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Le 10 migliori tecnologie emergenti del 2020 tra salute e scienza

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Le 10 migliori tecnologie emergenti del 2020 tra salute e scienza

Gli esperti del World Economic Forum hanno stilato una lista delle dieci tecnologie emerse durante il 2020, che avrebbero il maggior potenziale per trasformare positivamente la società e l’industria. La maggior parte riguardano la salute e il cambiamento climatico

Gli esperti del World Economic Forum hanno stilato una lista delle dieci tecnologie emerse durante il 2020, che avrebbero il maggior potenziale per trasformare positivamente la società e l’industria. La maggior parte riguardano la salute e il cambiamento climatico

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Fine anno, tempo di bilanci. Anche per un anno complesso come il 2020. Così gli esperti del World Economic Forum e di Scientific American hanno stilato una lista delle dieci tecnologie emerse durante il 2020 (scegliendo tra circa 75 “candidature”), che avrebbero il maggior potenziale per trasformare positivamente la società e l’industria. Con l’intento di fornire a cittadini e decisori informazioni per sfruttare il potenziale di queste tecnologie e salvaguardarci da potenziali rischi. Perché, come scrivono gli autori del report Top 10 Emerging Technologies 2020 “queste tecnologie hanno il potenziale per aiutarci a risolvere alcune delle nostre sfide globali più urgenti, ma pongono anche rischi significativi, se utilizzate in modo improprio e gestite male”. Eccole qui di seguito.

Microaghi per iniezioni e test indolori

La rivoluzione dei microaghi consiste nella capacità di eseguire iniezioni e analisi del sangue indolore. Come? Evitando il contatto con le terminazioni nervose. Grazie alle loro piccolissime dimensioni – circa 50-2.000 micron di lunghezza (circa la profondità di un foglio di carta) e 1-100 micron di larghezza (simile ai capelli umani) – infatti, penetrano nello strato superiore della pelle morta per raggiungere il secondo strato (l’epidermide) costituito da cellule vitali e liquido interstiziale, ma senza raggiungere o toccando appena, il derma sottostante dove si trovano le terminazioni nervose, i vasi sanguigni e linfatici e il tessuto connettivo.

I microaghi possono essere attaccati a una siringa o a un cerotto e permettono la somministrazione di farmaci o prelievi rapidi di sangue o liquido interstiziale (anche a domicilio), per eseguire test diagnostici o il monitoraggio della salute. Possono anche ridurre i rifiuti pericolosi derivanti dallo smaltimento degli aghi convenzionali e consentire di eseguire test e trattamenti in aree scarsamente servite. Ci si aspetta anche altre applicazione quando i ricercatori troveranno un modo per usarli anche in altri organi oltre alla pelle.

La chimica solare ed ecologica

Un nuovo approccio utilizza la luce solare per convertire l’anidride carbonica di scarto in sostanze chimiche utili per la salute umana e il comfort (come metanolo, formaldeide e acido formico, importanti nella produzione di adesivi, schiume, compensato, mobili, pavimenti e disinfettanti). L’attuale produzione di queste sostanze consuma combustibili fossili, contribuendo così ai processi estrattivi, alle emissioni di anidride carbonica e ai cambiamenti climatici. Il nuovo sistema invece – sempre più fattibile grazie ai progressi nei catalizzatori attivati dalla luce solare o fotocatalizzatori – è in grado di ridurre le emissioni.

Al momento la ricerca sulla chimica solare si sta svolgendo principalmente nei laboratori accademici. Alcune startup stanno lavorando a un approccio leggermente diverso che utilizza l’elettricità al posto della luce solare, un sistema meno ecologico che potrebbe però essere migliorato con l’utilizzo del fotovoltaico. Ad ogni modo gli esperti prevedono che nei prossimi anni i progressi che si stanno verificando nella conversione dell’anidride carbonica in sostanze chimiche guidata dalla luce solare saranno sicuramente commercializzati e ulteriormente sviluppati da startup o altre società. Portando l’industria chimica a diventare parte di una vera economia circolare, senza sprechi, oltre a contribuire a realizzare l’obiettivo di generare emissioni negative.

Pazienti virtuali

La “medicina in silico” permette di sfruttare organi o sistemi corporei virtuali per prevedere come una persona reale risponderà alle terapie. L’organo virtuale si presenta e si comporta come quello vero e viene creato a partire da immagini non invasive e ad alta risoluzione dell’organo reale di un individuo, trasformate in un modello matematico complesso dei meccanismi che governano la funzione di quell’organo.  La medicina in silico è già utilizzata per diagnosticare o decidere il trattamento di alcune condizioni cliniche.

L’HeartFlow Analysis per esempio, un servizio basato su cloud approvato dalla Food and Drug Administration (Fda) statunitense, consente ai medici di identificare la malattia coronarica sulla base delle immagini Tac del cuore di un paziente. Senza questa tecnologia, i medici dovrebbero eseguire un angiogramma invasivo per decidere se e come intervenire. In futuro gli esseri umani potrebbero essere sostituiti con “pazienti virtuali” in una parte meno avanzata delle sperimentazioni cliniche, rendendole più veloci ed economiche.

L’elaborazione spaziale

L ‘elaborazione spaziale consentirà in un futuro non troppo lontano di far convergere mondo fisico e digitale. Fa tutto ciò che fanno le app di realtà virtuale e realtà aumentata: digitalizza oggetti che si connettono tramite il cloud; consente a sensori e motori di reagire tra loro; e rappresenta digitalmente il mondo reale. In più però combina queste capacità con la mappatura spaziale ad alta fedeltà per consentire a un “coordinatore” di tracciare e controllare i movimenti e le interazioni degli oggetti mentre una persona naviga nel mondo digitale o fisico.

Per esempio, in una casa con tutti gli oggetti catalogati digitalmente, tutti i sensori e i dispositivi che controllano gli oggetti abilitati a Internet e una mappa digitale della casa fusa con la mappa degli oggetti, l’elaborazione spaziale potrebbe permettere di accendere le luci quando una persona sulla sedia a rotelle si sposta. O la sedia rallentare se il gatto incrocia il suo cammino. Ancora il tavolo spostarsi per migliorare l’accesso al frigorifero e ai fornelli. Il calcolo spaziale porterà presto le interazioni uomo-macchina e macchina-macchina a nuovi livelli di efficienza in molti ambiti della vita, tra cui l’industria, la sanità, i trasporti e la casa. Le principali aziende, tra cui Microsoft e Amazon, investono molto nella tecnologia.

Terapie digitali per diagnosi e cura

Le terapie digitali possono sia migliorare le cure mediche tradizionali sia supportare i pazienti quando l’accesso all’assistenza sanitaria è limitato (come si è verificato con la pandemia da Covid-19). Oggi sono state già approvate app per rilevare o monitorare i disturbi mentali e fisici in modo autonomo o somministrare direttamente una terapia. Come l’app reSET per i disturbi da uso di sostanze o il videogame EndeavorRX per bambini con disturbo da deficit di attenzione e iperattività. Per poter essere considerate terapie digitali ed essere prescritte dal medico, devono essere dimostrate sicure ed efficaci con studi clinici e ottenere l’approvazione normativa.

Esistono poi alcuni smartwatch, che per esempio, contengono un sensore che rileva e avvisa automaticamente le persone in caso di fibrillazione atriale. Strumenti simili sono in lavorazione per lo screening dei disturbi respiratori, depressione, Parkinson, Alzheimer, autismo e altre condizioni. Gli ausili di rilevamento possono anche assumere la forma di pillole ingeribili contenenti sensori, chiamate dispositivi microbioelettronici. Alcuni sono stati sviluppati per rilevare cose come Dna canceroso, gas emessi dai microbi intestinali, sanguinamento dello stomaco, temperatura corporea e livelli di ossigeno. I sensori trasmettono i dati alle app per la registrazione.

© Adrianna Calvo da Pexels

Aerei elettrici

Nel 2019, i viaggi aerei hanno rappresentato il 2,5% delle emissioni globali di carbonio, un numero che potrebbe triplicare entro il 2050. Gli aeroplani con motori di propulsione elettrica potrebbero essere una soluzione eliminando le emissioni dirette di carbonio, riducendo i costi del carburante fino al 90%, la manutenzione fino al 50% e il rumore di quasi il 70%. L’aviazione elettrica deve affrontare costi e ostacoli normativi, ma investitori, incubatori, società e governi sono entusiasti dei progressi di questa tecnologia e stanno investendo in modo significativo nel suo sviluppo: tra il 2017 e il 2019 sono stati devoluti circa 250 milioni di dollari alle startup dell’aviazione elettrica. Attualmente sono in corso circa 170 progetti di aeroplani elettrici, con molte aziende impegnate nel settore, come Airbus, Ampaire, MagniX ed Eviation. Sono tutti aeromobili per test di volo destinati a viaggi privati, aziendali o pendolari e richiedono la certificazione dalla US Federal Aviation Administration. Ma Airbus afferma che prevede di avere 100 versioni passeggeri pronte a volare entro il 2030.

Cemento sostenibile

La produzione di cemento crea fino all’8% del totale globale di anidride carbonica prodotta dall’uomo, una quantità sostanziale ma sottovalutata. Attualmente vengono prodotti 4 miliardi di tonnellate di cemento ogni anno, ma a causa della crescente urbanizzazione, si prevede che tale cifra salirà a 5 miliardi di tonnellate nei prossimi 30 anni. Motivo per cui sono diverse le startup impegnate a sviluppare approcci a basse emissioni di carbonio.

Alcune, come Solidia nel New Jersey, utilizzano processi chimici in grado di ridurre fino al 30% del carbonio biossido di solito rilasciato nella produzione di cemento. Altre riutilizzano l’anidride carbonica invece di rilasciarla nell’atmosfera come sottoprodotto o stanno provando a sostituire il cemento con altri materiali. Un’altra alternativa è incorporare batteri nelle formulazioni del calcestruzzo per assorbire l’anidride carbonica dall’aria e migliorarne le proprietà. Questi mattoni non possono sostituire il cemento e il calcestruzzo in tutte le applicazioni odierne, ma potrebbero, un giorno sostituire i materiali leggeri e portanti, come quelli utilizzati per pavimentazioni, facciate e strutture temporanee.

Rilevamento quantistico

I sensori quantistici potrebbero trasformare la nostra vita quotidiana, abilitando veicoli autonomi in grado di “vedere” dietro gli angoli, sistemi di navigazione subacquea, sistemi di allerta precoce per attività vulcanica e terremoti e scanner portatili che monitorano l’attività cerebrale di una persona durante la vita quotidiana.  La maggior parte dei sistemi di rilevamento quantistico sono costosi e complessi, ma è in via di sviluppo una nuova generazione di sensori più piccoli ed economici. Come il prototipo sviluppato dai ricercatori del Massachusetts Institute of Technology nel 2019 su un quadrato largo pochi decimi di millimetro.

I governi e gli investitori privati stanno investendo parecchio per superare le diverse sfide, comprese quelle relative a costi, dimensioni e complessità. Il Regno Unito, ad esempio, ha investito 315 milioni di sterline nella seconda fase del suo National Quantum Computing Program (2019-2024). Gli analisti del settore si aspettano sensori quantistici per raggiungere il mercato nei prossimi tre-cinque anni, con un accento iniziale sulle applicazioni mediche e di difesa.

Idrogeno verde

L’idrogeno verde fornisce energia a zero emissioni di carbonio. Viene prodotto attraverso l’elettrolisi, in cui le macchine scindono l’acqua in idrogeno e ossigeno, senza altri sottoprodotti. Storicamente, l’elettrolisi richiedeva così tanta elettricità che non aveva molto senso produrre idrogeno in quel modo. La situazione sta cambiando grazie alla disponibilità di quantità significative di elettricità rinnovabile in eccesso ed elettrolizzatori più efficienti. Le aziende stanno lavorando per sviluppare elettrolizzatori in grado di produrre idrogeno verde a un prezzo basso e gli analisti si aspettano che raggiungano tale obiettivo nel prossimo decennio. Intanto le aziende energetiche stanno iniziando a integrare elettrolizzatori direttamente nei progetti di energia rinnovabile.

Le attuali tecnologie rinnovabili come il solare e l’eolico possono decarbonizzare il settore energetico fino all’85% sostituendo gas e carbone con elettricità pulita, per gli altri settori, come la spedizione e la produzione, l’idrogeno verde ha un potenziale.  Secondo la Energy Transitions Commission l’idrogeno verde è una delle quattro tecnologie necessarie per raggiungere l’obiettivo dell’accordo di Parigi di abbattere più di 10 giga tonnellate di anidride carbonica all’anno dai settori industriali più impegnativi, tra cui quello minerario, edile e chimico.

Sintesi dell’intero genoma umano

I miglioramenti nella tecnologia e nel software di sintesi del genoma stanno rendendo possibile la stampa e la modifica di aree sempre più grandi di materiale genetico. Molti scienziati stanno puntando a scrivere genomi più grandi, come quelli di piante, animali e esseri umani. Arrivarci richiede maggiori investimenti nel software di progettazione (con l’utilizzo dell’intelligenza artificiale) e in metodi più veloci ed economici per sintetizzare e assemblare sequenze di Dna lunghe almeno milioni di nucleotidi. Con finanziamenti sufficienti, la scrittura di genomi su scala di miliardi di nucleotidi potrebbe essere una realtà prima della fine di questo decennio.

Tra le applicazioni la progettazione di piante che resistono agli agenti patogeni e linee cellulari umane resistenti a infezioni da virus, cancro e radiazioni, utili per terapie cellulari o produzione biologica. La capacità di scrivere il nostro genoma emergerà inevitabilmente, consentendo ai medici di curare molte, se non tutte, malattie genetiche. Naturalmente l’ingegneria dell’intero genoma potrebbe essere utilizzata in modo improprio, motivo per cui gruppi di scienziati, ingegneri ed esperti di etica stanno già lavorando per creare una rete di sicurezza. Come il Genome Project-write, un consorzio formato nel 2016 che sta realizzando progetti pilota ed esplorando le implicazioni etiche, legali e sociali.

Sanofi Pasteur e StartupItalia dichiarano che gli autori dei post e gli speaker che prendono parte alle dirette hanno ottemperato agli adempimenti previsti in tema di conflitto di interesse.