De tijd van oliebollen en kerstdiners ligt alweer een poosje achter ons. 2024 is in volle gang en zal ook op het vlak van technologische innovaties en ontwikkelingen weer de nodige verrassingen in petto hebben. Van baanbrekende eiwittechnologie tot het opsporen van deepfake-media: in dit artikel kijken we naar 7 belangrijke technologieën die we volgens het gezaghebbende wetenschapsblad Nature dit jaar scherp in het oog moeten houden.
1 Deep learning voor eiwittechnologie
Twee decennia terug bereikten David Baker en zijn collega’s aan de University of Washington (Seattle) een mijlpaal: ze wisten met computertechnologie vanuit het niets een volledig nieuw eiwit te creëren. Maar er was een probleempje: het eiwit vertoonde geen enkele betekenisvolle biologische functie.
Dankzij de opkomst en verbetering van deep learning zijn we inmiddels een stuk verder. Door met geavanceerde AI-taalmodellen (LLM’s) eiwitsequenties te bekijken als woorden (de polypeptiden zijn dan de ‘letters’), wordt het makkelijker om de structuur van echte biologische eiwitten te analyseren en waarheidsgetrouw na te bootsen. De verwachting is dan ook dat deep learning en slimme algoritmes een steeds belangrijkere rol gaan spelen in de bio- en gentechnologie.
2. Deepfake-detectie
Door de razendsnelle opkomst van algemeen beschikbare, generatieve AI-algoritmes is het makkelijker dan ooit om foto’s, video’s en audiofragmenten te fabriceren die levensecht lijken, maar in werkelijkheid zo nep zijn als wat. Best leuk om een onschuldig geintje uit te halen met een vriend of collega, maar een stuk minder jolig als cybercriminelen met nepfoto’s of -video’s je identiteit stelen of een onschuldig slachtoffer laten opdraaien voor een strafbaar feit. Of wat te denken van schurkenstaten die deepfake gebruiken voor het verspreiden van propaganda.
Het goede nieuws? Er is ook een groeiend leger forensische cyberdetectives actief dat serieus werk maakt van betere deepfake-detectie. Zo zijn er al tools die AI-ontwikkelaars in staat stellen om AI-gegenereerde content van een watermerk te voorzien en dus direct herkenbaar te maken. Andere detectietools focussen zich op de content zelf en kunnen bijvoorbeeld de kleinste gezichtsdetails van een persoon analyseren. Zo kun je nagaan of de persoon op een foto of in een video ‘the real deal’, een dubbelganger of een computercreatie is.
3. Grootschalige DNA-insertie
Een gentechnologie als CRISPR-Cas wordt in het laboratorium gebruikt om defecte genen uit te schakelen en kleine sequentieveranderingen te introduceren. Het nauwkeurig, gericht en programmeerbaar inbrengen van grotere DNA-sequenties die duizenden nucleotiden beslaan is moeilijk. Maar opkomende oplossingen zoals PASTE (die het mogelijk maken om met grote nauwkeurigheid tot 36 kilobase aan DNA in te voegen) stellen wetenschappers mogelijk in staat om cruciale segmenten van defecte genen te vervangen of volledig functionele gensequenties in te voegen. De techniek is bruikbaar voor het aanpakken van genetische defecten en diverse ziekten, maar ook voor het creëren van gewassen die beter bestand zijn tegen plantenziekten, schimmels en pathogenen.
4. Brein-computerinterfaces
Het brein en de computer die een worden en zo de cognitieve prestaties naar een spectaculair hoger niveau tillen? Het klinkt misschien als de premisse voor een foute sciencefictionfilm, maar wordt langzaamaan de realiteit. Neem het verhaal van de Amerikaanse Pat Bennett. De spierziekte ALS zorgt ervoor dat ze veel langzamer praat dan een gemiddeld mens en grote moeite heeft om de juiste woorden te vinden en zichzelf verbaal te uiten.
Een geavanceerde brein-computer-interface (BCI) biedt een oplossing voor deze aandoening. In Bennetts brein geïmplanteerde elektroden registreren neurale activiteiten en vertalen die naar speciaal getrainde algoritmen die gebruikmaken van deep learning om hersensignalen om te zetten in spraak. Inmiddels kan Bennett 62 woorden per minuut binnen een vocabulaire van 125.000 woorden zeggen. Dat is ongeveer het dubbele van de gemiddelde Engelstalige spreker! De verwachting is dat de verdere perfectie van deep learning en door AI aangedreven taalmodellen ervoor gaat zorgen dat oplossingen voor spraakassistentie en neurologische ondersteuning beter, veelzijdiger en breder inzetbaar worden.
5. Superresolutie
Het onderzoeksveld van de lichtmicroscopie ontwikkelt zich razendsnel. Door de uitvinding van een techniek genaamd superresolutie-fluorescentiemicroscopie kunnen onderzoekers zelfs de kleinere onderdelen van een levende cel in beeld brengen. Maar daar houdt het niet op. Met slimme aanpassingen aan de superresolutie-techniek zijn wetenschappers bezig om de grenzen van wat mogelijk is nog een stukje verder op te rekken. Met een methode die luistert naar de naam MINSTED is het bijvoorbeeld al mogelijk om fluorescerende deeltjes van ongeveer een kwart nanometer op te sporen. De verwachting is dat de race naar superresolutie in 2024 voortduurt, bijvoorbeeld door de verdere doorontwikkeling van de ONE-microscooptechniek.
6. Celatlassen
Als je op zoek bent naar een goed restaurant of hip koffietentje is een digitale plattegrond als Google Maps je beste vriend en trouwe wegwijzer. Stuntelen met grote, lompe en uitvouwbare kaarten maakt plaats voor een net zo effectieve tool die moeiteloos op het schermpje van je smartphone past.
Navigeren door het complexe landschap dat het menselijk lichaam is, is een stukje lastiger dan het karteren van een stad of dorp. Doorbraken op het vlak van individuele celanalyse en ‘spatial omics’ (technologieën die helpen om biologische moleculen op hun oorspronkelijke plaats in het weefsel te onderzoeken) kunnen op relatief korte termijn het pad effenen naar ‘celkaarten’. Die kun je vervolgens samenvoegen tot gedetailleerde atlassen van het menselijk lichaam.
Een van de meest ambitieuze voorbeelden van deze gesofisticeerde wetenschap is de Human Cell Atlas (HCA). Bij dit project zijn zo’n 3000 wetenschappers uit 100 verschillende landen betrokken. Ze werken met huidmonsters van in totaal 10.000 donoren. De sleutel tot succes? De ontwikkeling en snelle commercialisatie van analysetools die het mogelijk maken om moleculaire componenten te decoderen op individueel celniveau. Zo is er bijvoorbeeld al een gedetailleerde en inzichtelijke kaart van de menselijke long die de veranderingen op celniveau laat zien die veroorzaakt worden door aandoeningen als longfibrose, tumoren en COVID-19.
7. Nanomaterialen uit de 3D-printer
Materialen die tegelijkertijd vederlicht en oersterk zijn? Materialen die fungeren als perfecte energiebuffers? Met nanotechnologie zijn de mogelijkheden haast onbegrensd. Doorbraken op het gebied van fotopolymerisatie zorgen ervoor dat materiaalontwikkelaars nanostructuren steeds sneller, beter en fijnmaziger kunnen vervaardigen. Zelfs voor materialen die niet direct via fotopolymerisatie uit een 3D-printer kunnen rollen (zoals metaal), ontstaan workarounds. Een voorbeeld hiervan is het gebruik van hydrogels die fungeren als template. Door de hydrogels te infuseren met metaalzouten, krijg je printbaar metaal met de juiste vorm.
AI als katalysator voor technologische innovatie
2024 belooft een spannend en interessant jaar te worden op het vlak van technologische innovatie. Ondanks de verscheidenheid van de in dit artikel beschreven innovaties, is er een gemene deler: AI is vaak het element dat belangrijke ontwikkelingen en doorbraken voortstuwt of nieuwe werkwijzen mogelijk maakt. Zonder goede regulatie brengt AI zeker ook gevaren met zich mee, maar in de juiste handen is het een sterke katalysator voor technologische en wetenschappelijke vooruitgang.
