Dosah biointeligentnej výroby na…

Zavádzanie konceptov biointeligentnej výroby bude mať z pohľadu širších súvislostí dosah na rôzne oblasti – od spoločnosti cez politiku, technológie, ekonomiku, životné prostredie až po legislatívu. V nasledujúcej časti podrobnejšie rozoberieme práve vplyv na technológiu, ekonomiku a životné prostredie.

… technológie

Novo vyvinuté technológie odrážajú a podporujú významný vplyv, ktorý bude mať nástup biointeligentnej výroby v rôznych oblastiach. Bude vynájdená a vyvinutá nová generácia produktov a procesov, ktorých technologické charakteristiky sa budú výrazne líšiť od produktov a procesov, ktoré poznáme dnes, s využitím sily prírody, inžinieringu a dátovej vedy na riešenie otvorených problémov vo výrobe, v mobilite, energetike, medicíne a poľnohospodárstve.

Kľúčové inovácie sa budú opierať o vedy o živej prírode a technológie prekonávajúce tradičný sekvenčný cyklus úrovní pripravenosti tých technológií (z angl. technology readiness levels – TRL), ktoré v posledných desaťročiach brzdili inovácie. So zreteľom na rôzne príklady technológií, ktoré prispievajú ku konvergencii biointeligentnej výroby, od syntetickej biológie po 3D a 4D biotlač, od mäkkej robotiky po biosnímače a akčné biočleny, od biosietí a skladovania DNA po biopalivá, možno dosiahnuť silnú integráciu s tromi rôznymi oblasťami, a to prostredníctvom sekvenčného prístupu k vede a objavom.

Podobne aj biologické vedy naplno využijú silu integrácie „umelých“ vied s prírodnými a základných vied s aplikovaným výskumom. Tento nový súbor hybridných technológií bude vyžadovať nové metódy a nástroje na navrhovanie, výrobu, simuláciu, správu, monitorovanie, kontrolu, vyraďovanie a recykláciu riešení, kde sú organické a anorganické časti úzko prepojené.

… ekonomiku

Z doteraz realizovaných analýz bol jasne preukázaný vplyv zavedenia biointeligentnej výroby do európskeho výrobného systému. Európsky výrobný priemysel, najmä jeho schopnosť vyrábať stroje a systémy, je veľmi sofistikovaný a dobre štruktúrovaný. Vďaka tomu by sa Európa mohla stať popredným svetovým výrobcom zariadení na biointeligentnú výrobu. Európska suverenita potrebuje silných výrobcov kapitálových statkov a silných používateľov kapitálového vybavenia, ktorí od začiatku zohrávajú aktívnu úlohu v biointeligentnej transformácii, aby nezaostávali, ako sa to stalo v sektore energetiky alebo vo výrobe počítačových čipov.

Prechod na biointeligentnú výrobu podporí novú éru produktov, procesov a systémov, ktoré uspokoja hlavné očakávania: udržateľnosť, efektívnosť a inovatívnosť aplikácií (obr. 4). Biointeligentný prístup môže zlepšiť udržateľnosť vďaka svojej schopnosti opätovného využitia biomateriálu vo viacerých životných cykloch alebo jednoducho nahradiť neekologické zdroje biomateriálmi s vyšším potenciálom opätovného využitia (ako je prechod na organické počítače, ktoré môžu zlepšiť udržateľnosť).

Biointeligentný prístup by tiež mohol byť zdrojom nových typov produktov, ktoré si pri dnešných neekologických zdrojoch ešte nemožno predstaviť. Nové režimy interakcie medzi bio- a nebio- svetom umožňujú nové interoperabilné rozhrania medzi viacerými systémami rôznych typov. Je zrejmé, že je možné uvažovať o scenároch, v ktorých je pre konkrétne riešenia nevyhnutná kombinácia aspoň dvoch z troch hlavných oblastí biointeligentnej výroby. Všetky tieto scenáre podliehajú súčasným technologickým limitom a celosvetovým politikám a ekonomikám. To je dôvod, prečo Európa nesmie premeškať túto príležitosť byť súčasťou tohto prechodu – dokonca ho riadiť – a rozvíjať sa smerom, ktorý môže zlepšiť vnútorné hospodárstvo EÚ a kvalitu života.

V krátkodobom horizonte sa očakáva, že biointeligentná výroba prispeje k zlepšeniu produktov, bude zdrojom nových funkcií a vlastností, a to najmä v oblasti zdravotníctva. Stane sa to napríklad v preventívnej medicíne, kde zvyšujúci sa výkon laboratórií a orgánov na čipoch prispeje k zlepšeniu interakcie s bunkami vďaka zavedeniu biosnímačov a získaniu ďalších informácií s vyššou presnosťou. To znamená výrobu personalizovaných produktov so sofistikovaným rozhraním s ľudskými bytosťami.

V strednodobom horizonte môže biointeligentná výroba prispieť k zlepšeniu výrobných systémov a metód z hľadiska produktivity, kvality, zlepšenej spolupráce medzi človekom a strojom, bezpečnosti ľudí a životného prostredia. Vďaka týmto zlepšeniam vo výrobných systémoch vzniknú nové bioprodukty. Nové materiály sa budú vytvárať napríklad prostredníctvom interakcie medzi bio- a nebio- svetom. Materiály môžu zlepšiť udržateľnosť využívaním charakteristík biologického sveta, zabezpečením vyššej účinnosti obnovy a podstatným zvýšením cirkulácie.

Z dlhodobého hľadiska priemysel vytvorí s ohľadom na nové potreby nové biointeligentné produkty. Trendom bude ísť nad rámec potrieb jednotlivca z čisto zlepšovacieho hľadiska či nejakej formy starostlivosti. Cieľom bude ísť za hranice osobnosti, rozširovať limity nášho tela aj techniky. Vylepšené informácie získané z nových biointeligentných produktov a systémov by sa nemali vnímať len z pohľadu lekárskej starostlivosti, ale ako informácie, ktoré môžu optimalizovať riadenie ľudského tela vo forme proaktívnej lekárskej starostlivosti.

Keď ľudstvo začne vyrábať produkty, ktoré sú bio- aj nebio- vrátane systému, ktorý je schopný integrovať tieto dva typy mechanizmov, môže vzniknúť nespočetné množstvo nových produktov, ktoré ďaleko presahujú naše súčasné očakávania. Otvára sa nový potenciál pre neznáme oblasti, ako je to v prípade mobilného telefónu a neskôr smartfónu, ktorého význam pri pokrývaní (a vytváraní) nových ľudských potrieb bol nepredstaviteľný, kým nebol vytvorený a predstavený verejnosti. Ľudskej fantázii sa medze nekladú a realita môže skutočne presahovať rámec fikcie. Napríklad infračervené biosnímače – bunkové senzory detegujúce vlnovú dĺžku, ktoré ľudské oči nedokážu rozpoznať –, by mohli rozšíriť ľudské zorné pole v reálnom čase. Ak sú tieto signály integrované na úrovni neurónov, mozog ich môže interpretovať a integrovať do normálneho vnímania a uvažovania. Aj keď sú to trochu desivé perspektívy, demonštrujú prelomový potenciál integrácie bio- a nebio- sveta prostredníctvom biointeligentných produktov. Ukazujú tiež dôležitosť etiky pri definovaní potenciálneho dosahu biointeligentnej revolúcie.

… legislatívu

Biologická transformácia tvorby priemyselných hodnôt ovplyvní okrem samotnej spoločnosti aj dopyt po nových a revidovaných právnych predpisoch a politických rámcoch. Normalizácia pomôže zjednodušiť právnu reguláciu a kontrolu. Regulácia používania biologického alebo geneticky modifikovaného materiálu je na celom svete veľmi odlišná, čo bráni šíreniu a využívaniu inovatívnych technológií. Musí sa definovať posun k prístupu založenému na riziku pri hodnotení biointeligentných technológií a jasné pravidlá stratégií obmedzovania, aby sa umožnila implementácia biologických komponentov do výrobných jednotiek.

V týchto diskusiách by sa mal objaviť aj princíp bioetiky. Táto filozofia biointeligentnej výroby by sa mala dôkladne zvážiť, pričom by sa mala prediskutovať bioetika a citlivé témy z hľadiska používania ľudských tkanív, zdravotných záznamov, laboratórneho testovania (in vivo) a podobných techník, ktoré sú nevyhnutnými piliermi biointeligentnej výroby.

… životné prostredie

Koncept biointeligentnej výroby úzko sleduje prírodné procesy a prispieva k realizácii konceptu bio- a obehového hospodárstva. Je dôležité zdôrazniť, že biointeligentná výroba by sa mala spoliehať na jedinečné environmentálne koncepty, ktoré sú pre obehové hospodárstvo prvoradé, ako je oddelenie ekonomického rastu od využívania zdrojov, implementácia obehových materiálových tokov medzi regionálnymi priemyselnými spoločnosťami a odvetviami atď.

Biointeligentná výroba sa spolieha na hlbšie zapojenie počítačových simulácií (in silico) prírodných procesov, ktorých cieľom je nahradiť metódy testov na živých organizmoch (in vivo) a do určitej miery laboratórne testy (in vitro), či chemických procesov (in chimico). Digitálna simulácia zložitých biologických procesov pomocou superpočítačov má za cieľ znížiť zdroje neefektívnych priemyselných procesov, ako je spotreba materiálu a energie. Vďaka tomu môže byť ľahšie dosiahnuť ciele aj v oblasti dekarbonizácie. Biointeligentné výrobné odvetvia sa budú spoliehať na využívanie obnoviteľných energií. Mali by sa zabezpečiť kruhové toky materiálu. Len tak môžeme zvýšiť produkčnú kapacitu biosurovín, ktoré môžu postupne nahradiť tie fosílne, a zabezpečiť udržateľné dodávateľské reťazce pre celý cyklus výroby.

Literatúra

[1] Byrne, G. – Dimitrov, D. – Monostori, L. – Teti, R. – Houten, F. van – Wertheim, R.: Biologicalisation: Biological transformation in manufacturing. In: CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 2018, 21, s. 1 – 32. Dostupné tu. 

[2] Miehe, R. – Bauernhansl, T. – Schwarz, O. – Traube, A. – Lorenzoni, A. – Waltersmann, L. – Full, J. – Horbelt, J. – Sauer, A.: The biological transformation of the manufacturing industry – envisioning biointelligent value adding. In: Procedia CIRP, 2018, Vol. 72, p. 739 – 743. ISSN 2212-8271. Dostupné tu. 

[3] Sanchez, C. – Arribart, H – Giraud, G. M. M. (2005). Biomimetism and bioinspiration as tools for the design of innovative materials and systems. In: Nature Materials, 2005, 4 (4), p. 277 – 288. DOI: 10.1038/nmat1339. PMID 15875305.

[4] Whitesides, G. M.: Bioinspiration: something for everyone. In: Interface Focus, 2015, 5 (4). DOI: 10.1098/rsfs.2015.0031.

Zdroj: Biointelligent Manufacturing, Definitions, International Status, Potentials for Europe and Recommendations. Prehľadová správa. ManuFUTURE sub-platform Biointelligent Manufacturing (BIM). [online]. 

-tog-