De gadget-mensen komen
2000-2010 in vogelvlucht
Van Wifi tot Wii en van YouTube tot TomTom - het eerste decennium van de 21e eeuw zal vooral de geschiedenis ingaan als het decennium waarin de wereld draadlozer, draagbaarder en daarmee kleiner werd dan ooit. Maar natuurlijk gebeurde er meer. Een voorzichtige duiding van de jaren 2000-2010, aan de hand van twaalf trends en ontwikkelingen.Techniek - Mateloos geheugen
Wie herinnert zich nog de diskette? Destijds was dat een hele verbetering op de floppydisk. High density stond er triomfantelijk op het kunststof doosje van 9 x 9 centimeter, want er kon wel 1,44 megabyte op.
Hoeveel zegt u? Jawel, 1,44 megabyte, achthonderd keer zo weinig als de capaciteit van een USB-stick die je nu als sleutelhanger cadeau krijgt. Op de NWT-redactie ligt nog een digitale camera – state of the art in 1999 – met een geheugenkaart van 16 megabyte, zodat je er wel vijf full-resolutie-foto’s op kunt opslaan.
Kostte herschrijfbare geheugenruimte rond de eeuwwisseling circa een euro per megabyte, nu is dat een dubbeltje per gigabyte ofwel 0,01 cent per megabyte. Die spectaculaire trend heeft allerlei onbedoelde gevolgen, zoals de commotie over het auteursrecht van film en muziek. Als schijfruimte net zo duur was als tien jaar geleden, zou illegaal downloaden duurder zijn dan in de winkel een dvd of cd kopen.
Waaraan heeft de consument deze weelde aan te danken? Het sleutelwoord is: miniaturisatie. De capaciteit van USB-sticks en geheugenkaarten loopt in de pas met de wet van Moore, een vuistregel die zegt dat chips elke 18 maanden tweemaal zo klein worden, dus ook geheugenchips. Chips worden met een combinatie van optische, elektronische en chemische technieken gemaakt op het oppervlak van ‘wafels’ silicium zo groot als een ontbijtbordje. De totale kostprijs van zo’n wafel die alle processtappen doorloopt, blijft ongeveer constant, dus zodra je dubbel zoveel geheugenchips op een wafel kunt zetten nemen de kosten per gigabyte met de helft af. De verdubbeling elke 18 maanden is te danken aan verbeteringen in elke productiestap, waar wereldwijd letterlijk duizenden researchers mee bezig zijn. Met name steeds betere optische lenzen, betere lasers en gevoeliger fotochemische materialen zijn bepalend.
Voor de harde schijf – magnetisch geheugen dat met een minuscule leeskop wordt afgelezen – is de ontwikkeling nog harder gegaan dankzij giant magnetoresistance, een ontdekking waarvoor
Albert Fert en Peter Grünberg in 2007 de Nobelprijs kregen. Dit quantummechanische effect van een magnetisch veld op de elektrische weerstand van een materiaal maakte een enorme sprong mogelijk in de verkleining van de leeskop, en daarmee in de opslagdichtheid van de data.
Anno 2009 is geheugen voor de consument in zekere zin al oneindig geworden. Wie vandaag een externe harde schijf van 1,5 terabyte aanschaft, krijgt die waarschijnlijk van z’n leven niet meer vol, omdat daar én tienduizend uur muziek én vijftigduizend high-res-vakantiefoto’s én tienduizend e-books én tweeduizend uur filmpjes van de kinderen op past.
Omdat tegenwoordig by default alles wordt bewaard, raakt men al snel het overzicht volledig kwijt. In de praktijk zal het overgrote merendeel van de petabytes aan data die de consument nu op harde schijven, USB-sticks en geheugenkaarten zet, nooit meer bekeken of beluisterd worden.
Volgens prof dr ir Piet Kruit van de Charged Particle Optics Group aan de TU Delft blijft de wet van Moore nog wel een tijdje geldig, zodat we over een paar jaar de 1000 gigabyte USB-stick tegemoet kunnen zien. Dan komen heel andere toepassingen dan het bewaren van filmpjes en muziek in beeld: “Ik denk dan bijvoorbeeld aan een mobiele telefoon waar een andere taal, zeg Chinees, in zit. Je zegt een Nederlandse zin in je telefoon, en dan komt die er aan de andere kant in het Chinees uit.” Deze aanpak berust niet op het gebruik van een slimme vertaalmachine – die nog lang geen realiteit is - maar op brute kracht: een grote database met Nederlandse zinnen en hun Chinese equivalenten.
Kruit: “Daarvoor heb je enorm veel geheugen en een supersnel zoekmechanisme nodig, iets wat met de tegenwoordige generatie chips nog niet haalbaar is.” AJ
Geneeskunde - Genen op aanvraag
Alsmaar snellere apparatuur analyseert in steeds meer laboratoria de volgorde van de basen in DNA.
Dergelijke apparatuur was de afgelopen tien jaar onmisbaar bij de opheldering van het genoom van onder meer de mens (2006), de zandraket (2000) en de honingbij (2006). Mede door de toegenomen snelheid is de DNA-aflezer (ofwel sequencer) nu ook onmisbaar in de forensische wetenschap en in de biologie.
Veel DNA-testen zijn nog beperkt, en kijken bijvoorbeeld vrij grof naar het genetische materiaal of slechts naar kleine onderdelen daarvan. Dat volstaat voor eenvoudige vergelijkingen van DNA. Met dergelijke testen is het erfelijkheidsmolecuul inmiddels zelfs aan een televisiecarrière begonnen. Het staat Caroline Tensen bij in het bewijzen van verwantschappen – of toont genadeloos aan dat moeder zaliger ooit is vreemdgegaan. Intussen zag het decennium de opkomst van talloze DNA-bedrijfjes die tegen betaling nagaan wie er aan wie verwant is, en zelfs of de verdachte haar op de schouder afkomstig is van een overspelige relatie (zie ook: ‘Daar zijn de DNA-dieven’, NWT maart 2009)
Dergelijke omstreden toepassingen doen gelukkig niet af aan de vele waardevolle kanten van de DNA-biotechnologie. De droom is dat individuele genomen compleet en snel kunnen worden gemaakt en daarbij nuttige medische informatie opleveren. De afgelopen jaren neemt de snelheid toe en dalen de kosten, in beide gevallen in een veel hoger tempo dan de Wet van Moore voorspelt. Daarmee lijkt de commerciële doorbraak van de DNA-sequencingtechnologie niet ver weg (‘Turbo-DNA’, NWT september 2009).
Wetenschapper en ondernemer J. Craig Venter en DNA-structuur-ontdekker James Watson waren de eerste mensen waarvan begin 21e eeuw vrijwel het complete genoom – zo’n drie miljard basen - was geanalyseerd. Die ophelderingen kostte enkele honderden tot zelfs enkele miljarden dollar per genoom. In november werd bekend dat het Californisch bedrijf Complete Genomics komend jaar al genoomanalyses van mensen zal uitvoeren voor $ 5000,-. Er zijn optimistische ondernemers die hopen dat over tien jaar in de westerse wereld van elke baby na de geboorte het genoom zal worden gescand, met apparatuur die weldra niet groter hoeft te zijn dan een magnetronoven.
De nadruk zal nu veel sterker komen te liggen op hoe we zo’n genoomanalyse moeten interpreteren. De precieze rol van vele genen en andere stukjes DNA is grotendeels nog onbegrepen. EV
Aardwetenschappen - De grote verGISsing
Nog nooit was de aarde zo overzichtelijk, letterlijk.
Tien jaar geleden leek het nog verre sciencefiction: dat je ooit van achter je pc de hele wereld zou kunnen bekijken, zelf op de radar zou kunnen controleren of er regen aankomt en in de auto de te nemen route live zou kunnen volgen, begeleid door waarschuwingen voor files, flitsers en wegwerkzaamheden. De revolutie in geo-informatiesystemen (GIS) en remotesensing heeft het allemaal mogelijk gemaakt.
GPS, Google Earth, Google Maps, TomTom en talloze andere grafische toepassingen zorgden ervoor dat de mens beter zicht dan ooit op en in zijn planeet kreeg. “Tien jaar geleden was dit nog een esoterisch onderzoeksveldje”, signaleert de Twentse hoogleraar aardobservatiewetenschap Alfred Stein desgevraagd. “En nu is het niet meer weg te denken uit het dagelijks leven.” Aan de basis van al dat fraais ligt de ontzaglijke hoeveelheid informatie die iedere dag weer wordt vergaard door talloze satellieten, thermometers, boeien, geofoons, radars en andere sensoren.
De jaren 2000-2010 waren de jaren waarin onze planeet zélf oren, ogen en zenuwen kreeg en de resolutie vergrootte enorm: zo kwamen er satellieten die minuscule verdikkingen in het aardse zwaartekrachtveld aftasten, kunstmanen die de concentratie van zeer specifieke gassen in de dampkring van uur tot uur meten en weer andere sensoren die subtiliteiten zoals de smeltsnelheid van de ijskappen of de stroomsnelheid van rivieren kunnen volgen.
Nieuw was ook de toenemende vervlechting van de gegevens. Steeds vaker zijn zaken als bevolkingsdichtheid, economische gegevens of milieufactoren gewoon een ‘laag’ (layer) in Google Earth. Wetenschappers zoeken (en vinden) allerlei nieuwe verbanden door verschillende gegevensbanken aan elkaar te koppelen.
Onmiddellijke keerzijde is dat de grens tussen schijn en werkelijkheid soms vervaagt. Toen vulkanologen vorig jaar vaststelden dat het natuurpark Yellowstone Park met 7 centimeter per jaar omhoog komt, ontketende dat een mediahype van enge verhalen over een naderende vulkaanuitbarsting, terwijl de stijging wellicht ook al gaande was vóórdat we erbij waren met onze GPS-sensoren.
Een nieuw type debat zag dan ook het daglicht: dat over de interpretatie van meetgegevens. Toen het Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu optekende dat er in Nederland ieder jaar 18.000 mensen overlijden aan de gevolgen van fijnstof, onthulde NWT dat er sprake was van vertekening, veroorzaakt door het al te gemakkelijk combineren van zeer verschillende meetgegevens (zie: ‘Waar liggen de fijnstofdoden?’, NWT januari 2006).
De komende jaren worden niet alleen jaren van verdere verfijning van de gegevens zelf, maar ook jaren van consolidatie, verwacht Stein. “Wat sla je precies op, hoe doe je het en hoe ga je ermee om?”, zegt hij. “Daarvoor moeten kwaliteitsstandaarden komen.” MK
Klimaatwetenschap - De klimaathype voorbij?
Van alle wetenschappen haalde het klimaat het afgelopen decennium het vaakst de voorpagina’s.
Het klimaat is hot en staat hoog op de politieke agenda. Je zou verwachten dat die politieke aandacht het gevolg is van een doorbraak in de wetenschap. Maar daar lijkt het niet op. De aandacht kwam meer tot stand door twee IPCC-rapporten (in 2001 en 2007) en niet te vergeten de film An Inconvenient Truth van Al Gore, die velen ervan doordrong dat we ‘iets moeten doen’. Het IPCC-rapport in 2001 stelde dat het waarschijnlijk is dat de mens het merendeel van de opwarming van de laatste vijftig jaar heeft veroorzaakt. Het volgende rapport uit 2007 maakte daar zeer waarschijnlijk van.
Een thermometer laat echter niet zien welk deel van de temperatuur ‘menselijk’ is en welk deel ‘natuurlijk’. De uitspraak van het IPCC is dan ook voornamelijk gebaseerd op computermodellen. En het is nog onduidelijk of die wel volledig zijn en een accuraat beeld kunnen geven van de toekomst. Hoe groot de populariteit van de broeikastheorie ook is geworden, de scepsis ertegen lijkt eveneens te groeien. Dit komt niet in de laatste plaats doordat de temperatuur uitgerekend de afgelopen tien jaar niet of nauwelijks meer steeg. Alle jaren van dit decennium waren weliswaar warm en het decennium was dus het warmste, maar het werd nooit warmer dan het El Niño-jaar 1998. Dat is in strijd met de verwachtingen vandiezelfde computermodellen tien jaar geleden, die een verdere stijging voorzagen (zie ook: ‘Waar blijft nou die opwarming?’, NWT december 2009).
Modellen moet je toetsen aan de werkelijkheid. Daarvoor heb je in het geval van het klimaat heel veel metingen nodig. Die metingen zijn er gekomen. Een netwerk van zeeboeien en een scala aan satellieten observeert veranderingen in de atmosfeer, de oceanen en de ijskappen.
Soms geeft dat aanleiding tot alarm. Zo stijgt de zeespiegel sinds 1992 sneller (3 mm/jaar) dan in de decennia daarvoor (1,8 mm/jaar) en neemt het smelten van Groenland en delen van Antarctica toe. En niet te vergeten smelt er ’s zomers meer zeeijs rond de Noordpool, met 2007 als voorlopig dieptepunt.
Maar soms voeden de metingen juist de scepsis. Zo nemen de oceanen volgens de metingen sinds 2003 geen warmte meer op, ondanks een forse toename van CO2-emissies. En de oppervlakte aan zeeijs rond de Zuidpool bereikte in 2007 het hoogste punt in dertig jaar. Feit is dat veel metingen pas relatief kort worden gedaan en dat trends vooralsnog weinig betekenen.
Ondertussen blijft de rekenkracht van computers toenemen en als gevolg daarvan zullen modellen steeds meer processen (oceanen, landgebruik, vegetatie, koolstofcyclus, aërosolen, atmosfeerchemie, ijsdynamica) van het klimaat gaan beschrijven. Dit zal bijdragen aan het inzicht dat in het klimaat alles met alles samenhangt. Het simplistische beeld dat nu bestaat – dat broeikasgassen dé thermostaatknop zijn van het klimaat – zal daarmee langzaam van het toneel verdwijnen. MC
Meer door de redactie gesignaleerde doorbraken en trends uit de periode 2000-2010 staan in het januarinummer van Natuurwetenschap & Techniek.
Shop
