IBM 5 in 5: accelerare la scoperta di nuovi materiali per un futuro più sostenibile

Come ogni anno IBM Research presenta “IBM 5 in 5”, un report sulle cinque aree in cui si prevede che la tecnologia possa avere i maggiori impatti nell’arco dei prossimi cinque anni. Le previsioni di quest’anno mostrano una forte accelerazione della ricerca scientifico-tecnologica in aree che impattano in modo diretto sulla sostenibilità ambientale ma anche, più in generale, del nostro futuro, come la scoperta di nuovi materiali

L’arrivo dell’autunno e l’avvicinarsi alla fine dell’anno porta sempre buone novelle dal punto di vista delle previsioni futuristiche: ogni anno da settembre a dicembre si susseguono i report degli analisti con le previsioni per l’anno successivo e persino per gli anni e i decenni a venire.

Senza scomodare un futuro troppo lontano, i ricercatori e gli scienziati di IBM Research da qualche anno rilasciano “5 in 5”, un report con il quale segnalano i più significativi progressi compiuti nei laboratori globali di IBM Research; cinque tecnologie che, a loro avviso, ridisegneranno radicalmente il business e la società nei prossimi cinque anni.

La premessa con la quale è stato rilasciato l’IBM 5 in 5 di quest’anno riaccende i riflettori sull’importanza della scienza e della ricerca ai fini della scoperta:

«Ci sono serie di problemi mondiali allo stesso tempo così scoraggianti e tuttavia così pressanti che le soluzioni, semplicemente, non possono aspettare. Dobbiamo accelerare il processo di scoperta per affrontare questa classe di sfide sistemiche in aree come la politica, le tendenze economiche, le decisioni della società e le scienze naturali»

Oggi la convergenza di tecnologie emergenti come Intelligenza Artificiale, Biotecnologie e Nanotecnologie, Cognitive Systems e Quantum Computing, aiuta scienziati e ricercatori a “porsi domande” (e ricercare risposte) una volta impensabili, fuori dalla portata della “realizzabilità”.   

Un esempio? La scoperta di nuovi materiali per consentire un futuro più sostenibile.

La domanda mondiale di nuovi materiali è in costante aumento (per la loro applicabilità in contesti differenti, dall’agricoltura alla medicina, dal settore manifatturiero a quello dell’energia…) ma l’offerta non si muove altrettanto dinamicamente perché richiede tempi lunghi di ricerca e sperimentazione.

Il processo di progettazione e scoperta dei materiali è tradizionalmente lungo e complesso perché lo spazio delle potenziali combinazioni di elementi chimici è incredibilmente vasto. «Ci sono più combinazioni possibili di quanti siano gli atomi nell’universo», fanno sapere dai laboratori IBM Research.

Oggi c’è dunque un bisogno urgente di “scovare” e progettare nuovi materiali, anche per far fronte alle pressanti sfide sociali “imposte” dalle Nazioni Unite negli obiettivi di sviluppo sostenibile.

Ecco allora che il “proclama” di IBM 5 in 5 di quest’anno non lascia dubbi di interpretazione sulle attività sulle quali si concentreranno gli scienziati: “collaborando con attori nazionali e internazionali, pubblici e privati, e tramite un’intensa attività di laboratorio, i ricercatori di IBM stanno lavorando per favorire la scoperta di nuove risorse utili ad affrontare le sfide mondiali più significative – si legge in una nota ufficiale di Big Blue -. Entro i prossimi 5 anni, IBM prevede di compiere significativi passi in avanti verso una nuova era di scoperte, trovando soluzioni più sostenibili alle grandi sfide globali che avranno un impatto positivo su ogni settore della nostra società ed economia”.

In linea con l’invito all’azione globale delle Nazioni Unite attraverso i suoi obiettivi di sviluppo sostenibile, le previsioni (e l’impegno dei ricercatori) IBM 5 in 5 di quest’anno si concentrano dunque sull’accelerazione della scoperta di nuovi materiali in un’ottica di sostenibilità.

Nello specifico, nei vari centri e laboratori IBM Research gli scienziati stanno esplorando come la tecnologia (o meglio, la convergenza di tecnologie emergenti quali AI – Artificial Intelligence e Quantum Computing) possa essere utilizzata per reinventare il processo di progettazione dei materiali per trovare soluzioni a sfide quali la promozione della buona salute e dell’energia pulita, nonché il rafforzamento della sostenibilità, dell’azione per il clima e della produzione responsabile.

Questi gli obiettivi dell’IBM 5 in 5 2020:

  • catturare e trasformare la CO2 presente in atmosfera per una più efficace lotta al cambiamento climatico;
  • sviluppare batterie con nuovi materiali più efficienti e sostenibili, eliminando cobalto e nichel dalla produzione;
  • impiegare semiconduttori più efficienti tramite l’uso di nuovi composti chimici fotoresistenti;
  • sfruttare l’azoto presente nel suolo per ripensare l’impiego dei fertilizzanti nell’industria agroalimentare in modo più sostenibile;
  • identificare processi più efficienti (e più brevi) per la scoperta dei farmaci.

1) Mitigare i cambiamenti climatici catturando e trasformando la CO2

Entro il 2025, la CO2 presente nell’atmosfera raggiungerà livelli insostenibili. Per tagliare le emissioni e contenere la temperatura globale c’è bisogno di nuovi materiali e processi per la cattura e la trasformazione della CO2: nei prossimi 5 anni IBM prevede che la tecnologia aiuterà a catturare le emissioni atmosferiche in modo più efficace, trasformando la CO2 in prodotti e componenti utili.

Un team di ricercatori IBM è impegnato nell’identificazione di metodi e materiali già esistenti e pronti all’uso, utilizzando Cloud e tecnologie NLP (Natural Language Processing) per estrarre le informazioni contenute nei brevetti e nei documenti, per poi applicare l’IA ai materiali più noti utilizzati per la separazione e la cattura della CO2: l’obiettivo è quello di rendere il processo abbastanza efficiente da ridurre significativamente il livello di CO2 nocivo nell’atmosfera a livello globale.

2) Trovare nuovi materiali per lo sviluppo di batterie che non “facciano male” al nostro pianeta

Entro il 2050, l’uso di energia in tutto il mondo aumenterà del 50%, a causa anche della crescita della popolazione mondiale e all’aumento degli standard di vita delle nazioni in via di sviluppo. L’energia rinnovabile, come quella solare, eolica e idroelettrica, che non rilascia CO2 dannosa per il clima e l’atmosfera, può aiutare a soddisfare la crescente domanda di energia pulita.

Tuttavia, ciò di cui abbiamo bisogno ora è energia rinnovabile più affidabile: le fonti esistenti non sono al momento supportate da infrastrutture adeguate a garantire la continuità energetica e richiedono impianti di stoccaggio per evitare problemi di intermittenza. Per risolvere questo problema, i ricercatori IBM stanno lavorando per accelerare la scoperta di nuovi materiali per le batterie, più sicuri e preferibili dal punto di vista ambientale; hanno già sviluppato una batteria a catodo a base di iodio, priva di cobalto e nichel, che ha una densità maggiore, una minore infiammabilità e tempi di ricarica più rapidi rispetto alle batterie tradizionali.

3) Puntare sulla fotoresistenza per avere materiali e prodotti sostenibili

Si stima che entro il 2023 ci saranno 3 volte più dispositivi connessi rispetto al numero di essere umani. Molti dei dispositivi utilizzati al giorno d’oggi non sono completamente sostenibili, anche per via dei semiconduttori che li compongono. Per migliorare la sostenibilità di questi prodotti è fondamentale l’apporto del calcolo quantistico avanzato, dell’Intelligenza Artificiale e la ricerca continuativa, in modo da sviluppare computer migliori e più sostenibili, efficaci e sicuri. IBM ha messo a disposizione competenze e strumenti all’avanguardia in questo campo per permettere agli scienziati di aggregare e analizzare le informazioni note sulle sostanze chimiche fotoresistenti e quindi spingere la modellazione sui sistemi informatici tradizionali ad alte prestazioni. In questo modo, i sistemi di AI saranno quindi in grado di costruire nuovi modelli suggerendo classi di composti che soddisfano specifici obiettivi ambientali e di efficienza.

4) Nutrire in modo sostenibile una cittadinanza in crescita riducendo al contempo le emissioni di anidride carbonica

La popolazione mondiale sta crescendo rapidamente, con stime che suggeriscono che il mondo raggiungerà i 10 miliardi di persone entro il 2050, rispetto agli 8 miliardi di oggi. Per supportare questa nuova realtà dobbiamo garantire l’accesso a una risorsa fondamentale: il cibo. I fertilizzanti svolgono un ruolo enorme nella produzione alimentare, ma è necessario individuare modi migliori e meno energivori per produrli. L’azoto, il gas più abbondante nell’atmosfera, è l’ingrediente principale nei moderni fertilizzanti industriali. Produrre una tonnellata di fertilizzante richiede però la combustione di una tonnellata di energia fossile che trasformi l’azoto in nitrati utilizzabili in campo agricolo. Un processo che influisce sulle emissioni di anidride carbonica in atmosfera. Secondo le previsioni IBM 5 in 5, nei prossimi cinque anni sarà possibile replicare la capacità della natura di convertire l’azoto nel suolo in fertilizzanti ricchi di nitrati, nutrendo il mondo che verrà e riducendo l’impatto ambientale dell’industria agroalimentare.

5) Accelerare il processo di scoperta dei farmaci

L’ultima previsione di IBM va al cuore di un’esigenza critica emersa dalla pandemia Covid-19: creare e implementare un processo più efficiente per la scoperta dei farmaci, in modo da essere pronti ad affrontare eventuali minacce virali che potrebbero presentarsi in futuro. La progettazione di nuovi farmaci è difficile e costosa, e richiede inoltre tanto tempo: in media ci vogliono più di 2 miliardi di dollari e più di 10 anni prima che un nuovo farmaco raggiunga il mercato.  Nel contesto attuale di diffusione del Covid-19, queste statistiche non sono mai state così preoccupanti: nei prossimi cinque anni, sarà fondamentale sfruttare al massimo AI, Cloud e Data Analysis per snellire il processo di scoperta dei farmaci, accelerando la scoperta di terapie e molecole utili a combattere nuovi virus su scala globale e riducendo i costi della ricerca.

Oggi più che mai, il mondo ha bisogno della scienza. Oggi più che mai, la scienza ha bisogno della tecnologia. Le condizioni per la tempesta perfetta ci sono tutte. Non perdiamo altro tempo!

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Nicoletta Boldrini
Seguo da molti anni le novità e gli impatti dell'Information Technology e, più recentemente, delle tecnologie emergenti sulle aziende e sul loro modo di "fare business", nonché sulle persone e la società | Il mio motto: sempre in marcia a caccia di innovazione | #Hunting4Innovation

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