Viatge al futur

- Nanotecnologia, materials «a la carta»: La nanotecnologia és una fascinant enginyeria a escala atòmica i molecular. Gràcies a aquesta, per primera vegada en la història és possible fabricar materials «a la carta», materials amb propietats controlades i per a finalitats específiques, en definitiva, materials al servei de la humanitat.

És com una escena de la pel·lícula El viaje fantástico: una petita nau submergida en el corrent sanguini d’un pacient, a la caça de cèl·lules patògenes, per disparar contra elles amb precises dosis de medicines. Només que això no és Hollywood, és Ciència. La seductora promesa de lliurar fàrmacs directament a les cèl·lules cancerígenes, deixant intactes les sanes, és avui una realitat mitjançant nanopartícules intel·ligents. S’eviten així els devastadors efectes secundaris de la quimioteràpia.

I si les teràpies estan experimentant canvis dràstics, el diagnòstic no es queda enrere. Amb l’ajuda de diminuts nanosensors ens endinsem en l’era del diagnòstic molecular, sofisticat i precís, que fa possible identificar malalties en els seus estadis inicials i fins i tot monitoritzar la salut de forma constant. En aquest segle veurem grans avenços en medicina preventiva. Això suposarà un gran alleujament econòmic per al sistema sanitari dels països i tindrà una gran repercussió en el benestar del pacient.

Aquests i altres èxits de la medicina permeten augmentar la nostra esperança de vida. Però els nostres òrgans i teixits estan programats per a una durada limitada. D’altra banda, un accident sacseja a vegades les nostres vides. Resulta paradoxal veure com tenim peces de recanvi per al nostre vehicle, però no per al propi cos humà. El trasplantament d’òrgans és avui una tècnica prou desenvolupada. El gran problema rau en l’escassetat dels mateixos. Què passaria si en lloc d’esperar per un donant, que potser mai arribi, fóssim capaços de crear òrgans i teixits artificials?

Alguns materials nanoestructurats permeten el creixement controlat de teixits i òrgans artificials. Aquests materials actuen com a factors de creixement, persuadint les cèl·lules perquè es dipositin sobre ells. Mentre les pròtesis tradicionals estaven dissenyades per ser inerts, ara hi ha una major tendència cap als materials bioactius i bioadaptats, que cooperen amb els teixits vius més que ignorar-los.

La nanotecnologia no només és un gran aliat de la salut humana, sinó també de la salut del nostre planeta. Amb la mateixa és possible avançar cap al disseny de cel·les solars i bateries més eficients o cap a la transmissió sense fils d’electricitat. En diferents laboratoris del món investiguem en el desenvolupament d’unes pintures que en ser dipositades sobre les finestres les converteixen en petites centrals fotoelèctriques, capaces d’atrapar la radiació solar per posteriorment convertir-la en electricitat.

- Biotecnologia, llegir i reescriure el llibre de la vida: El genoma és el llibre de la vida. Aquí hi ha les instruccions per fabricar cada ésser viu del planeta. L’any 2000 vam ser capaços de desxifrar o llegir el genoma de la nostra espècie. Va ser un salt de gegant en la història de la humanitat! Vam poder respondre a l’etern interrogant de «qui som», almenys des del punt de vista biològic.

En menys de dues dècades, la biologia ha avançat a passos de gegant. Avui no només podem llegir aquest llibre de la vida, també entenem moltes de les seves pàgines. I el més important, ens hem convertit en alguna cosa més que en mers espectadors: podem reescriure el genoma i així corregir gens defectuosos, causants de diferents malalties! L’anomenada tecnologia CRISPR, una edició genòmica d’alta precisió, ho fa possible. Estem al davant d’una de les grans revolucions biotecnològiques del nostre segle!

Investigadors de tot el món ja parlen apassionats del potencial i de les promeses de la tecnologia CRISPR. S’especula, per exemple, amb poder corregir les alteracions genètiques associades a la síndrome de Down. Es creu fermament que CRISPR suposarà grans avenços en la immunoteràpia contra el càncer. Mitjançant una modificació genètica, la immunoteràpia busca «reeducar» el nostre sistema immune perquè identifiqui i catalogui les cèl·lules cancerígenes com a «agents estranys» i les ataqui sense pietat. Representa un esperançador canvi d’estratègia. No s’ataca directament al càncer, sinó que s’estimula a l’exèrcit immunitari perquè lluiti amb tota la seva artilleria!

- Computació: Fa uns seixanta anys va començar aquesta gran revolució tecnològica, la revolució digital. El 23 de setembre del 1947 hi havia un sol transistor al planeta. L’acabaven d’inventar als laboratoris Bell. El transistor és un dispositiu que regula el pas de corrent. És el cor dels xips dels nostres ordinadors pel que fa al processament de dades. Avui dia, hi ha milions de transistors al planeta. I aquest nombre es duplica aproximadament cada 18 mesos, complint-se així les prediccions de Moore, cofundador d’Intel. Aquest creixement del nombre de transistors va acompanyat d’una reducció en la grandària dels mateixos. És precisament aquesta reducció la que permet incorporar major nombre de transistors en un xip i així augmentar la capacitat de processament dels nostres ordinadors i dispositius electrònics. Aquest increment en la capacitat computacional ha estat clau per al desenvolupament de tecnologies com la intel·ligència artificial.

- Reptes i límits de la intel·ligència artificial: Tenim bones raons per creure que, de moment, som l’espècie més intel·ligent en aquest planeta i hem aconseguit grans gestes. Com a resultat, el futur de totes les espècies a la Terra depèn en gran mesura de les nostres decisions i accions. Per posar un exemple, un ximpanzé o un rinoceront són molt més forts que nosaltres. Però gràcies a la nostra intel·ligència i a la tecnologia, podem acabar amb ells si ens ho proposem. La seva supervivència depèn en gran mesura de nosaltres.

Tot i ser l’espècie més intel·ligent del planeta, ja hem estat superats -i molt- per les nostres pròpies creacions en tasques específiques que fan ús d’aspectes limitats de la intel·ligència. Humils calculadores de butxaca poden executar processos aritmètics amb molta més rapidesa i fiabilitat que nosaltres. El mateix es pot dir dels escacs o dels cotxes autoconduïts. No saben realitzar altres tasques, però la seva intel·ligència ens supera en dominis concrets. Són exemples de l’anomenada intel·ligència artificial estreta.

Un gran somni de la tecnologia -i un temor de la societat- és el desenvolupament de l’anomenada intel·ligència artificial general, o, dit d’una altra manera, màquines que igualin o superin l’ésser humà en qualsevol activitat cognitiva. Personalment sóc una mica escèptic davant d’aquesta possibilitat. Una aproximació assajada per a la construcció d’una màquina d’aquestes característiques es basa en emular el cervell humà. Hi ha hagut diversos intents que de moment han resultat fallits. El gran problema és que estem encara lluny de comprendre el nostre cervell i el seu funcionament i potser mai arribem a entendre’l del tot. Max Planck afirmava: «La ciència no pot resoldre el misteri últim de la natura perquè, en darrer terme, som part del misteri que intentem resoldre». Per tant, si no aconseguim entendre el funcionament d’aquest complex òrgan, difícilment serem capaços de construir una màquina que l’iguali o superi seguint aquesta aproximació.

En definitiva, crec que en aquest segle veurem grans avenços en forma d’intel·ligència artificial estreta, però som molt lluny d’una intel·ligència artificial general. No ens preocupem per una hipotètica màquina superintel·ligent -en múltiples tasques cognitives- que pugui prendre el control de la humanitat. Aquesta màquina no existirà.

- Neurociència, la connectòmica: Ens endinsem ara en un bosc molt especial. Al nostre planeta hi ha 7.000 milions de boscos. Cadascun de nosaltres som propietaris d’un ells. El bosc del qual parlo és a l’interior del nostre crani i el formen uns 85.000 milions d’arbres coneguts com neurones. Les neurones constantment dialoguen entre si. D’aquest diàleg col·lectiu n’emergeix la intel·ligència, els nostres pensaments, emocions o fins i tot la curiositat del mateix cervell per mirar d’entendre’s a si mateix.

De la mateixa manera que a partir de només uns pocs arbres dispersos no podem entendre el bosc, a partir d’unes neurones aïllades tampoc no podrem entendre el cervell i el seu funcionament. Cada neurona humana es connecta i dialoga amb moltes neurones -entre 1.000 i 10.000- a través de les denominades sinapsis. Desxifrar aquesta complexa xarxa de connexions -coneguda com connectoma- és un dels grans reptes de la ciència d’aquest segle.

- Neurociència, la biònica: En aquesta era estem començant a unir el nostre cervell a les màquines. Volem que l’amputat d’un braç sigui capaç d’agafar una tassa amb la seva pròtesi artificial, arribant-li l’ordre directament des de la seva ment en forma d’impulsos elèctrics. Una fascinant disciplina, coneguda com biònica, ho fa possible. Al capdavant de la mateixa hi ha Hugh Herr. Aquest genial tecnòleg ha desenvolupat les seves pròpies pròtesis biòniques controlades amb el pensament. El seu gran somni és acabar amb la discapacitat humana al segle XXI.

Un altre gran desafiament tecnològic és el disseny d’ulls biònics. Als laboratoris s’assaja la construcció de retines artificials, proveïdes de diminuts fotodetectors o cel·les solars que converteixen impulsos lumínics en impulsos elèctrics que viatgen al cervell. Cadascun d’aquests fotodetectors s’assembla d’alguna manera als píxels d’una pantalla d’ordinador. Per tant, a major nombre de fotodetectors, més gran serà l’agudesa visual. Per aconseguir la gesta d’una retina artificial amb prou resolució, aquests fotodetectors han de ser petits i nombrosos. La nanotecnologia o ciència d’allò diminut jugarà un paper crucial en aquests desenvolupaments.

- Brúixola tecnològica: Als fòrums cientificotecnològics es debat si el segle XXI serà el de la nanotecnologia (enginyeria a escala atòmica), la biotecnologia (enginyeria de la vida), la infotecnologia (enginyeria de la informació) o la neurologia i les ciències cognitives (enginyeria del cervell i el coneixement). Crec que tots tenen una mica de raó. Al meu entendre, el segle XXI serà el de totes aquestes disciplines i d’altres que deriven de les mateixes. Estem en l’era de la interdisciplinarietat! Els grans reptes de la nostra era -com els relatius a la salut humana o a la del nostre planeta- requereixen d’una aproximació multidisciplinària.

*Amador Menéndez, doctor en Químiques i investigador de l’Institut de Materials (ITMA), acaba de ser ­guardonat amb el Premi Nacional a la Difusió de la Ciència 2018, que atorga la Confederació Espanyola de Societats Científiques; Menéndez viatja en aquest article al futur, de la mà de les quatre grans disciplines tecnològiques que estan revolucionant la vida de l’ésser humà