Universalgeniet Claude Elwood Shannon preger fortsatt vår hverdag

Mange vitenskapsdisipliner vokser sakte frem, ved hjelp av et stort antall bidragsytere. Informasjonsteori, derimot, ble skapt av én bemerkelsesverdig vitenskapsmann, universalgeniet Claude Elwood Shannon (1916-2001), gjennom en artikkel publisert i 1948. Der forandret han ikke bare metodene vi bruker for å overføre, lagre og analysere informasjon, men kanskje enda viktigere, måten vi tenker rundt begrepet informasjon.

Informasjonsteori er en gren av matematikken som gir det teoretiske grunnlaget for all digital kommunikasjon og datalagring. I første omgang er det lett å fokusere på digital kommunikasjon, men informasjonsteoriens prinsipper er fundamentale og kan sees på som naturlover som også gjelder alle andre former for kommunikasjon i rom og tid.

Preger alt fra internetthverdagen til sjonglering

I tillegg er det i de senere år vokst frem mange spennende alternative anvendelser av informasjonsteorien. Typer av informasjonsinnsamling som ikke tradisjonelt sees på som datakommunikasjon, som anbefalingsalgoritmen til Netflix, data mining eller medisinsk skanning (MRI), har informasjonsteoretiske resultater som vesentlige underliggende prinsipper. Universalgeniet som preger vår hverdag

Shannon definerte, på en elegant måte, entropi og informasjon som målbare størrelser.

I tillegg til å egenhendig starte fagfeltet informasjonsteori, er Shannon også kjent for banebrytende bidrag innenfor utviklingen av datakompresjon, datamaskiner, kryptografi, kretsteknikk, flyt i datanett, sjonglering (!!!) og han var også en av pionérene innenfor kunstig intelligens og menneske-maskin-interaksjon.

30. april i år feires hundreårsdagen for Shannons fødsel over hele verden, og i den anledning er det grunn til å stoppe opp litt og ta en kikk på hvordan Claude Shannon har bidratt til utviklingen av vår moderne verden.

Entropi er risikoen for at budskapet blir ødelagt

En informasjonskilde er noe som produserer tilfeldige informasjonssymboler.  Kilden kan være et myntkast. Til hvert myntkast hører det et resultat: Informasjonssymbolet er da resultatet av myntkastet, som har verdien kron eller mynt. Kilden kan også ære du, ved ditt tastatur, som skriver en tekst: I så fall er informasjonssymbolene bokstaver som i rasende fart dukker opp på skjermen din.

Shannon introduserte begrepet entropi for en informasjonskilde, målt i bit, som graden av usikkerhet om symboler som kommer ut av kilden. Dersom et slikt symbol kan anta to mulige verdier, 0 eller 1, hver med sannsynlighet ½,  er entropien av kilden én bit (fordi det trengs én bit for å fortelle hva verdien er.). Men hvis derimot én av verdiene forekommer med sannsynlighet 1, er det ingen usikkerhet rundt verdien, og entropien er null.

Hvis vi studerer sekvenser  av symboler som produseres av en informasjonskilde, ønsker vi gjerne  å komprimere disse sekvensene så mye som mulig, for å kunne lagre eller overføre sekvensene på en effektiv måte. Entropien til kilden gir en eksakt nedre grense for hvor mye man kan komprimere. Informasjonsteoretiske betraktninger  gir også grunnlag for algoritmer for tekstkompresjon, blant annet Ziv-Lempels algoritme som brukes i applikasjoner som zip. Tilsvarende kan bilder komprimeres med algoritmer som GIF eller JPEG.

Å gjøre seg så tydelig at støyen blir ufarlig

De fleste praktiske dataoverføringskanaler er utsatt for støy, som gjør at mottakeren med en viss sannsynlighet mottar noe som er annerledes enn det som ble sendt. Tale kan forstyrres av bråk, elektroniske signaler kan forstyrres av elektromagnetiske signaler, og Internettkommunikasjon kan endres ved at datapakker forsvinner på grunn av mye datatrafikk i nettet.

For å unngå feil og misforståelser som kan oppstå på grunn av slik støy, er det nødvendig å representere informasjon på en redundant måte. Ta myntkastet vi gjorde tidligere, som et eksempel. Når du skal fortelle meg om det ble kron eller mynt, må du klare å fortelle meg det. Hvis du skulle skrive det på en melding, kunne du skrevet det så enkelt som «kron» eller «mynt». Men hvis vi skal være veldig tydelige, eller redundante, kunne vi skrevet «KRONKRONKRON» eller «MYNTMYNTMYNT».

Da ville det vært mindre risiko for at støyen skulle ødelegge budskapet. En representasjon er redundant dersom den er mindre komprimert enn den strengt tatt trenger å være. Problemet med en veldig kompakt representasjon er at det er sårbart for støy, og hvis representasjonen blir bare litt forandret kan meningsinnholdet slik mottakeren oppfatter det bli dramatisk forskjellig.

Talespråk har utviklet seg til å bli naturlig redundant, det er derfor det er mulig å komprimere tekst. Denne redundansen beskytter mot feil: Fr ksmpl, hvs vkln fjrns r dt frmdls mlg ls tkstn (såvidt.)

Regnet ut hvor mye tydelighet som er nødvendig

Shannon viste hvor mye redundans som er nødvendig for å kommunisere over en gitt overføringskanal med en gitt mengde støy, og som en konsekvens, hvor høy datarate som er mulig å oppnå på denne kanalen.

For naturlige kommunikasjonskanaler som for eksempler naturlig talespråk, skriftspråk, signaler i nervesystemer i biologiske organismer, eller overføring av DNA fra generasjon til generasjon, er både fysiske overføringsmekanismer og den fysiske representasjonen av «signalene» forhåndsbestemt, og informasjonsteori kan brukes til å beskrive matematiske begrensninger på overføringskapasitet. For teknologiske overføringskanaler, som datakommunikasjon og datalagring, har man også mulighet til å optimalisere den fysiske representasjonen av signaler som sendes.

Kodeteori er en gren av informasjonsteori som beskriver hvordan disse signalene kan konstrueres for å få til en svært pålitelig og energisparende kommunikasjon med maksimal dataoverføringsrate over fysisk upålitelige kommunikasjonskanaler, og helst slik at man oppnår en ytelse så nær Shannons teoretiske grenser som mulig. Disse representasjonene kalles for feilkorrigerende koder.  Lignende teknikker kan brukes for å oppnå kommunikasjon som er sikker mot ondsinnete angrep, som avlytting og forstyrrelser.

Informasjonsteorien er overalt i dag

I dag, nesten 70 år etter starten, er informasjonsteori og assosierte fagområder som kodeteori og kryptografi store og viktige forskningsfelt med tusenvis av forskere på verdensbasis. Shannons etterfølgere har både utviklet og utvidet de teoretiske aspektene i faget, og har samtidig skapt nye teknologiske anvendelser innenfor alle tenkelige områder av sikker, effektiv, bærekraftig og rask datakommunikasjon, -lagring og -prosessering.

Alle interessante prosesser innenfor for eksempel biologi, samfunnsfag, og økonomi er knyttet til overføring av informasjon. Derfor er et informasjonsteoretisk perspektiv nyttig blant annet i molekylærbiologisk forskning. Resultater fra informasjons- og kodeteori har vært uunnværlige pådrivere i den digitale revolusjonen som har pågått de siste sytti årene, og det er all grunn til å tro at denne utviklingen vil fortsette og kanskje til og med akselerere.

Sykdom og skader på jobb koster Norge 30 milliarder årlig

På oppdrag fra Arbeidstilsynet har SINTEF utarbeidet en rapport som viser beregninger på hva dødsfall, skader, behandlinger ved legevakter og i spesialisthelsetjenesten, sykefravær, uførepensjon og tapt livskvalitet koster samfunnet hvert år. Alt relatert til jobb.

30 milliarder er den stipulerte summen.

63 prosent av de totale kostnadene utgjøres av tapte leveår og tapt livskvalitet som følge av sykdom og skader. De direkte kostnadene til behandling, uførepensjon og tapt produksjon utgjør 37 prosent, konkluderer forskerne.

Data fra enkeltundersøkelser

Siden det ikke finnes noen sammenhengende registrering over sykdom og skader ervervet på jobb, har forskerne måttet ty til enkeltundersøkelser og vurderinger.

– Vi har valgt å legge hovedvekten på de direkte kostnadene og kostnadene ved dødsfall og sykdom eller skade, sier SINTEF-forsker Karl-Gerhard Hem. – Vi har først og fremst brukt registerdata og dokumentanalyse.

– I tillegg har vi gjort intervjuer med personer og institusjoner som arbeider med helsestatistikk og arbeidsmiljø, sier kollega Tarald Rohde.

Arbeidstilsynet selv har for eksempel oversikt over dødsfall på arbeid. NAV over antall sykefravær. Norsk pasientregister over behandlingskostnader. Der det har vært mangelfulle registerdata, har forskerne vært nødt til å foreta sannsynlighetsberegninger, samtidig som de har støttet seg på annen forskning.

Noe av det viktigste de fant var et internasjonalt arbeid som pågår for å bøte på mangelen av data. WH’s Global burden of disease gir en beskrivelse av tapte leveår og tapt livskvalitet. Her sender åtti land inn statistikk.  

Nøktern beregning

Forskerne kom fram til et tall over hvor mange personer som rammes årlig, hvor mange år man har levd med skader og antall behandlinger – og satte prislappen 30 milliarder på dødsfall, sykdom og skader.

– Beregningen vår ligger lavere enn tilsvarende studier fra andre land vi har studert, sier Rohde.

– Finland kommer for eksempel fram til en kostnad som er ti ganger større enn vår, men da må det opplyses at de har tatt med kostnader ved tapt produksjon og alt av sykemeldinger – ikke bare sykemeldte i arbeid.

Han tror derfor vi er nærmere og har en riktigere metode for at Arbeidstilsynet kan sette inn krefter på å jobbe videre.

Dødsfall etter arbeidsskade

Tabeller fra Arbeidstilsynet viser at det skjedde 182 dødsfall knyttet til arbeid i landbasert arbeidsliv mellom 2011 og 2014. Det betyr 45,5 tilfeller per år.

Byggenæringen er på topp med 9,75 dødsfall per år. Så følger jord- og skogbruk med 7, transport og lagring med 5,75 og industri med 4,75. Men regnes dødsfall i forhold til hvor mange som jobber innen sektoren, kommer landbruket verst ut.

– Selv om 30 milliarder er et stort tall, er det spredt over flere enkelthendelser. Det er vanskelig å si at «her må man gå inn og foreta vurderinger».

Registrene har også informasjon om alderen til de omkomne – og dermed tapte leveår. Innenfor bygg og anlegg arbeider det gjennomgående yngre mennesker, og næringen ligger på topp med 402 tapte leveår som følge av dødsfall i perioden 2011–2014.

Arbeidsskader som ikke er dødelige, antas å utgjøre cirka 12 prosent av alle skadetilfellene, men her er usikkerheten stor siden det ikke eksisterer noen fullstendig nasjonal statistikk på området.

– Tabellene viser oss at de alvorligste skadene finnes i bygg- og anleggsbransjen, i industri og i jordbruk, skogbruk og fiske. Det handler om slag og støt på grunn av fall eller slag og støt på grunn av sammenstøt med en eller annen gjenstand, sier Hem.

Indikasjoner

Forskerne presiserer at det er en viss usikkerhet heftet til funnene som blir presentert i rapporten – rett og slett fordi en del områder mangler god statistikk. Usikkerheten i estimatene skyldes også at det ikke finnes noen eksakt definisjon på hva «arbeidsrelatert» er. 

Når det gjelder sykefravær, spiller for eksempel psykososiale forhold på jobb inn, men dette forholdet mangler pålitelige data.

– Vi har i stor grad støttet oss på data hentet fra den internasjonale databasen GBD som henter sykdomstall, yrkesaktivitet og skader som er tilgjengelig nasjonalt. Data for Norge er blant annet levert og kvalitetssikret av Folkehelseinstituttet, opplyser Hem.

Trass i all usikkerhet mener forskerne at analysene gir en indikasjon på hvilke forhold som bidrar til de høyeste kostnadene innenfor hver enkelt kostnadskategori. For eksempel er korsryggsmerter den største bidragsyteren til tapt livskvalitet som følge av arbeidsskader og sykdom, og klemulykker den største risikofaktoren knyttet til dødsfall på jobb som har de største samfunnsøkonomiske kostnadene.

Direktør Ingrid Finboe Svendsen i Arbeidstilsynet sier at det gjennomføres nærmere 18 000 tilsyn hvert år og at det er et stort potensial for å jobbe bedre med forebygging på norske arbeidsplasser.

– Mange bedrifter jobber godt og seriøst med å ivareta helsa og sikkerheten til sine ansatte, mens andre dessverre ikke har det mest elementære på plass, sier hun.

– Det er viktig å forebygge både akutte ulykker og belastninger og eksponering som over tid kan få alvorlige konsekvenser for arbeidstakernes helse. 

Hvem skal betale prisen for genmodifisert mais i Norge?

En versjon av denne teksten sto først på trykk i Nationen.

Miljødirektoratet konkluderer med at den genmodifiserte maisen, variant 1507, ikke er bedre enn de variantene vi allerede har.  Den vil faktisk medføre en ekstrakostnad for skattebetalerne for å sikre at vi vet hva vi spiser og at vi ikke tar skade av å spise den genmodifiserte maisen.

Likevel har de godkjent den.

«Vil medføre ekstra kostnader for samfunnet»

Den 6. april, etter 15 år med omfattende saksbehandling anbefalte Miljødirektoratet å tillate genmodifisert (GM) mais, variant 1507, til import, prosessering, fòr og mat i Norge.

I sin vurdering skriver Miljødirektoratet meget tydelig at å sikre forbrukerrettigheter ved innføring av GM maisen «vil medføre ekstra kostnader for samfunnet». Dette er likevel ikke tillagt vesentlig vekt i vurderingen av samfunnsnytte.  Det er uavklart hvor store kostnadene blir og hvem som skal betale disse.

Det er ikke Miljødirektoratet sin oppgave å si noe om hvem som skal betale, men de er meget tydelige på at det vil komme ekstrakostnader som en direkte følge av godkjenningen av den genmodifiserte maisen.

Disse kostnadene er knyttet til grunnleggende forbrukerrettigheter, som valgfrihet og rett til å vite hva du spiser, og kostnader for å hindre helseskader. Det kommer til å påløpe det norske samfunnet ekstra kostnader ved å tillate maisen, det skriver Miljødirektoratet selv i sin anbefaling.

Det hadde vært helt greit dersom denne maisen faktisk var til nytte for samfunnet. .

Ser ikke samfunnsnytten av GM-maisen

Miljødirektoratet har en noe overraskende konklusjon i sin oppsummering av samfunnsnytte. De skriver ”Miljødirektoratet anser at det per i dag ikke synes å være noe behov eller etterspørsel etter maislinje 1507, eller at maislinje 1507 løser et samfunnsproblem i Norge. Maislinje 1507 kan heller ikke sies å ha egenskaper som gjør den bedre egnet for forbrukerne i Norge enn annen mais”.

Likevel konkluderer de med at det «ikke foreligger negative forhold av en slik karakter knyttet til samfunnsnytten som tilsier at det bør nedlegges et forbud»

Kostnader ved testing av GMO

Selv om det gis tillatelse til omsetning av genmodifisert materiale, slik som den genmodifiserte maisen, kan man ikke blande det inn i andre produkter uten videre.

Dersom innholdet av tillatt GMO i ett produkt overskrider 0,9 prosent må dette merkes som genmodifisert materiale. Dette er noe produsentene av de aktuelle produktene selv skal gjøre, men det betyr også at det vil bli ekstra utgifter som en direkte følge av dette, fordi produktene må testes av kontrollorgan.

De som skal videreforedle i Norge må i tillegg ha egne prosesslinjer for produkter med genmodifisert materiale, og det må foreligge metoder som gjør at myndighetene kan etterprøve merkingen. Slike metoder finnes for maisen, og i Norge er det Veterinærinstituttet som i dag har ansvaret for å teste genmodifisert innhold i mat og fòr. Gjør de det? Svaret er selvsagt ja, men ikke i veldig stor grad.

Tok bare 46 prøver i hele 2014

I 2014 testet Veterinærinstituttet i alt 46 prøver som inneholdt mais i næringsmidler, fòr og såvarer. 46 prøver fra hele landet av alle tenkelig produkter med mais, i hele 2014.

De tester nok så mye de har midler til, men det kan ikke sies å være veldig mange. Når vi i tillegg vet at Veterinærinstituttet fikk redusert midlene sine med over 30 millioner kroner fra 2014 til 2016, så ser vi klart at vi neppe kan forvente oss mer testing uten at det skal koste mer. Av de 46 maisprøvene som ble testet i 2014 var drøyt halvparten (17) positive for ulovlig GM-mais.

Dette betyr at vi faktisk kan forvente oss mange positive prøver dersom vi tester mer.

Helsefarlig sprøytemiddel kan bli brukt

GM-maisen er laget for å tåle et sprøytemiddel (glufosinat-ammonium) som er forbudt i Norge fordi det er svært helseskadelig.

Men sprøytemiddelet kan brukes der det dyrkes mais 1507. Rent bortsett fra det betenkelige med å innføre maisen, og dermed stimulere til økt bruk av et sprøytemiddel som vi selv ikke vil bruke, så vil vi måtte sette i gang tiltak for å sikre oss mot rester av dette sprøytemiddelet ikke kommer med innførsel av den genmodifiserte maisen til Norge.

I 2014 sjekket Mattilsynet 1389 prøver for 330 virkestoffer fra plantevernmidler. Glufosinat-ammonium var ikke blant de som ble sjekket. Ved å godkjenne mais 1507 vil vi altså måtte kontrollere flere midler og langt flere produkt enn vi gjør i dag, og i de tilfellene der vi finner mais 1507, eller der den er merket på riktig måte, vil vi måtte undersøke om det finnes sprøytemiddelrester. Dette vil gjelde for alle prøver tatt for å sjekke prosessering, mat og fòr, ikke bare de rundt 50 som tilfeldig velges ut i stikkontroller.

Hvem skal betale for disse stikkprøvene og alt det andre som kommer med den genmodifiserte maisen, og hvorfor tar ikke Miljødirektoratet høyde for disse kostnadene i sin beregning av samfunnsnytte?

Verdensrekord i hurtiglading av batterier

Mange lovpriser elektriske biler, men løsningene er lite energiøkonomiske. Bilene bruker store deler av energien sin til å frakte batteriene. Batteriene i de sagnomsuste Teslaene veier over et halvt tonn. Det er en fjerdedel av hele bilvekten.

Elektriske busser har også begynt å gjøre sitt inntog. For å spare mest mulig batterivekt, ser forskere for seg at disse bussene bare trenger batterikapasitet til å kjøre fra en holdeplass til neste.

– På hvert stopp kan batteriene lades hurtig opp igjen, forteller professor Ola Nilsen på Kjemisk institutt ved Universitetet i Oslo. Sammen med postdoktor Knut Bjarne Gandrud har Nilsen funnet frem til en flunkende ny løsning som gjør det mulig å lade opp batterier tusen ganger raskere enn i dag.

I første runde ser de for seg at batteriene deres kan brukes i fremtidens moderne betalingskort, som blir som en liten datamaskin.

– Batteriet kan lades opp på halvannet sekund, mens kortet leses i betalingsterminalen, uten at forbrukeren merker noe, forteller Nilsen.

Batteriets indre liv

For å skjønne hva forskerne har gjort, må du vite hvordan et batteri fungerer. Et batteri består av tre deler, og du kan likså godt lære deg de vanskelige ordene med én gang:katode, elektrolytt og anode.

Strømmen skapes når elektroner forflytter seg fra anoden til katoden. Samtidig vil det gå en strøm av ioner, som er positivt ladete atomer, direkte fra anoden til katoden via elektrolytten.

Hele poenget med elektrolytten er å kunne skille anoden fra katoden. Uten elektrolytten ville elektronene ha frest rett fra anoden til katoden uten at noen fikk glede av batteriet. Kluet er å lage en elektrolytt som er dårlig til å lede elektroner, men samtidig god til å lede ioner.

Når batteriet lades opp, transporteres ioner den omvendte veien, altså fra katoden til anoden.


Ola Nilsen og Knut Bjarne Gandrud på Kjemisk institutt har spesialisert seg på å lage supertynne og lynkjappe batterier. (Foto: Yngve Vogt.)

Tryggere med fast stoff

I dag lages de tre batteridelene av flytende væsker. Det kan ha sine svakheter. De fleste væskebatterier kan lades opp bare 500 til 1000 ganger før effekten forringes.

– Med fast stoff vil levetiden kunne bli hundre ganger lengre.

Forskerne jobber nå med å bytte ut flytende elektrolytt med fast stoff.

– Uheldigvis er ikke elektrolytter i fast form like gode til å lede ioner.

Nanotynn skillevegg

UiO-forskerne har nå funnet frem til en ny type elektrolytt i fast form som bare er fem til femti nanometer bred. Femti nanometer er så lite som en tjuetusendels millimeter. Det er tusen ganger smalere enn i dagens elektrolytter. Selv om stoffet er dårlig til å lede ioner, kan forskeren tillate dette fordi den avstanden ionene skal passere, er svært kort.

Men samtidig er det viktig at avstanden ikke blir altfor kort. Hvis anoden og katoden kommer i kontakt med hverandre, kortsluttes systemet. Da blir det så bråvarmt at batteriet kan brenne.

Så lenge elektrolytten er laget av fast stoff, er det ikke noe problem. Fast stoff har dessuten enda en utmerket fordel: Overflaten kan lages så ru som mulig. Da kan enda flere ioner ledes igjennom batteriet.

Verdensrekord

Den store nyheten denne gang er ikke elektrolytten, men en helt ny type katode.

– Vi har satt verdensrekord. Vi har laget verdens raskeste katode. Da blir batteriet tusen ganger raskere enn med dagens katoder.

Selv om materialet er trygt å bruke, er det ikke akkurat regnet som verdens beste.

Knut Bjarne Gandrud har vært kjerringa strømmen. Han har valgt et såkalt amorft materiale som andre forskere har skydd som pesten. Amorfe materialer har, i motsetning til krystalliserte stoffer, ingen strukturer.

Ulempene er doble. Materialet er tregt og leder elektroner dårlig. Med andre ord et meget dårlig valg til katodebruk. Likevel har Gandrud nå vist at dette materialet kan revolusjonere batterier over hele verden.

Hvis katoden er tykkere enn 50 nanometer, viser deg seg at batteriet ikke er noe tess. Den store overraskelsen er at materialet i katoden skifter elektriske egenskaper når den blir tynnere enn 50 nanometer.

Batteriet blir oppsiktsvekkende bra når katoden er mellom 12 og 24 nanometer. Et hårstrå er 500 ganger bredere. Disse supertynne materialene kalles for tynnfilm og har i mange år vært spesialet til Ola Nilsen og Knut Bjarne Gandrud.

Selv om de to forskerne har funnet frem til en elektrolytt i fast form, blir den nye katoden testet i batterier med væskebasert elektrolytt. Denne elektrolytten er så gjennomtestet at forskerne får en klarere formening om hvor bra katoden er.

De to forskerne har foreløpig bare testet katoder med flat overflate.

– Neste skritt er å folde materialet sammen så mye som mulig for å maksimere størrelsen på overflaten. Da kan katoden bli enda mer effektiv, forteller Ola Nilsen.

Nanopartikler fukter slimhinnene i tørr munn

Mange eldre er plaget av tørr munn. Tørr munn er dessuten bivirkningen til mange medisiner og et stort problem for pasienter med Sjøgrens syndrom og for dem som er blitt strålebehandlet i området rundt hals og nakke. Uheldigvis kan tørr munn være et mekka for bakterier. Det er uheldig for både tannkjøtt og tenner.

– Dagens preparater mot tørr munn fungerer ikke. Selv om enkelte pasienter sier de føler seg bedre, viser målinger at munnskyll og spray bare har kortvarig effekt, forteller professor Marianne Hiorth på Farmasøytisk institutt ved Universitetet i Oslo.

Marianne Hiorth er nå i gang med å utvikle en helt ny medisin mot tørr munn. Hun har funnet ut hvordan det er mulig å lage nanopartikler som kan sørge for at slimhinnene i munnen forblir passe fuktige hele tiden.

Ørsmå mengder vann

Akkurat som spytt skal nanopartiklene legge seg som en film inne i munnen, for så, sakte, men sikkert, å slippe ut vann i ørsmå mengder.

– Det er plass til flere tusen vannmolekyler i en nanopartikkel, forteller Marianne Hiorth.

Når nanopartiklene har festet seg i slimhinnen, skal vannmolekylene slippes ut.

– Selv om nanopartiklene er små, mindre enn en titusendels millimeter, er det ikke mye fuktighet som skal til. Ingen har mer enn noen milliliter spytt i munnen.

Det store poenget er at vannet skal sive så langsomt ut at det blir jevn fuktighet i munnen over mange timer.


Professor Marianne Hiorth har fått seks millioner kroner av Forskningsrådet for å lage nanomedisin mot tørre slimhinner i munnen. (Foto: Yngve Vogt)

Gurgler usynlig medisin

De spesielle nanopartiklene skal tas som munnskyllevæske.

– Poenget med nanopartiklene er at de skal feste seg til slimhinnen inne i munnen når du gurgler. Det høres veldig enkelt ut, men hvis medisinen ikke fester seg, svelger vi den ned. Vi må derfor lage noe som blir værende i munnen, forteller Marianne Hiorth, som har fått støtte på seks millioner kroner gjennom «Unge forskertalenter» fra Forskningsrådet. Forskerstøtten har gjort det mulig for henne både å ansette postdoktorer og taue inn ekspertise fra en rekke ulike fagområder som kjemi, fysikk, biologi og odontologi.

Hun vurderte en stund å løse problemet ved at pasientene kunne legge inn en tablett under overleppen.

– For dem som ikke er en del av snusgenerasjonen, kan slike tabletter oppfattes som skjemmende. Derimot vil ingen merke at du har små nanopartikler i munnen. Slike partikler trenger seg dessuten inn på vanskelig tilgjengelige steder.

Ladete partikler

Den første utfordringen er å få nanopartiklene til å feste seg på slimhinnene. Selv om dette kanskje høres enkelt ut, har det ikke vært lett å få det til i praksis. Nanopartiklene må ha motsatt elektrisk ladning av slimhinnene.

– Slimhinnene er negativt ladet. Det er derfor en fordel at nanopartiklene er positivt ladet.

En av forskerne hennes, Malgorzata Iwona Adamczak, har nylig vært på Københavns Universitet og testet hvor godt nanopartiklene festes på innsiden av grisekinn.

Professor Ørjan G. Martinsen, koordinator for Bioimpedansgruppen på Fysisk institutt ved UiO, skal hjelpe Marianne Hiorth med å måle den elektriske motstanden i slimhinnene. Motstanden måles i ohm og kalles impedans.

– Bioimpedans egner seg veldig godt til å måle endringen i fuktighetsinnholdet i slimhinner. Vi har allerede en patentbeskyttet metode for å måle fuktighet i hud, som vi vil bygge videre på, poengterer Ørjan G. Martinsen.

En av de mange utfordringene er at nanopartiklene ikke må klumpe seg sammen og falle til bunns i munnskyllevæsken etter bare noen få uker. For å unngå dette har farmasøytene, gjennom flere måneder, testet minst 50 ulike løsninger.

Fremtidens fluorbehandling

Marianne Hiorth ønsker også at nanopartiklene kan erstatte dagens fluorbehandling. Da må vannmolekylene byttes ut med fluor.

– Med bare en ørliten økning av fluor i munnen får vi en nedgang i antall hull. Vi tester nå hvordan nanopartiklene kan feste seg til emaljen og slippe ut fluor i ørsmå doser. Da kan fluoren trenge inn i vanskelig tilgjengelige områder. Jo saktere fluoren slipper ut av partiklene, desto bedre vil tennene kunne beskyttes over en lengre periode.

Hun har allerede funnet de partiklene som har god evne til å feste seg til tennene – og undersøker nå om det er mulig å kapsle inn fluor i disse partiklene.

Marianne Hiorths store drøm er å kombinere de to medikamentene i ett jafs:

– Da kan vi få et produkt med dobbel virkning. Fluor som skal kunne gjenopprette emaljen på tennene, og væske som kan forhindre tørre slimhinner og sørge for at tennene beskyttes bedre. Kroppen tar seg av søppelet. Det ytterste laget på slimhinnene består av slim- og mukusceller.

For å sikre seg at nanopartiklene ikke skader slimhinnene, har forskerne dyrket frem kunstige mukusceller for å kunne undersøke hvordan de blir påvirket av nanopartiklene.

– Mange blir skremt av begrepet nanopartikler. Det store spørsmålet er om partiklene kan hope seg opp i kroppen og bli giftige. Heldigvis er det slik at kroppen helst ikke vil ta slike ting opp. Når nanopartiklene har lekket innholdet sitt, skal de svelges og brytes ned av kroppen. Og hvis man skulle få dem i blodet, vil makrofagene i immunsystemet kunne ta seg av dem.

Nanopartiklene er blant annet laget av såkalte biopolymerer. Dette er langkjedete strukturer, bygd opp av sukkerenheter. De skal være nedbrytbare og giftfrie.

Hvis du synes biopolymerer høres avskrekkende ut, kan du la deg berolige med at biopolymerene inneholder chitosan, som finnes i skallet på reker, og pektin, som finnes i skallet på epler og appelsiner og som dessuten brukes i syltetøy.

Biopolymerene deres er allerede godkjent som sikre, men hvis de kryssbindes med andre stoffer, slik som fluor, kan de få nye egenskaper. Det trengs ikke like mye uttesting så lenge nanopartiklene bare inneholder vann.

Innovasjonsselskapet ved UiO, Inven2, følger med på forskningen til Marianne Hiorth fra sidelinjen.

– Tørre slimhinner i munnen er et stort problem. Mange kommersielle aktører prøver å finne en behandling for dette. Vi synes prosjektet til Hiorth er meget spennende. For å lykkes må Hiorth få nanopartiklene sine til å sitte lenge nok i munnen, og de må avgi tilstrekkelig med fuktighet til å løse problemet, poengterer innovasjonsrådgiver Jan Solberg i Inven2.

Laksesimulator og digital hjerne i nytt forskningssenter

Hva har maten til en laks med bipolare lidelser hos mennesker å gjøre? Eller med stress hos torsk?

Svaret ligger bak de blinkende panelene til tallknuserne til norske universiteter – datasentrene.

Der skal matematiske modeller turbolade medisinske og biologiske forsøk og sette fart på utviklingen av bioteknologi. For ikke å si biohøyteknologi.

Den neste oljen

– Mange har store forventninger til at bioteknologien skal bli det neste norske flaggskipet når oljealderen seiler inn i solnedgangen, sier professor Trygve Brautaset ved NTNU til forskning.no.

– Kjemisk industri legges om til bioteknologisk industri internasjonalt, men i Norge har vi ikke sterke tradisjoner for industrialisering av bioteknologi, fortsetter han.

Virtuell tredeling


Professor Trygve Brautaset ved NTNU skal lede det nye Senter for digitalt liv. (Foto: NTNU)

Dette skal nå Brautaset gjøre noe med. Han er leder for Senter for digitalt liv som startet opp denne uka. Hovedadministrasjonen legges til NTNU i Trondheim, men senteret blir på mange måter et virtuelt senter.

– Ledelsen er fordelt mellom NTNU, Universitetet i Bergen og Universitetet i Oslo. Her blir det mye bruk av telefon og Skype, sier Brautaset.

Forskjellige universitetskulturer

Vil ikke et tredelt senter lett kunne gå opp i limingen? Ville det ikke vært lettere å få til det tverrfaglige samarbeidet med biologer, informatikere og andre faggrupper i samme korridor?

– Vi har diskutert dette mye og kommet fram til at vi da ville tapt mangfoldet i de forskjellige kulturene ved universitetene, sier han.

Forskningsrådet har dessuten hele tiden vært klare på at de ønsket et virtuelt senter. 

– Senter for digitalt liv vil på sett og vis tvinge disse kulturene til et nasjonalt samarbeid, fortsetter han.

Matematisk laksemodell

Dessuten – forskerne som deltar, finnes også andre steder enn i Trondheim, Bergen og Oslo – for eksempel ved Norges miljø- og biovitenskapelige universitet – NMBU – på Ås.

En matematisk modell av en laks blir bygget opp på Ås av professor Jon Olav Vik og kollegene hans.

Tarm, lever, muskler og andre organer i den virtuelle oppdrettsfisken skal få smake mange forskjellige typer fôr.

Blant annet skal datamodellen fôres med trevirke, tang og tare, omformet av enzymer, gjær og bakterier.

Slik kan forskerne raskere finne fram til lovende erstatninger for det plantefôret som brukes nå og som bedre kunne gjort nytte som menneskeføde.


Den digitale modellen av laksen skal hjelpe forskerne å finne fram til det beste fôret for oppdrettsfisken.  (Foto: Fra video av Sven Martin Jørgensen/Nofima)

Begrenser dyreforsøk

Datamodeller kan også hjelpe forskerne å kartlegge sammenheng mellom arvestoff og hjernesykdommer som bipolar lidelse og schizofreni.

Førsteamanuensis Marianne Fyhn og kollegene hennes ved Universitetet i Oslo vil bruke modeller for å finne genene som bør undersøkes nærmere.

Både laksemodellen og hjernemodellen gjør det mulig for forskerne å finne raskt fram til de mest lovende løsningene.

Dermed kan dyreforsøk begrenses kraftig, til glede både for dyrene og forskerne – og forskningen.

Kart og terreng

Men vil ikke alltid en slik datamodell være en grov forenkling av virkeligheten? Hvordan kan forskerne være sikre på at modellen forenkler på riktig måte?

– Du kan sammenligne modellen med et kart og virkeligheten med terrenget, sier Brautaset.

– Du sammenligner kartet – modellen – med terrenget. Så tegner du kartet enda bedre. Modellen forbedres av erfaring med virkeligheten, fortsetter han.

Selvfølgelig ville det beste kartet vært det som var i målestokk en til en – terrenget selv. Men et så stort kart ville ikke fått plass i ryggsekken – eller i datamaskinene til forskerne.

– Målet er likevel å gjøre modellene så gode at de blir til hjelp for det man ønsker å forstå og det man ønsker å utvikle og konstruere, understreker Brautaset.

Hypoteser ut fra data

Datamodellene kan også endre måten forskerne arbeider på. Tidligere startet de ofte med en hypotese, en antagelse.

Så forsøkte forskerne å vise om antagelsen holdt stikk ved å gjøre eksperimenter og samle inn data. Nå er prosessen snudd på hodet.

– Forskningen har gått fra å være hypotesedrevet til datadrevet. Vi starter ofte med store mengder data som er vanskelige å tolke.

– Så – ved hjelp av datamodellene – kan vi hente hypoteser ut av disse dataene, sier Brautaset.

Stresset torsk

Studier av arvestoffet til torsken er et eksempel på hvordan rådata foredles til ny kunnskap.

Anders Goksøyr og kollegene hans ved Universitetet i Bergen skjærer torskelever opp i tynne skiver.

Ikke for å spise den, men for å se hvordan cellene reagerer når de blir utsatt for stress, miljøendringer som er typiske ute i havet – høyere vanntemperatur, surere vann og små mengder forurensning.

Forskerne ser på gener, proteiner og hele stoffskiftet i fisken. Så trekker de ut informasjon fra de store datamengdene og utvikler modeller for hva som skjer inne i torsken.

Seinere skal forsøk på fisk i tanker og ute i sjøen vise hvordan selv små endringer i miljøet påvirker bestanden og dermed fiskeriene.


Hvordan virker miljøet på torsken? Dette skal ett av prosjektene i Senter for digitalt liv finne ut mer om. Her er torsk i en trål. (Foto: Kongsberg Maritime/Simrad)

Seks prosjekter

Den digitale laksen, hjernemodellene og torskens gener er bare tre eksempler på hvordan data og biologi skal møtes i Senter for digitalt liv.

– Allerede i år vil Forskningsrådet utlyse flere prosjekter innenfor Digitalt Liv. Vi ser for oss at det over tid blir mange flere prosjekter tilsluttet senteret enn i dag, sier senterkoordinator Marie Hjelmseth Aune til forskning.no.

Hittil er seks forskerprosjekter plukket ut av Forskningsrådet, som altså er en del av  senteret. De tre øvrige prosjektene skal utvikle nye antibiotika, en kunstig bukspyttkjertel for diabetespasienter og et medisinsk laboratorium i ørlite format.

Mer næringsrettet

Dette er prosjekter som peker tydelig mot konkrete, matnyttige produkter. Noen av dem er matnyttige også i direkte forstand. De skal gi bedre torskefangster og utbytte av oppdrettslaks.

Slik sett skiller Senter for digitalt liv seg litt fra Funksjonell genomforskning – FUGE – som ble avsluttet i 2011.

– Norsk bioteknologisk forskning skal bli mer internasjonal, mer næringsorientert og mer cutting edge innenfor utvalgte områder, heter det i en presentasjon av BIOTEK2021 fra Forskningsrådet, som Senter for digitalt liv er en del av.

Ikke kommersiell styring

Likevel – Brautaset er ikke engstelig for at forskningen skal bli dradd ned fra akademisk frihet mot den økonomiske bunnlinja.

– Hvis du ser på utlysningen til de seks første prosjektene fra Forskningsrådet, så er dette forskerprosjekter som ikke stiller krav om industrideltakelse, sier han.

– Dette har vi diskutert med Forskningsrådet. Det er kvalitet og den langsiktige innovasjonen i forskningen som vektlegges, ikke raskest mulig omsetting til industriprodukter, fortsetter han.

Fem år – og trolig lenger

Senter for digitalt liv skal i første omgang arbeide i fem år, fram til 2021.

– Hvis senteret utvikler seg slik vi ønsker det, er det likevel gode muligheter for at tidsrommet blir forlenget, sier Aune.

Lenke:

Nettside fra Forskningsrådet med presentasjon av de seks første prosjektene

Utvikler plantebasert matemballasje

En tredel av all mat som produseres i verden går tapt, estimerer FNs mat- og landbruksorganisasjon. Dette er ikke bare et økonomisk og etisk problem, men forårsaker også stor miljøskader i form av utslipp av drivhusgasser.

I industriland går det mest mat tapt i butikker og husholdninger. En grunn er at varene stemples med en best før-dato som er unøyaktig og som gjør at butikker og forbrukere kaster fullt spiselig mat.

For fire år siden begynte forskere å utvikle biobasert plastemballasje som kunne forlenge holdbarheten til matvarer, og i tillegg ha en sensor som varsler når maten ikke lenger kan spises.

Grønn plast

– I emballasjen tilsetter vi andre elementer i nanostørrelse. Dette gjør at materialene får nye og bedre egenskaper, sier Åge Larsen ved SINTEF.

– Emballasje skal jo stort sett beskytte innholdet mot omgivelsene og skape bedre holdbarhet, og dette oppnår vi nå gjennom bedre oksygenbarrierer. Vanlig plastemballasje slipper en del luft inn som svekker holdbarheten. I tillegg blir de miljømessige karbonfotavtrykkene redusert betydelig.

Han forteller at plantebaserte polymerer er et felt i stor utvikling. Polymerer består av kjedeformede molekyler med ulike sammensetninger og bruksegenskaper. Ofte brukes «polymer» som synonym for «plast», men polymerer er en stor klasse av naturlige og syntetiske materialer.


Flaske laget av plantebasert materiale. (Foto: SINTEF)

Biopolymer er et polymer laget av levende organismer. Biopolymerer har eksistert i milliarder av år lenger enn syntetiske polymerer som plast. Velkjente biopolymerer omfatter stivelse, proteiner og peptider, DNA og RNA.

Demonstrasjonsproduktene Larsen nå kan vise fram er laget av biopolymerene polymelkesyre (PLA) og biologisk polyetylentereftalat (bio-PET). Nedbrytbart PLA lages for eksempel gjennom å dyrke karbohydrater via bakterier, og bio-PET er makromolekyler som også stammer fra planterester.

Fire prototyper

Bedriften Logoplaste, med sete i Portugal, har utviklet en formblåst flaske sammen med SINTEF og andre partnere, og den greske partneren Argo har utviklet en krukke til sjømat som krabbe og reker. Begge beholdertypene får et utvendig belegg som holder oksygen ute.

I tillegg er det utviklet en trelags film som har nedbrytbar biopolymer på begge sider av en cellulosebasert film som sørger for oksygenbarriere. Dette kan brukes som den stive plasten som i dag brukes som skål for matvarer.

Den siste prototypen som er presentert i prosjektet, er blåst film. Dette er plastfolie – som i plastposer og plast – med redusert oksygengjennomtrenging som dekker over skåler med mat.

Sensorer som varsler utgått mat

Forskerne har også utviklet sensorer som for eksempel kan indikere om temperaturen på matvaren har vært for høy, eller om produktet har surnet. En type sensorer er nanokapsler fylt med signalstoffer der skallet brytes ned av temperatur eller surhetsgrad (pH) og signalstoffet frigjøres. 

– Disse sensorene er følsomme for små endringer og kan varsle via en fargeendring på forpakningen. Det kan jo være pinlig for en matvareforretning å ha en rad blinkende i rødt, så man kan også tenke seg stoffer som frigjøres og som ikke trenger å være synlige for kunden, men bare for produsenten via et avlesingsinstrument, sier Larsen.

Larsen opplyser at det vil alltid være et spørsmål om hvordan sensorene skal inkorporeres i produktet og at dette må være opp til den enkelte produsent. Om sensorene skal være på innsiden og i kontakt med mat, må de for eksempel være matvaregodkjent. I noen tilfeller kan sensorene montere på innsiden – som i kapselen eller korken på en flaske.

Nesten ingen vil utdanne seg innen olje

De dårlige tidene i oljebransjen gjenspeiles i søkertallene. Ifølge Norsk teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) i Trondheim er det 31 søkere til de 39 plassene innen petroleum. Det er en nedgang fra 420 søkere til 53 plasser, og fra i fjor er det en halvering.

NTNU har imidlertid en kraftig økning i søknader til blant annet kommunikasjonsteknologi og nanoteknologi, der det er 30 prosent flere.

Nedgang for teknologi

Samlet sett er det en nedgang i søkningen til realfag- og teknologistudier på 3,5 prosent fra i fjor, viser tallene som Samordna opptak publiserte tirsdag.

– Søkning til realfagstudier er stabil, men skulle gjerne sett at vi hadde holdt nivået på søkningen til teknologistudiene. Vi trenger et betydelig antall teknologi- og realfagskandidater for å lykkes med den omstillingen og verdiskapningen samfunnet trenger fremover, sier kunnskapsminister Torbjørn Røe Isaksen (H).

Flere enn noen gang søker om høyere utdanning. 132.000 søkere utgjør en økning på 3,2 prosent sammenlignet med fjoråret.

Flere vil bli sykepleiere

Det er registrert snaut 15.000 førstevalgsøkere til vel 4.500 studieplasser innen sykepleierutdanningen. Helse- og sosialfag har fått 13 prosent flere søkere enn i fjor.

– Regjeringen er opptatt av å sikre god kompetanse til helse- og omsorgstjenesten. Mange søkere lover godt for det viktige arbeidet med å skaffe befolkningen gode helsetjenester, sier kunnskapsministeren.

Også til barnehagelærerutdanningen er det en økning. Til sammen 3.330 søkere har dette som sitt førstevalg i år, en økning på 3,6 prosent.

– De siste årene har antall søkere til barnehagelærerne variert. Det er derfor positivt å se at søkningen til barnehagelærerutdanningen nå har gått opp. Kvalitet i barnehagen handler først og fremst om kompetansen til de som jobber der, sier Røe Isaksen.

Bekymret for grunnskolen

Til lektorutdanning har søkningen økt jevnt i mange år. Fra i fjor er økningen 6,9 prosent. Til grunnskolelærerutdanning for 5.-10. klasse er det en økning på 2,9 prosent, mens grunnskolelærerutdanning for 1.-7. klasse har en nedgang på 11 prosent.

– Jeg er glad for at søkningen til lærerutdanningen holder seg stabil og øker for en del av utdanningene, men jeg er bekymret for nedgangen i søkningen til grunnskolelærerutdanning 1-7. Dersom søkningen til denne utdanningen ikke bedrer seg etter innføringen av femårig grunnskolelærerutdanning neste år, vil vi vurdere å sette inn særskilte tiltak, sier Røe Isaksen.

Snart kan hjernen selv si ifra når noe galt er på gang

Tenk om hjernen kunne sende en SMS når noe galt er fatt: «Legg deg, du besvimer om ti sekunder», og samtidig varsle 113 med beskjed om hva som skjedde og hvor?

Nylig presenterte forskningsinitiativet Graphene Flagship et prosjekt der de med utgangspunkt i nanomaterialet grafén vil tappe store mengder informasjon rett fra hjernen og videresende data ut av hodet, for eksempel til en app. Å legge elektroder rett på hjernen er en kjent metode for å finne ut for eksempel hvor epileptiske anfall starter, men til nå har man ikke kunnet gå med disse innenfor hodeskallen permanent.

– Vi følger utviklingen med stor interesse, mye er fremdeles på tegnebrettet, men kan bli en realitet innen få år, sier nevrokirurg Arild Egge ved Oslo universitetssykehus (Ous), Rikshospitalet til NTB.

Potensial

Forut for epilepsianfall kjenner noen pasienter signaler i kroppen, slik at de vet at de får anfall, mens andre ikke klarer å forberede seg. Tidligere er det kjent at for eksempel pulsklokker kan oppfatte symptomer på anfall, men med elektroder på hjernebarken kan anfall oppfattes enda tidligere.

Nanomaterialet grafén er såkalt biokompatibelt, det vil si at det kan fungere i en kropp over tid. Små matter av grafén med elektroder på kan sende store mengder svært nøyaktige signaler om ulike former for aktivitet i hjernen og på den måten forutsi ulike former for anfall eller annen uønsket aktivitet.

Ifølge link.no har forskerne ved det katalanske instituttet for nanovitenskap og nanoteknologi (ICN2) i Barcelona gjennomført en vellykkede forsøk med rotter og vil nå teste det på mennesker.

– Grafén kan være et framskritt, og disse mulighetene har vi kjent til en stund. Det finnes allerede flere prototypeforsøk med lukkede kretser, men det er på prøvestadiet, sier Egge.

Drømmen

Egge minner om at det er flere faktorer som spiller inn hvis metoden skal fungere:

– Med grafén kan vi ha fått et nytt verktøy, men det er fortsatt noen som må vite hvor vi skal plassere det. Slike elektroder må plasseres riktig i forhold til hvor i hjernen man skal overvåke aktivitet. Det er også et tidsaspekt der. Hvor nyttig er informasjonen om den bare kommer noen tidels sekunder før et anfall kommer? Man må få informasjon så raskt at man rekker å respondere også. Vi kan se de fysiske utslagene av et anfall tidligere nå, men ikke tidlig nok.

Han er realistisk optimist:

– Drømmen hadde vært å kunne forutsi anfall og stimulere visse kjerner i hjernen og avverge anfallene. Jeg tror dette vil kunne skje innen få år. Kan du fange opp at for eksempel et anfall er under oppseiling og sender et signal som motvirker det i en såkalt lukket krets, Kan det være en mulighet. Det er allerede slike forsøk i gang. En siste faktor, en ganske omfattende og kostbar faktor, er at alle rådata fra hjernen må sorteres, identifiseres og prosesseres hvis informasjonen skal brukes. Det krever kunnskap og ikke minst ny og effektiv programvare.

Dataspillere hjelper kvantefysikere

Du tror du konkurrerer om å skyve på groper med vann uten å søle, men i virkeligheten hjelper du forskere med å lage en raskest mulig kvantedatamaskin – en oppgave som kunstig intelligens ennå ikke klarer av. Video fra Aarhus Universitet.

Hvordan kan dataspillere løse problemer som får verdens største superdatamaskiner til å knele og fysikere til å klø seg i hodet?

Svaret har forskergruppa CODER ved Aarhus Universitet funnet. Spillene ligger fritt tilgjengelige for alle. Du kan også være med på å bane veien for neste generasjon kvantedatamaskiner – uten å kunne et fnugg om kvantefysikk.

Løser kvanteproblemer uten å vite det

Når du starter opp spillet BringHomeWater, tror du at målet er å skyve små groper med vann sidelengs så fort som mulig uten å søle.

I virkeligheten er vannet atomer og gropa et lyskrystall – groper av stillingsenergi laget av lasere – i den logiske kretsen til en kvantedatamaskin.

Kvantedatamaskiner er foreløpig på forsøksstadiet, men kan gjøre visse operasjoner mange ganger raskere enn vanlige datamaskiner.

For at forskerne skal kunne bygge slike maskiner, må de finne ut hvordan kvanteoperasjonene kan gjøres raskest mulig. Dataspillere kan komme opp med et bedre svar enn dataprogrammer kjørt på supermaskiner, ifølge studien som er publisert i Nature.

Oversetter teorier til enkle utfordringer

Dette skjer selvsagt ikke av seg selv. Prestasjonen til forskerne bak CODE er å oversette de komplekse fysiske, kvantemekaniske problemene til forenklede, morsomme, spillbare utfordringer.

Arbeidet til de danske forskerne er en forbløffende prestasjon, fordi kvantemekanikk er den minst selvinnlysende og mest bisarre av alle fysiske teorier, ifølge fysikeren Sabrina Maniscalco i en uavhengig kommentar om studien i Nature.

Intuisjon

Så hva er det mennesker har, som de mest avanserte kunstige intelligenser ennå ikke har? Intuisjon, er kortversjonen av svaret til forskerne. 

– En datamaskin kverner gjennom enorme mengder informasjon, men vi kan velge å ikke gjøre dette ved å bygge beslutningene våre på erfaring eller intuisjon, sier hovedforskeren bak studien, Jacob Sherson, i en nyhetsmelding fra CODER.

– Forskjellen mellom maskinen og oss er at vi, bokstavelig talt, intuitivt famler etter nåla i høystakken uten å vite nøyaktig hvor den er. Vi gjetter, basert på erfaring, og dermed hopper vi over en hel serie med dårlige løsninger, sier Sherson i nyhetsmeldingen.

Dataspill tilpasset mennesker

Er intuisjonen vår virkelig så overlegen maskinene? Nylig fikk jo verdensmesteren i spillet Go – Lee Se-dol –  en skikkelig hard tørn mot Googles dataprogram AlphaGo. Verken magefølelse eller intuisjon kunne hindre et 1-4-tap for Lee.

Det er en viktig forskjell mellom å spille et rent intellektuelt spill som Go eller sjakk mot en datamaskin – og å spille et dataspill tilpasset menneskets sterke sider, vår intuitive forståelse av den fysiske verden, for eksempel slik den er etterlignet som groper med vann i spillet BringHomeWater, ett av spillene i serien Quantum Moves fra CODE.

Slik hjelper du forskerne å bygge en kvantedatamaskin ved å spille dataspill. Video fra Aarhus Universitet.

Maniscalco gir dataspillere en ekstra anerkjennelse i sin kommentar i Nature. Dataspillere er vant til bisarre utfordringer, og denne evnen til å tenke utradisjonelt gjør dem i stand til å gjøre det kreative spranget som er nødvendig for å takle kvanteproblemer, tror hun.

Menneskehetens delte intuisjon

Sammenlagt har rundt ti tusen spillere spilt spillene i Quantum Moves en halv million ganger, skriver forskerne i den nye studien. Spillet BringHomeWater alene har vært spilt av tre hundre spillere tolv tusen ganger.

Når så mange spillere bryner ferdigheter mot spillene til CODER, viser det seg at mange spillere kommer fram til de samme løsningene.

– Dette gir oss et glimt inn i menneskehetens delte intuisjon, sier Sherson i nyhetsmeldingen. Neste trinn blir å lære opp datamaskiner i denne intuisjonen.

– På en måte laster vi vår felles intuisjon inn i datamaskinen, fortsetter Sherson.

 Neste utfordring blir å bruke de samme metodene for å løse andre mysterier innen kvantefysikken. Om det lar seg gjøre, er ennå usikkert.

– Vi vet ikke om dette kan overføres til andre utfordrende problemer, men det er helt sikkert noe vi vil arbeide hardt for å finne ut av i de kommende årene, sier Sherson.

Lenke og referanser:

Quantum Moves, nettsiden der du blant annet kan spille BringHomeWater

Rasmus Rørbæk: Mennesket er den ny supercomputer, nyhetsmelding fra Aarhus Universitet

Henrik Bendix: Spillere løser kvanteproblem bedre end computere, artikkel i Videnskab.dk

Jens Jakob W. H. Sørensen m.fl: Exploring the quantum speed limit with computer games, Nature 14.4.16, 10.1038/nature17620, sammendrag.

Sabrina Maniscalco: Quantum problems solved through games, News&Views-artikkel i Nature, 14.4.16.