Framtidsbloggen

Tredje generationens intelligenta trafiksystem

Våra bilar är inte längre i första hand mekaniska underverk utan datoriserade sådana. Microsoft vill se ”en dator i varje bil” som de uttrycker det, men för att bilarna ska bli intelligentare krävs också sensorer som samlar in information. I en modern bil finns dussintals sensorer som läser av allt från motortemperatur till om däcken håller på tappa fästet. En av de senare finesserna är parkeringssensorer som känner av om det finns bilar eller andra föremål bakom bilen när man ska fickparkera. Om bilen kommer för nära en annan bil ljuder en signal inne i bilen och föraren trycker lämpligen på bromsen.

Systemet skulle naturligtvis kunna användas för mer än att undvika bucklar på stötfångaren. I framtiden kan vi få se kollisionsdetektorer installeras i våra bilar. Dessa kan läsa av om vi närmar oss andra föremål på vägen med för hög hastighet, för att automatiskt bromsa in bilen och undvika en krock eller åtminstone minimera skadan.

Inom forskningen för intelligenta trafikssystem så ser man i en förlängning att bilarna inte bara ska samla data och bearbeta den lokalt, utan att den även ska utbyta information med andra bilar. Och för all del vägskyltar, gångtrafikanter och passerande älgar också. När alla dessa föremål i trafiken börjar utbyta information om sina positioner och hastigheter så ges möjligheten att skapa system som minskar antalet olyckor rejält eller i en förlängning helt. På sätt skulle Vägverkets nollvision inte längre bara vara en utopi utan helt plötsligt fullt realistisk. Men trots att systemen kan bli mycket tillförlitliga så kan de inte helt ersätta den mänskliga uppmärksamheten och instinkten. Även det mest avancerade system kan förstås gå sönder…

MEMS på vägen mot nano (del 6)

Ordet nanorobot indikerar en form av mycket små intelligenta varelser som kan utföra specifika uppgifter. I en förlängning så kan de teoretiskt inte bara att agera intravenösa doktorer, utan även lydiga fabriksarbetare. I tänkta nanofabriker skulle dessa nanorobotar skapa byggblock från molekylärt råmaterial. Även om de producerade byggblocken är mycket små så är arbetstakten miljonfalt gånger högre än vad Volvos bilmontörer kan prestera. Miniatyrlika kugghjul, transportband och griparmar ser effektivt till att konstruera block, steg för steg, för att slutligen montera dem till användbara produkter i verklig storlek. Självreplikerande robotar må vara en dystopi i många science-fiction-böcker, men om dessa nanorobotar blir verklighet så är det troligen till det positiva våra liv förändras.

Området nanoteknik expanderar kontinuerligt varefter man finner nya användningsområden. Men nanoteknik är inte längre något som endast finns i forskningslabben utan kommersiella produkter når marknaden undan för undan. Svenska Nanoshop.se erbjuder exempelvis en rad nanoprodukter som putsmedel som gör fönsterrutor självrengörande, fasadbehandling för att förhindra mögelangrepp eller nanosvampar för effektiv rengöring i badrum och kök. Bered er på makalösa TV-shopreklamer.

Det faktum att vi kan anpassa nanomaterialens unika beskaffenheter kommer att medföra snabbare datorer, renspolning av förkalkade ådror, nya filter för att rena vatten och högeffektiva solceller. Men tillsammans med alla de möjligheter som nanotekniken erbjuder så kommer också rädslan för eventuella risker. Den stora farhågan är hur männsikor påverkas av dessa artificiella föremål som är så små att de med lätthet kan tränga in i människokroppen. Precis som att vissa nanomaterial kan bota sjukdomar, så är det inte otänkbart att andra kommer att kunna ge upphov till dem. Forskningen har ännu en lång väg att gå för att säkerställa vilka eventuella negativa effekter nanotekniken kan ha, något som troligen krävs för att såväl lagstiftning som människors inställning ska förbli välvillig.

MEMS på vägen mot nano (del 5)

Inom medicin tros nanoteknik få ett stort genomslag. I första hand handlar det inte om att skapa nya mediciner och behandlingsmetoder, utan att förbättra de befintliga. Exempelvis kan man genom att applicera nanopartiklar på traditionella mediciner öka kroppens upptagningsförmåga. Genom nanopartiklarnas speciella egenskaper tränger medicinen effektivare genom cellernas membran och effektiviteten kan ökas mångfalt. 

Ett annat exempel är nanopartiklar som ges intravenöst till cancerpatienter varefter partiklarna flyter genom kroppens blodomlopp och söker upp cancerceller var de än befinner sig i kroppen. Nanopartiklarna designas så att de sänder ut ljus i bestämda färger och när de når cancercellerna fäster de sig på dem så att läkare visuellt kan lokalisera vilka områden i kroppen som ska strålbehandlas.

Forskarnas dröm är naturligtvis att de ska kunna göra mer än så. Helst vill man att de också direkt ska angripa tumörerna för att helt bota cancerpatienterna. Och det utan att skada närliggande vanlig kroppsvävnad. Det forskarna ser framför sig är en nanomekanism som automatiskt detekterar, utvärderar och behandlar en sjukdom. Och naturligtvis rapporterar till läkaren om behandlingens utgång. Dessa mikroskopiskt små nanorobotar skulle på sätt kunna bota våra sjukdomar på ett helt revolutionerande sätt.

MEMS på vägen mot nano (del 4)

Nanotekniken fascinerar och innebär att materialegenskaper som färg, elasticitet, ledningsförmåga och täthet kan varieras. Speciella nanorör kan framställas som, trots sin litenhet, är det starkaste material som hittills upptäcks i termer av elasticitet, mångdubbelt bättre än exempelvis kevlar. Ett nanorör är ett mycket smalt rör av kol som relativt sett kan bli mycket långt. Rörens förhållande mellan dess längd och diameter kan bli ändå upp till 28 000 000:1. Som en jämförelse motsvarar det ett 1,5 meter brett järnvägsspår som skulle löpa runt hela jorden. Styrkan i ett nanorör är enorm och skulle i mer gripbara mått motsvara en vajer om 1 mm2 som lyfter fem normalstora bilar.

Det finurliga med nanotekniken är att nanopartiklarna kan infogas i existerande material och därmed helt förändra deras egenskaper som styvhet, hållbarhet och elasticitet. Exempelvis kan traditionella plastmaterial förstärkas med nanopartiklar så att de kan användas som ersättning för metaller. Dessa kompositmaterial blir viktiga i första hand inom flygindustrin där man vill minska vikten, men i andra hand även inom bilindustrin. Genom att infoga nanopartiklar kan även textiliers karaktär förändras. Nanofibrer kan göra våra kläder både vattenavstötande och fläckfria – en dröm för småbarnsföräldrar.

Textilier med nanopartiklar behöver inte tvättas lika ofta och inte heller strykas eftersom de är skrynkelfria. Kläderna kan också få nya funktioner som att kontrollera vår hälsa. Företaget Sensatex har utvecklat en smart tröja med ett ledande fibernät som är insytt i tyget. Fysiologiska mätdata samlas kontnuerligt in, sammanställs och översänds trådlöst till en övervakningsenhet. Om patienten exempelvis börjar andas långsammare så skickas direkt en signal till läkare eller släktingar.

MEMS på vägen mot nano (del 3)

Den som tycker att mikromekanik och maskiner som inte syns med blotta ögat låter i minsta laget, så stannar inte utvecklingen där. Från mikronivån har nämligen nästa utvecklingssteg tagits: till nanonivån. Inom nanotekniken så är skalan i själva verket mindre ändå och strukturerna är i storleksordningen nanometer (en miljondels millimeter). I praktiken handlar det om att använda enskilda atomer och molekyler som byggklossar för att skapa  enheter som kallas nanopartiklar. På ett vanligt hårstrå ryms mer än 100 000 av dessa nanopartiklar.

Nanopartiklar i sig är inget nytt utan människan har använt dem i hundratals år. I exempelvis färgade glasrutor så har en kontrollerad uppvärmnings- och avkylningsprocess justerat storleken på de små kristallerna i glaset för att ge olika färger. Det som är nytt är att vi med dagens avancerade teknik för första gången kan titta och se vad som händer i denna nanovärld, vilket ger oss möjligheten att designa nya material och inte bara råka på dem av en slump.

Forskarna blir allt bättre på att styra och kontrollera dessa processer på molekylärnivå och för att därmed förändra materialens egenskaper. Man kan se det som att det periodiska systemet med alla kemiska grundämnen sträcker ut sig i en ny dimension. Vi har inte bara längre våra grundämnen utan även möjlighten att förändra deras storlek på tidigare okända sätt. Och varje storlek innebär olika egenskaper för materialen. Om vi exempelvis undersöker en klump med kisel så är den till färgen diskret gråsvart och inte speciellt intressant att titta på. Men om man bryter ut en molekylär nanobit av detta kiselmaterial så lyser den helt plötsligt klarblått. Och om man tar en något större nanobit av materialet så lyser den rött. Man har med detta ett material som skiftar färg, enbart genom att man förändrar dess storlek.

MEMS på vägen mot nano (del 2)

Inledningen på detta inlägg finns här.

MEMS har också visat sig användbart inom medicin- och DNA-forskningen med något som kallas lab-on-a-chip, vilket i princip är vad det låter som: ett helt laboratorium på ett chip. För att på olika sätt analysera och modifiera olika vätskor kan mycket små mängder anbringas på ett labbchip. Mikromekaniken innehåller kanaler och pumpar för att transportera vätskan, samt ventiler som tillåter dosering och sammanblandningar av olika vätskor.

Lab-on-a-chip kan användas för att analysera ämnen kemiskt, göra medicinska diagnoser eller identifiera DNA. Även vid syntetisk framställning av mediciner blir det vanligare med denna typ av lösning. Det kan även användas för att spåra miljögifter eller till och med för att hitta biologiska vapen baserade på levande organismer.

MEMS dyker också upp i moderna bilar som har dussintals av dem. De fyller en rad funktioner som att aktivera krockkudden, hålla koll på batteriets kondition, övervaka motorns funktion, upptäcka lågt lufttryck i däcken eller förhindra stöld. MEMS kan också teoretiskt användas av försäkringsbolag för att kontrollera en förares körstil. Snabba accelerationer och tvära inbromsningar kan enkelt registreras och rendera i höjda försäkringspremier.

MEMS innebär en värld av utmaningar och möjlighter där traditionella koncept kommer att ställas på ända och gränsen för vad som är möjligt ständigt skjutas framåt. MEMS kommer att integreras i rik flora av konsumentprodukter och som följd förändra våra liv i tysthet.

MEMS på vägen mot nano (del 1)

Forskare och kommersiella företag inom elektronikområdet har under de senaste femtio åren skapat allt mindre integrerade kretsar. Medan dessa kretsar har behandlat digital information i termer av ettor och nollor, så har en motsvarande miniatyrisering inte skett av fysiska föremål. Vi har inte sett saker som kugghjul, gångjärn, mikrofoner eller motorer i millimeterstorlek.

Men nu sker en snabb utveckling mot allt mindre mekaniska föremål. MEMS (Mikroelektromekaniska system) är benämningen på system där mycket små mekaniska delar ingår, ofta tillsammans med elektronikkretsar. Medan de integrerade kretsarna kan ses som hjärnan i systemen så kan mikromekaniken ses som ögon, öron och armar som låter systemen känna av och kontrollera omgivningen.

Det som gör MEMS speciellt är framför allt storleken på de ingående delarna. Mikromekaniken kan säges omfatta saker som åtminstone i någon dimension är mindre än   en millimeter. Men vissa ingående delar kan vara så små som en tusendels millimeter.

Ett tillämpningsområde där man vill ha mindre mekaniska komponenter är inom mobiltelefonin. En viktig del är radiokommunikationen där induktorer, kapacitorer, oscillatorer, brytare och liknande kan användas för att konstruera små och kostnadseffektiva radiofilter och antenner. MEMS-kretsarna är inte bara mindre än traditionella komponenter, utan de är både billigare och strömsnålare. En annan komponent i moderna mobiltelefoner är accelerometer som kännner av vilket håll den lutas åt. När man exempelvis vänder en iPhone från stående till liggande så vrids även webbläsaren, en omöjlighet om man inte använt MEMS. Funktionen kan även användas för att spara batterier, exempelvis stängs bildskärmen av när man håller telefonen mot örat. Vissa tillverkare experimenterar också med MEMS-bildskärmar som blir extremt ljusstarka och även fungerar väl i solljus.

Etonomi = etik + ekonomi

I en intressant artikel i tidningen Fast Company beskrivs hur ett nytt ekonomiskt system kan ta vid när vårt tidigare nu har kollapsat. Grundtanken är att vi lever i en värld som är begränsad på resurser - men inte på idéer och genialitet. Den nya generationen som kommer in i arbetslivet kommer att se inte bara till företags vinst utan även till vad som är bra för världen. Vi pratar hållbart jordbruk, förnybar energi, grön IT och cleantech för att nämna några områden.

Tanken är inte på något sätt ny, men hållbar utveckling vävs starkare in i företagsväven. Tidningar ägnar specialnummer om CSR och alla företag ställer om för att bli välgörare. Även om det i konsumenten i slutänden som får betala för sådana satsningar så blir de inte lika påtagliga som direkta miljöskatter och ökade priser för ekoprodukter. I längden kan vi alla naturligtvis bli vinnare - för att inte säga våra barn och barnbarn.