicazione convenzionali
ISAC rende le reti wireless consapevoli dell'ambiente, consentendo funzionalità come localizzazione, mappatura ambientale e monitoraggio delle infrastrutture. Questi sistemi aiutano nell'agricoltura intelligente, nella conservazione ambientale e nella pianificazione urbana.
I paesi che stanno investendo maggiormente in questo settore sono: Cina, Israele, Canada, USA, Olanda
La ricerca accademica si concentra in: USA, Norvegia, UK, Canada, Repubblica Ceca
Tecnologia immersiva per il mondo costruito
Mentre le principali piattaforme tecnologiche cercano utilità nel metaverso, un settore è pronto per la trasformazione: l'edilizia. Gli strumenti di realtà immersiva e AI-driven per il mondo costruito consentono a progettisti e professionisti dell'edilizia di verificare la congruenza tra il fisico e il digitale, garantendo accuratezza e sicurezza e promuovendo la sostenibilità.
L'edilizia è uno dei settori industriali più grandi e influenti al mondo, contribuendo al 40% delle emissioni globali di anidride carbonica (CO2). Nonostante la sua immensa impronta, l'industria è stata lenta ad abbracciare la rivoluzione digitale.
Le esperienze di progettazione immersiva aiutano ad anticipare le sfide che potrebbero evolversi durante la costruzione testando ipotesi, identificando potenziali errori e fornendo soluzioni prima dell'inizio della costruzione. La prototipazione e la sperimentazione virtuali aumentano la precisione.
Il metaverso sta anche migliorando l'efficienza nella manutenzione e nell'ispezione. Un'azienda edile giapponese, ad esempio, stima che a livello nazionale un milione di ore siano spese semplicemente per recarsi alle ispezioni. Se il metaverso offrisse capacità di ispezione a distanza solide e affidabili, questi milioni di ore potrebbero essere riassegnate ad altri lavori critici.
I paesi che stanno investendo maggiormente in questo settore sono: USA, Cina, Canada, UK, Kenia
La ricerca accademica si concentra in: USA, UK, Svizzera, Norvegia, Repubblica Ceca
Elastocalorici
Con l'aumento delle temperature globali, la necessità di soluzioni di raffreddamento è destinata a salire alle stelle. L'Agenzia Internazionale per l'Energia (IEA) stima che la domanda globale di energia per il raffreddamento degli spazi più che triplicherà nei prossimi 30 anni, rappresentando circa il 37% della crescita della domanda globale di elettricità entro il 2050. Le pompe di calore elastocaloriche sono una tecnologia innovativa che può ridurre drasticamente e di parecchie volte l'energia necessaria per il riscaldamento e il raffreddamento.
Il potenziale impatto delle pompe di calore elastocaloriche, in particolare nel contesto dell'aumento della domanda di aria fredda, è sostanziale. Uno studio del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti le classifica come l'alternativa più promettente ai sistemi attuali. Il cuore di questa tecnologia sono i materiali elastocalorici, che emettono calore quando sottoposti a stress meccanico e si raffreddano quando lo stress si allenta. Ciò consente loro di funzionare con un ciclo continuo di stress e rilassamento. Il vantaggio aggiuntivo delle pompe di calore elastocaloriche è che non si basano su gas refrigeranti, potenzialmente dannosi per l'ambiente. Invece, utilizzano metalli ampiamente disponibili come nichel e titanio.
Socialmente, questa tecnologia può migliorare l'accesso al raffreddamento in regioni con elettricità basata sulla rete limitata o assente, migliorando così la qualità della vita e affrontando un aspetto chiave dell'impatto del cambiamento climatico.
Lo sviluppo delle pompe di calore elastocaloriche comporta il superamento di alcuni grandi ostacoli. Queste pompe necessitano di materiali che possano resistere a milioni di cicli di allungamento e rilassamento senza rompersi, un processo che viene affrontato sperimentando diverse leghe metalliche e tecniche di produzione.
Inoltre, affinché queste pompe di calore diventino ampiamente disponibili, la produzione di questi materiali deve aumentare significativamente per allinearsi alla domanda in costante aumento di raffreddamento prevista di fronte al riscaldamento globale.
I paesi che stanno investendo maggiormente in questo settore sono: Svezia, USA, Italia, Olanda, Germania
La ricerca accademica si concentra in: USA, UK, Svizzera, Norvegia, Repubblica Ceca
Microbi che catturano il carbonio
In mezzo all'urgenza del cambiamento climatico, si sta preparando una rivoluzione silenziosa: i microrganismi vengono utilizzati per catturare i gas serra dall'aria o dai gas di scarico e convertirli in prodotti di alto valore. Per guidare questo processo, gli organismi utilizzano la luce solare o energia chimica come l'idrogeno. L'ingegnerizzazione degli organismi promette un'ampia gamma di prodotti sostenibili riducendo al contempo il riscaldamento globale.
La cattura microbica del carbonio si sta rivelando una strategia promettente per controllare la CO2 atmosferica e mitigare il riscaldamento globale. Allo stesso tempo, può produrre vari prodotti con un potenziale di mercato significativo, come carburanti, fertilizzanti e mangimi per animali.
I sistemi modificano gli organismi per convertire la CO2 in nuovi prodotti, come il biodiesel o mangimi per animali ricchi di proteine.
Nonostante i notevoli progressi, i sistemi di cattura del carbonio microbico devono ancora affrontare sfide che ne ostacolano l'adozione e la commercializzazione su larga scala. In primo luogo, i microrganismi sono per lo più adattati a condizioni di bassa temperatura e sono meno efficaci nel catturare la CO2 dai gas di scarico industriali caldi. Sono necessari ulteriori impianti di raffreddamento che consumano energia.
In ogni caso gli attuali sistemi di cattura microbica del carbonio sono ancora molto costosi. Tuttavia, l'alto valore dei prodotti potrebbe compensare almeno una parte di questo costo.
I paesi che stanno investendo maggiormente in questo settore sono: USA, Canada, UK, Islanda, Australia
La ricerca accademica si concentra in: USA, UK, Svizzera, Canada, Germania
Mangimi alternativi per il bestiame
I mangimi alternativi per bestiame offrono soluzioni sostenibili per rispondere alla crescente domanda di proteine nell'agricoltura animale. Questi mangimi, ricavati da insetti, proteine monocellulari, alghe e scarti alimentari, forniscono valide alternative agli ingredienti tradizionali come soia, mais e grano.
Le alternative di mangime offrono miglioramenti sostanziali della sostenibilità. Attualmente, quasi l'80% della produzione di soia viene utilizzata come mangime per animali, con conseguenti significative conseguenze negative sull'ambiente. Questa domanda determina deforestazione, perdita di biodiversità, sovrafertilizzazione ed emissioni di gas serra derivanti da cambiamenti nell'uso del suolo. La transizione verso mangimi alternativi per il bestiame potrebbe mitigare queste sfide e promuovere pratiche più sostenibili dal punto di vista ambientale nell'agricoltura animale.
Un ulteriore vantaggio dei mangimi alternativi per animali è la diversità e il valore nutrizionale che aggiungono, che possono svolgere un ruolo fondamentale nella protezione del benessere degli animali. Possono offrire una gamma più ampia di nutrienti rispetto ai mangimi convenzionali, migliorando la salute e il benessere degli animali e, potenzialmente, la qualità del prodotto stesso. Ad esempio, gli insetti possono essere prodotti su scala industriale per produrre proteine di alta qualità, mentre le proteine monocellulari o le alghe possono fornire proteine e grassi essenziali per diverse specie di animali. ì
Anche il rapporto costi-benefici di queste fonti alternative è un fattore chiave. Spesso sono più economiche da produrre e ottenere. L'uso di larve di mosca soldato nera (BSFL) è un esempio; gli studi dimostrano che l'aggiunta di BSFL alle diete degli animali può ridurre i costi associati al mangime. Ciò è dovuto principalmente al fatto che le BSFL possono essere coltivate da rifiuti organici, riducendo la necessità di ingredienti tradizionali e più costosi per i mangimi, come farina di pesce o farina di soia.
Il mercato degli ingredienti alternativi per l'alimentazione del bestiame è vivace e numerose aziende in tutto il mondo hanno ormai introdotto con successo opzioni alternative di qualità. Nel 2023, il mercato globale delle proteine alternative per mangimi animali era valutato a 3,96 miliardi di dollari. Si prevede che crescerà significativamente di valore nel prossimo decennio, arrivando a 8,2 miliardi di dollari entro il 2033.
Tuttavia, i mangimi alternativi per animali sono più di una soluzione adatta a tutti. La loro fattibilità varia in base alla disponibilità locale, ai costi di produzione e alle condizioni ambientali e sociali. Rimangono altre sfide, tra cui normative ambientali, preoccupazioni etiche e concorrenza.
I paesi che stanno investendo maggiormente in questo settore sono: USA, Francia, Israele, Cile, Canada
La ricerca accademica si concentra in: USA, Portogallo, Polonia, Canada, Slovacchia
Genomica per i trapianti
Il trapianto di organi è in continua evoluzione. Questa continua evoluzione è stata sottolineata da una pietra miliare notevole nel marzo 2024: il primo trapianto riuscito di un rene non umano (di maiale) in un ricevente umano vivente. Questo progresso è guidato da fattori fondamentali come la nostra capacità di comprendere e modificare con precisione il genoma.
I trapianti di organi salvano vite, ma esiste la necessità di superare il bacino di donatori disponibili. Solo negli Stati Uniti, più di 100.000 pazienti sono in attesa di un trapianto di organi, e tuttavia solo circa 30.000 organi saranno disponibili in un anno.
Per soddisfare questa esigenza, per oltre tre decenni sono stati fatti costanti progressi nella scienza che si occupa del trapianto di organi da animali a esseri umani. Grazie a tecnologie come CRISPR-Cas9, è ora possibile creare molteplici manipolazioni genetiche in un singolo maiale per superare la barriera immunologica (di rigetto). Queste includono l'inserimento di geni che possono avere un impatto sulla funzione dell'organo di maiale trapiantato e l'eliminazione di geni per virus che potrebbero infettare il paziente che riceve un trapianto di maiale.
I paesi che stanno investendo maggiormente in questo settore sono: USA, Belgio, Cina, Francia, Svizzera
La ricerca accademica si concentra in: USA, UK, Svizzera, Repubblica Ceca, Canada
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