Technologische (r)evolutie: Een antwoord op de uitdagingen van de 21e eeuw? Hugo De Man Prof. Em. K.U.Leuven Senior Fellow IMEC GIGA NANO H De Man 1 Een eeuw van nooit geziene uitdagingen! • Energie, water, voedsel voor 9 mjd mensen in 2050 • Betaalbaarheid vergrijzing en gezondheidszorg • Duurzame, vlotte veilige mobiliteit en... • Onze welvaart behouden in globaliserende wereld “ Technologie met hoge meerwaarde voor Sociale Innovatie!” =kennis→kunde →kassa hier schort het! H De Man 2 Energie en Welvaart voor 9 mjd mensen? Data: UNO BNP/pp (k$/Persoon) Welvaart 50 US 40 D Japan EU 30 België 20 Brazilie Rusland 10 Wereld Indie China Afrika 0 0 2,5 5 7,5 76 slaven voor iedere Belg! 10 12,5 Energie Verbruik/pp (kW/Persoon) 2030 BAU scenario → energie(+50%), water(+40%) en voedsel (+35%)! Bron: National Intelligence Council usa H De Man 3 Fossiel deficit en klimaatverandering CO2 arme tech Zon Transport Bouw Wind Ind. Biomass DT(2100) < 2oC Nucl. Hydro Geo Energie Besparende Tech. Hernieuwbare Bronnen Fossiel Bron: IPCC Enorme uitdaging! In de praktijk moeilijk haalbaar! In 2010 slechts 25% gehaald! H De Man Bron:DOE US 4 Vergrijzing en Gezondheidszorg In 2025 : >30% boven 60 Verdubbeling chronische&dure ziekten in 25j • Betaalbaarheid GZ ? – EU: 600 Mjd€/j =10% BBP (*2/20j) – Farma industrie loopt vast : 1Mjd€ per medicijn, 1/3 kans… • Kan opkomende technologie helpen? – Van dure post-factum gezondheidszorg naar betaalbare – Predictieve, preventieve, gepersonaliseerde geneeskunde? • Goedkoper of voor de happy few? – Uitdaging: Lage kost technologie vs. betrouwbaarheid – Revolutie in de gezondheidszorg? H De Man 5 Kan technologie helpen? Uitdagingen van de 21ste eeuw Opkomende technologieën Zijn we er maatschappelijk klaar voor? H De Man 6 Technologische (r)evolutie in de 21e eeuw Eeuw 20 Technologie Productiefactor Product I Fossiele Brandstof Machines H De Man Maakindustrie Mobiliteit Elektriciteit Fabriek Computer Chips, DNA, tech op nano-schaal Informatie ‘Slimme’,duurzame + Genetwerkte Hersens III Communicatie Gepersonaliseerde (ICT) Kennis Diensten, producten + Nanogeneeskunde IV Bio-Nano-en Neurotech Nano-materialen II 21 Arbeid Kapitaal 7 Opkomende technologieën • Van Micro- naar Nano-Elektronica – Van het PC tijdperk naar de “Slimme Omgeving” • Convergentie van ICT-Bio-Nano Technologie – Diep impact op alle sectoren o.m. nano-geneeskunde – Levert meerwaarde voor klassieke sectoren • Energie voor de toekomst H De Man 8 ICT van de 20e eeuw…PC-tijdperk 1…….. 1971 10.000.000 ‘2013 intel www • 1980-1990 PC=Professioneel Apparaat • 1990-1995 PC=Gesofistikeerde typemachine • 1995-2000 PC=Informatiebron, Mobieltje H De Man Informatiemaatschappij: Eenrichtingsverkeer: van bron naar aanvrager Mens als informatieconsument 9 Chip (r)evolutie: “wet” van Moore “# transistoren/chip maal 2 om de18 maanden” Rekenkracht/chip maal 2 per 21 maanden…10*106 sinds 1971 H De Man 10 Inzoomen op een chip interconnect Bevat 500 chips Bevat Miljoenen RekenGeheugen Celletjes 1cm2 1 transistor 1 Silicium Plak 700cm2 H De Man c b a 11 Hoe kleiner hoe beter: Van Micro- naar Nano-Schaal (IMEC) T a b c l MICRO 100nm ? NANO B I O Molecule, 1nm 1 nanometer = 1 miljardste meter = 1 miljoenste mm H De Man 12 Evolutie naar het Post-PC tijdperk Nog 10 jaar “Meer Moore”… + opkomende “Meer dan Moore” tech… WWW Cloud Draadloze Assistent Slimme Sensoren Plastiek+buigzame Altijd, Overal Verbonden en Actuatoren Elektronica Met mens, informatie en… voorwerpen RFID, e-scherm Meer Moore H De Man 3-D integratie Alles in mm3 “verborgen” ICT Meer dan Moore 13 Toepassingen “Plastic Electronics” imec Slim RF ID etiket imec Pupil lens(RUG/imec) Versheidsetiket H De Man 1e Plastic computer Kassaloos-shoppen Toegang (Verichip) Logistiek 14 Zo naar: “The Mobile Internet of Things” Draadloze Assistent Smartphone Tablet… H De Man 15 IoT: de weg naar de“Slimme Omgeving” (Ambient Intelligence) Smart Home Google Glass Picanol Veilige, betrouwbare computing en communicatie onzichtbaar ingebed in elk ding en elke persoon Alomtegenwoordige, context bewuste omgeving die zich aanpast aan de mens… OLED krant H De Man Smart Car Smart Pill 17 Impact op ganse maatschappij AmI verandert de manier waarop de mens zijn omgeving beleeft Vereist holistische benadering: Van samenlevingscultuur naar technologie (social innovation) Nood aan renaissance ingenieurs en renaissance humanisten H De Man Bron: E. Aarts, Philips 18 Voorbeelden van slimme omgevingen H De Man 19 Naar verborgen ICT in huis… Nu + 5 Jaar Bron: Philips H De Man 20 AmI voor energiezuinig en veilig verkeer Car cocoon / Autonomous Driving Drive by wire Hybrid-EV Verkeerdoden halveren 2020 Source: MEDEA+ Genetwerkte Auto’s IMEC-BOSCH-PHILIPS Slimme Sensoren H De Man 21 Naar Autonome Auto’s? http://www.technologyreview.com/business/39410/ http://www.youtube.com/watch?v=-nYhKD8leAg&feature=related http://www.technologyreview.com/energy/38961/ BMW test H De Man GM EN-V ->Megasteden Oproepbaar met Iphone Autonoom 22 AmI en vergrijzing… Bron: Intel “Ageing In Place” Research testbed EU, VIA Tele-zorg, Tele-geneeskunde Philips, ST, MicroSoft, TI TELEVIC,IMinds, IMEC… H De Man 23 Telegeneeskunde (je dokter op zak) IMEC B,NL ESAT IMinds Thuiszorg Project Slimme Draadloze Bio Sensoren BAN 4G Internet H De Man 3G Smart Phone 24 Imec’s ambulante hartmonitor (met HOLST Center NL) 20% cardiologische overlijdens (>60.000/j) Kunnen hierdoor voorkomen worden. Reductie dokters- en hospitalisatiekosten… Hart Hangertje 2009 : 2mW H De Man 24/7 Hart Pleister => 2011 : 0.1mW 25 Voor en tegen Slimme Omgeving… Levenskwaliteit, veiligheid, gezondheid… Privacy? Big brother is watching (NSA! Twitter…) Cyber-misdaad, -terrorisme (Darknet, Phishing!) Technologie afhankelijkheid…kwetsbaarheid... Digitale kloof? H De Man 27 Opkomende technologieën • Van Micro- naar Nano-Elektronica – Van het PC tijdperk naar de “Slimme Omgeving” • Convergentie van ICT-Bio-Nano Technologie – Diep impact op alle sectoren o.m. nano-geneeskunde – Levert meerwaarde voor klassieke sectoren • Energie voor de toekomst H De Man 28 Zintuig Prothesen…waar ICT Bio ontmoet… Cochleaire implant imec Cochlear-Philips-Target-IMEC-KULeuven-UIA cochlear electrode array Retina Implant Second Sight W.Man Liu, H De NCSU 29 Bio-Lab on a Chip… Centraal Labo Dokters Kabinet Snelle moleculaire diagnose in dokters kabinet, voedselveiligheid, 30 H De Man toxiciteitstest… Lab-on-a-Chip Principe (IMEC PSA Detectie Chip; Prostaat Kanker Preventie ) Fluorescerend 1 3 2 Antilichaam Silicon Chip Nanodeeltje Antigen (Biomerker) Bio-Sensor Micro Fluidics In het dokterskabinet…. Source: IMEC EU PAMELA PROJECT Bio-informatica H De Man 31 Naar persoonlijk Bio-lab on chip: je dokter op zak (iLab project) Koop Biolab Chip in S-markt Internet Dokter (Computer) Bloedprikje & Analyse Naar Smartphone App H De Man P. Peumans imec 33 Nanotechnologie? Methoden en werktuigen voor fabricatie en/of gebruik van structuren op nanometer schaal (1 tot 100nm) bruikbaar voor nieuwe toepassingen Transistor Griep Virus TiO2 Deeltjes Zonnecreme C-Nanobuisje 1nm Atoom 31nm 20 nm 100 nm Si Nanodraden Grafeen 0.3 nm Nanoporie NANOTECHNOLOGIE H De Man 34 Nano-deeltjes zo bijzonder? 54 atomen nm Nano 24 buitenste y 36 buitenste Reactiviteit ~ buitenste atomen (chemische reactiviteit) Andere kwantum eigenschappen (optisch, elektrisch, magnetisch…) Chemische decoratie mogelijk (b.v. “haken” naar levende cellen) Nieuwe materialen => nanotoxiciteitsonderzoek! … EEN NIEUW GRENSGEBIED TE ONTDEKKEN, TE BEWAKEN EN TOE TE PASSEN H De Man 35 Impact op nagenoeg iedere (klassieke) industriële activiteit… ICT, Medical, Pharma, Cosmetica, Verlichting, Catalysts, Voeding, Waterzuivering, Energie, Textiel, Auto, Bouw… http://www.nanotechproject.org/cpi/about/analysis/ Source: UMICORE NanoGrain™ 2005: 54 Nano producten; 2013: 1628 H De Man 36 Convergentie op de Nano-Schaal… BIOTECH mm nm 31nm transistor Fromherz H De Man cm x109 NANOELECTRONICS 38 ICT ontmoet Bio op Nano-Schaal… action potential neurotransmitter Neuron K.U.Leuven IMEC-VIB NERF Chip project electrical chemical Chi ICT Interpretation-control-transmission 1) In Vitro Hersenonderzoek Geneesmiddelen testen H De Man 39 ICT ontmoet Bio op Nano-Schaal… K.U.Leuven IMEC-VIB Hersenprobe meet en stuurt Vele neuronen tesamen NERF project Chi Imec: 465 sensoren 2) In vivo Neuroprobes Parkinson Depressie, dwangn Epilepsie Hersenprothese?… H De Man 40 Hersen implantaat stuurt robot arm Eerste hersenprothese voor epilepsie Source: University of Pittsburgh http://news.cnet.com/8301-17938_105-575596751/brain-implants-let-paralyzed-woman-moverobot-arm/ H De Man Source: Neuropace www.neuropace.com/ 41 Convergentie op de Nano-Schaal… BIOTECH mm Targeted Drug Delivery nm NANOTECH cm Nano Particles Biosensoren 31nm transistor H De Man x1012 NANOELECTRONICS 42 Op weg naar de 100$ Genoom Chip Nanostructures for pM sensing Cost per Genome $100000000.0 $10000000.0 Massively Parallel sensing architectures $1000000.0 $100000.0 u $10000.0 $1000.0 Molecular micro-ring sensors Microfluidics, photonics $100.0 Lab-on-chip http://www.genome.gov/27541954 $10.0 $1.0 20 01 Sequencing PoC 2011 2012 20 03 20 04 20 05 20 Bacterial genome sequencer 2013 07 20 08 20 10 Human genome sequencer (2hrs, <$1000) 2014 En bijhorende ethische vragen… H De Man 20 11 20 13 Ultradeep sequencer (>10Gbp/run, <$100, <1hr) 2015 43 Genome Chip BioSensors Lab on Chip/Imaging Bio-informatics Targeted Drug Delivery BioSensors Telemed. H De Man Bio-Nano-ICT convergentie op alle niveaus 44 Synthetische Biologie “From the science of life to engineering life” EEN INGENIEURS DISCIPLINE voor: Ontwerp en realisatie van nieuwe, onbestaande levende organismen voor productie van chemicalien, selectieve geneesmiddelen, diagnostica, bio-brandstoffen, voedsel, afval-opruiming enz… “Building life from the ground up” (Jay Keasling, UCB) H De Man 45 Biobrandstof van Cellulose (LS9, VIB) Benzine Jet fuel Ge-gist Ge e-colli GGpopulier VIB(RUG) www.ls9.com/ Brandstof voor de toekomst? H De Man 46 Opkomende technologieën • Van Micro- naar Nano-Elektronica – Van het PC tijdperk naar de “Slimme Omgeving” • Convergentie van ICT-Bio-Nano Technologie – Diep impact op alle sectoren o.m. nano-geneeskunde – Levert meerwaarde voor klassieke sectoren • Energie voor de toekomst H De Man 47 Energie potentieel / energievraag per jaar Schalie Gas USA Geo H De Man Source: EREC 48 Technologie voor een CO2 arme energie productie Piek Mgmt & Opslag PV (Schalie)Gas Hydro 1GWatt = 30 km2 CSP 1GWatt = 15 km2 1GWatt=70 km2 Klassiek +Nucleair 1GW=2km2 Slimme Meters Fluctuerend en gedecentraliseerd karakter leidt tot ”Smart-Grid”, piek mgmt & opslag H De Man EV Waterstof 49 Maar wat kost dat? ($/Kwh 2008) Zee Land H De Man 50 Wanneer is PV competitief ? Subsidies IT H De Man Lage kost technologie B Source : EPIA 51 IMEC’s PV Programma 4 €/Wattp 2000 1.5 €/Wattp 2010 Kleinschalige toepassingen Residentieel 0.7 €/Wattp <0.5 €/Wattp t 2020 >2030 Grootschalige Energieopwekking Silicium dikte van 200->20µm Efficiëntie 15-> 20%, Ag => Cu geleiders H De Man 52 Leidraad… Uitdagingen van de 21ste eeuw Opkomende technologieën Zijn we er maatschappelijk klaar voor? H De Man 53 Convergerende technologie en sociale innovatie (shared value creation) Michael Porter Harvard SOCIALE Wetensch. Convergentie Techneuten Politiek Beleid Lange Termijn! ICT Nano Bio Objectieven Heil Neurosc. Maatschappelijke doelstelling Duurzame Economie Regelgeving Rechtszekerheid Media Onderwijs Publieke dialoog TECHNO-Geletterdheid Korte termijn groei Aandeelhouders H De Man Partijdogmatisch denken *Joel Garreau: Radical Evolution 54 Sociale Innovatie vereist: 1. Renaissance ingenieurs, wetenschappers Maatschappelijk betrokken teamspelers, multi-disciplinair, systeemdenkend Nood aan: “Sociologie voor toekomstige ingenieurs” “Teamgebaseerd project onderwijs” 2. Renaissance humane wetenschappers Technologisch geletterd, in staat om Lange termijn keuzes te maken voor een duurzame samenleving “Democratizing the future” partijdogmatisme! Dus ook : “Technologie voor toekomstige filosofen” H De Man Nu ook aan de KU Leuven 55 Zijn onze universiteiten er klaar voor? Vandaag Morgen Wetenschappen Engineering Humane wetenschappen Techno-science voor Sociale Innovatie Hypergespecialiseerde publicatie koorts Cross-disciplinair onderzoek en onderwijs Mono-disciplinaire R&D funding Cross-disciplinaire funding Publicatie georienteerde Eng. Ph.D. Innovatie georienteerde Eng. Ph.D. ⇒ Academische loopbaan H De Man ⇒Technisch leiderschap Ondernemersgeest 56 KULeuven en Renaissance Ingenieurs Nu ook: H De Man 57 Innovatie? Ingenieurs & technici gezocht!! Vraag Aanbod H De Man IMEC: 72 nationaliteiten! 58 Het Oosten Ontwaakt! *1000 H De Man 59 Ook boeiend voor meisjes! Vlaamse top wetenschapsters! Christine Van Broekhoven Genetica Prof. Antwerpen Ingrid Daubechies Wiskunde Beeldverwerking Prof. Princeton Marian Verhelst Microelektronica Prof. KULeuven H De Man Ingrid Verbauwhede Elektronica Prof. KULeuven En UCLA Pattie Maes Comp. Wet. Smart Web Prof. MIT Karen Maex NanoTechnologie EX-Vice-Rector KULeuven Decaan Wet. Amsterdam Lies Geris Weefselingenieur Prof. KULeuven en Uni. Liege 60 Het begint in LO en SO! (RVO Society) Technologie en wetenschap aanmoedigen door te doen! Didactisch materiaal voor de school Opleiden van leerkrachten, zomerkampen… TSO opwaarderen!! H De Man Chip-Chip Hoera! IR 13 61 Besluiten • Convergerende technologieën kunnen vele uitdagingen aan als gestroomlijnd door sociale innovatie op een supra-nationale schaal. • Nood aan mechanismen voor lange termijn denken “shareholder next quarter/ next election” mentaliteit. • Gezocht renaissance ingenieurs / wetenschappers/ technici /ondernemers en technologisch geletterd lange termijn politiek leiderschap op een “glocale” schaal. • Enorme econ-ecol win-win opportuniteiten ZIJN WE DAAR KLAAR VOOR? H De Man 62 H De Man 63
© Copyright 2024 ExpyDoc
