Paul Saffo: i sensori accelerano il ritmo delle scoperte scientifiche

“Dietro ogni grande scoperta scientifica c’è uno strumento. Da Galileo e il suo telescopio ad Arthur Compton e la camera a nebbia, le nostre scoperte più importanti sono sostenute da innovazioni di dispositivi che estendono i sensi umani e aumentano la cognizione umana. Questa è una nuova costante importante notizia scientifica perché senza nuovi strumenti la scoperta rallenterebbe. Volete prevedere la prossima grande sorpresa scientifica di una decina di anni a partire da ora? Guardate alle tecnologie che stanno crescendo più velocemente nel presente e chiedete quali nuovi strumenti esse attivano.

Per l’ultimo mezzo secolo, la tecnologia digitale ha consegnato gli strumenti più potenti in forma di processori, collegamenti di rete e sensori. L’elaborazione dei dati è venuta per prima, fornendo i cervelli per le sonde spaziali e i bulldozer computazionali necessari per affrontare un’intensa ricerca di calcolo. Poi con l’avvento di Arpanet, di Internet e del World Wide Web, il collegamento di rete è diventato un mezzo potente per l’accesso e la condivisione della conoscenza – e per connettersi a tutto da remoto, dai supercomputer ai telescopi.

Ma c’è una terza categoria – i sensori, e una categoria ancora più recente di robusti attuatori che sono pronti ad accelerare e a cambiare la ricerca e la scoperta nei decenni a venire.

In primo luogo, abbiamo creato i nostri computer, poi li abbiamo collegati in rete, e ora stiamo dando loro organi sensoriali per osservare – e manipolare – il mondo fisico al servizio della scienza. E grazie al fenomeno descritto dalla legge di Moore, il rapporto costo/prestazione del sensore sta avanzando rapidamente quanto la prestazione dei chip. Chiedete a qualsiasi astrofilo. Per qualche migliaia di dollari possono comprare macchine fotografiche digitali che erano al di là della portata degli osservatori di una decina di anni fa.

L’intero campo della genomica deve la propria esistenza e il proprio futuro ai sensori. La squadra di Craig Venture è diventata la prima a decodificare il genoma umano nel 2001, sfruttando la potenza di calcolo e i progressi del sensore per creare un processo di sequenziamento radicalmente nuovo – e radicalmente meno costoso.

Inoltre, il costo del sequenziamento sta già diminuendo più rapidamente rispetto alla curva della legge di Moore. Seguite bene la Carlson Curve (la curva prezzo/prestazione del sequenziamento fornita da The Economist). Il costo del sequenziamento del genoma è probabile che scenderà al di sotto di un dollaro ben prima del 2030.

Nel frattempo, l’editing genetico reso possibile dal sistema CRISPR/Cas è possibile solo grazie a sensori ed attuatori ancora più potenti e convenienti. Provate a immaginare la scienza che è possibile quando il sequenziamento del genoma costa un centesimo e i laboratori in rete per il sequenziamento su chip sono abbastanza economici per essere lanciati e scartati come i tag RFID.

I sensori e la tecnologia digitale stanno anche guidando le scoperte della fisica. Il cuore del Grande Collisore di Adroni del CERN è il rivelatore CMS. Un assemblaggio di 14.000 tonnellate di sensori ed effettori soprannominato ‘la cattedrale della scienza’. Come una vecchia cattedrale, è servito da quasi 4.000 persone provenienti da oltre 40 paesi. Ed è così popolare che una rivista scientifica ha appena presentato un paginone centrale colorato del dispositivo nel suo numero di fine anno.

I sensori stanno anche aprendo nuove vaste finestre sul cosmo. Grazie al progresso inarrestabile dei sensori e degli effettori nella forma dell’ottica adattiva, la scoperta di pianeti extrasolari si è spostata dalla fantascienza a una cosa normale con una velocità mozzafiato. In un futuro molto vicino, i progressi dei sensori ci permetteranno di analizzare le atmosfere degli esopianeti e di cercare segni distintivi di civiltà.

Le stesse tendenze apriranno nuovi orizzonti per gli astronomi dilettanti che presto si godranno i mezzi tecnici a prezzi accessibili per essere al livello del veicolo spaziale Kepler nell’abilità di ricerca dei pianeti. I sensori sono quindi tanto per la democratizzazione della scienza amatoriale quanto per la creazione di strumenti ancora più potenti. Il satellite Kepler ha ripreso un campo di 115 gradi, un mero 0,25% del cielo. Gli amatori scopritori di pianeti che detengono telescopi da cortile alimentati digitalmente potrebbero interferire seriamente nell’altro 99,75% del cielo ancora da esaminare.

Un altro recente incontro tra dilettanti e sensori offre un potente accenno a ciò che sta per arrivare. Una volta, le comete ricevevano un nome dopo gli scopritori umani. E gli amatori andavano a caccia di comete con una passione tale che più di un aspirante cacciatore di comete ha trasferito la sua residenza verso est per avere una migliore osservazione nella competizione. Ora, le comete hanno nomi come 285P/Linear perché i sistemi robotici stanno facendo le scoperte e la caccia amatoriale alle comete è in forte declino. Gli amatori troveranno altre cose da fare (come cercare i pianeti). Ma è difficile non sentire una fitta di nostalgia per un tempo perduto quando quell’esile apparizione in cielo aveva un nome romantico come Hale-Bopp, o Ikeya-Seki, piuttosto che C/2011-L4 PanStarrs.

Questo cambiamento nella nomenclatura delle comete suggerisce un cambiamento epocale ancora più drammatico nella relazione tra strumento e scoperta. Fino ad ora, le notizie riguardavano strumenti ancora più potenti creati per servire l’amplificazione della scoperta guidata dall’umano. Ma siccome le macchine oggi sono cercatrici di comete migliori rispetto agli umani, siamo all’inizio di un tempo in cui le macchine non si limitano ad amplificare, ma sostituiscono il ricercatore umano. La notizia più grande di tutte sarà quando una macchina vincerà il Premio Nobel insieme ai suoi collaboratori umani.”