Det händer 2021 inom vetenskapen
Nya data om klimatet från FN:s klimatpanel, en rymdsond på självmordsuppdrag och fler fria forskningsartiklar. Det är några av de nyheter vi har att vänta oss under det kommande året. Med hjälp av experter inom en rad områden spanar F&F mot Vetenskapsåret
PRECISIONSMEDICIN ”ENORM OMSTÄLLNING FÖR VÅRDEN”
Medicinsk behandling som skräddarsys efter patientens gener har det talats om länge. Men hittills har så kallad precisionsmedicin använts i ganska begränsad utsträckning i den svenska vården. Nu står tekniken inför ett bredare genomslag.
– Det är en enorm omställning som innebär ett nytt arbetssätt, säger Richard Rosenquist Brandell, läkare och professor i klinisk genetik vid Karolinska institutet, som leder Genomic Medicine Sweden, GMS, en plattform för att införa precisionsmedicin över hela landet.
Utvecklingen drivs av allt snabbare och billigare metoder för att kartlägga gener och hela arvsmassan. Kunskap om patientens genetik ger möjlighet till snabbare och bättre diagnos. Därmed kan rätt läkemedel sättas in.
I dag görs den här typen av genetiska kartläggningar framför allt vid sällsynta genetiska sjukdomar och vid cancer. Hittills har cirka 7 000 patienter med sällsynta sjukdomar fått hela sin arvsmassa avläst inom den svenska sjukvården.
– Målet är att nå 10 000 till 15 000 per år inom 5 år.
Vid cancer analyserar universitetssjukhusen rutinmässigt 20–50 gener i form av så kallade genpaneler för att styra behandlingen. För vissa genetiska avvikelser finns redan målinriktade läkemedel och fler utvecklas i snabb takt.
– Det är hur många som helst i pipeline, framför allt för cancer, men även för sällsynta diagnoser. Det gäller att hänga med, säger Richard Rosenquist Brandell.
Inför 2021 är mycket på gång, berättar han. På cancerområdet sjösätts en mer heltäckande genpanel. Den innehåller 560 gener vilket ökar möjligheterna att ringa in de som kan kopplas till en särskild behandling. GMS gör även en satsning på barncancer. Målet är att alla under 18 år som insjuknar i cancer ska få hela sin arvsmassa avläst för att snabbt kunna få rätt diagnos och behandling (läs mer på sid 22).
En nationell kunskapsdatabas byggs upp för att samla alla data som sedan kan delas och användas för både forskning och behandling. Det finns dock etiska och juridiska oklarheter kring hur patientdata kan delas över landet.
– Det är en fråga som nu ligger på regeringens bord, säger Richard Rosenquist Brandell.
En annan utmaning är att de nya målinriktade läkemedlen ofta är väldigt dyra.
Artificiell intelligens, AI, domineras i dag av djupinlärning, en kraftfull form av maskininlärning som fick sitt stora genombrott 2012. Djupinlärning används inom alla möjliga områden, från textanalys till cancerdiagnostik.
Thomas Schön, professor och AI-forskare vid Uppsala universitet, använder tekniken för att tolka elektrokardiogram, EKG, och upptäcka sjukdomar som påverkar hjärtat. Efter att ha tränat på drygt två miljoner EKG:n som tolkats av hjärtläkare, kunde AI:n ställa lika träffsäkra diagnoser som hjärtspecialisterna.
– Nu går vi vidare med 60 olika hjärtfel, säger Thomas Schön.
För att sprida och utveckla AI inom forskning och utbildning leder han ett nytt AI-centrum vid Uppsala universitet, AI4Research. Här tillbringar forskare från olika discipliner tid via utbytesperioder på upp till ett år.
Samtidigt forskar Thomas Schön på nya AI-system som till exempel inte behöver lika mycket tillrättalagda träningsdata, som i fallet med de två miljoner EKG:n som tolkats av hjärtläkare i exemplet ovan.
Ett hett forskningsspår är också att få AI att lära sig nya uppgifter helt på egen hand.
Även etik och hur samhället påverkas är viktiga frågor. Ett problem med AI är att de data som modellerna matas med inte alltid är objektiva, utan missgynnar vissa grupper.
En annan utmaning, som det forskas mycket kring, är att minska energiförbrukningen. Ju mer komplexa modeller, desto mer datakraft går det åt för att träna dem. En ny omtalad modell, med namnet GPT-3, klarar att skriva imponerande långa texter på egen hand, men det kräver å andra sidan i storleksordningen 500 gånger fler beräkningsparametrar än tidigare modeller, totalt 170 miljarder.
– Det är sinnessjukt mycket energi som går åt för att träna en så stor modell, säger Thomas Schön.
Han ser en fortsatt snabb teknisk utveckling framför sig.
– AI kommer in och påverkar allting, inte bara forskning, utan också oss människor och samhället.
Nya forskningsresultat visar hur klimatförändringarna blir allt tydligare och går snabbare. Det märks inte minst på världens isar och hav.
– Det gör att det blir alltmer bråttom med klimatarbetet om den globala uppvärmningen ska begränsas till 1,5 grader eller hållas under 2 grader, säger Markku Rummukainen, professor i klimatologi vid Lunds universitet och Sveriges representant i FN:s klimatpanel IPCC på SMHI.
2021 kommer första delrapporten i IPCC:s 6:e vetenskapliga utvärdering av klimatläget i världen. Den senaste kom 2013–2014 och stärkte bland annat bevisen för att människan påverkar klimatet. Rapporten blev ett viktigt underlag i förhandlingarna om Parisavtalet.
Den nya rapporten kommer att spela en stor roll när världens ledare samlas i Glasgow i november för nästa klimatmöte, som skjutits upp ett år på grund av corona.
– IPCC:s slutsatser kommer också att bli särskilt viktiga i kommande års förhandlingar om huruvida det globala klimatmålet är tillräckligt och i granskningen av ländernas klimatplaner, säger Markku Rummukainen.
Ambitionerna måste höjas om Parisavtalets mål ska nås. Kritiskt blir hur de stora resurser som mobiliseras runt om i världen för att möta coronakrisen används.
– Återhämtningspolitiken kan antingen ge en kraftig skjuts åt klimatomställningen eller avsevärt bromsa klimatarbetet, säger Markku Rummukainen, och tillägger att en annan viktig faktor är om de nya beteendemönstren under corona består, med till exempel mer distansarbete och mindre resande.
AI SJÄLVLÄRANDE SYSTEM – EN HET TREND KLIMAT ”BLIR ALLTMER BRÅTTOM”
Hur kan vi skydda oss mot en asteroid med kurs mot jorden? Ett sätt är att ge den en knuff så att den ruckas ur sin bana och missar oss. För första gången ska en metod för detta testas i rymden. Amerikanska rymdstyrelsen Nasa skjuter under 2021 upp en rymdfarkost som ska krascha in i en 150 meter stor asteroid som kretsar kring en större. Testet går under namnet Double Asteroid Redirection Test, DART.
– Om det lyckas har mänskligheten för första gången en möjlighet att bygga ett system för att skydda jorden mot nedslag, säger Jan-Erik Wahlund, forskare vid Institutet för rymdfysik i Uppsala.
Rymdfarkosten, som väger ett par hundra kilo, kommer att krascha in i asteroiden i hög fart. Smällen ska få asteroiden att förändra sin bana, främst genom att den börjar gunga fram och tillbaka. Kraften behöver inte vara särskilt stor för att ha avsedd effekt.
– Avstånden i rymden gör att det räcker med en liten knuff för att en asteroid ska missa jorden, säger, JanErik Wahlund.
Metoden är tänkt att användas på mellanstora asteroider med en diameter från 50 meter och upp till ett par hundra meter. Sådana asteroider träffar jorden med några hundra års mellanrum och skulle kunna slå ut en hel stad eller ett mindre land. För att det hela ska fungera gäller det att de upptäcks i tid.
– Det är en av utmaningarna. En annan är att pricka ett 150 meter stort objekt på stort avstånd med en rymdfarkost som kommer farandes i en hastighet av flera kilometer per sekund, säger Jan-Erik Wahlund.
På Kungliga tekniska högskolan, KTH, i Stockholm pågår förberedelser inför bygget av en ny typ av kärnkraftsreaktor. Projektet, som formellt startar i januari 2021, har fått 50 miljoner kronor av Stiftelsen för strategisk forskning för att ta fram de tekniska underlag som krävs för att licensiera den nya reaktorn.
– Sedan vill vi gå vidare och bygga en prototyp men först behöver vi ytterligare 200 miljoner, säger Pär Olsson, professor i fysik vid KTH, som leder projektet.
Målet är att så småningom bygga en demonstrationsreaktor vid kärn
RYMD TEST AV KROCK MED ASTEROID KÄRNKRAFT BYGGSTART FÖR LITEN SVENSK REAKTOR
kraftverket i Oskarshamn. Om allt går vägen skulle den stå klar om tio år, men dessförinnan återstår flera utmaningar. Reaktorn ska till exempel kylas med flytande bly, vilket kräver nya, tåliga material.
Projektet är ett av ett 70-tal runt om i världen som utvecklar små, modulära kärnkraftsreaktorer, SMR. Tanken är att de ska bli enklare och billigare att bygga jämfört med dagens reaktorer, samtidigt som de ska bli säkrare.
Reaktorn som designas på
KTH tillhör den så kallade fjärde generationen, som ska kunna använda kärnbränslet mycket mer effektivt än i dag och därmed lämna efter sig mindre mängder långlivat avfall.
Nyheterna kring SMR har duggat tätt under 2020. Bland annat bygget av en liknande blykyld reaktor, Brest 300, i Ryssland. Där kopplades även det första flytande, modulära kärnkraftverket in på elnätet under året. I USA fick den första SMR-konstruktionen godkännande från landets motsvarighet till Strålsäkerhetsmyndigheten och i oktober delade USA:s energidepartement ut motsvarande 1,5 miljarder kronor till två SMR-företag. Storbritannien har valt tre SMR-konstruktioner som får motsvarande 100 miljoner var för fortsatt utveckling.
Pär Olsson anser att kärnkraften kommer att behövas under lång tid framöver.
– Det går inte att ersätta all fossil energi i den takt som klimatet kräver. Däremot finns en möjlighet att relativt snabbt bygga mindre reaktorer som kan ersätta till exempel kolkraftverk.
BYGG INVIGNING AV SVERIGES HÖGSTA TRÄHUS ÖPPENHET FLER GRATIS FORSKNINGSARTIKLAR AUTOMATION PANDEMIN GER SKJUTS ÅT ROBOTAR
Hösten 2021 slår Sara Kulturhus upp portarna i Skellefteå. Med sina 80 meter och 20 våningar blir det Sveriges högsta byggnad av trä. Intresset för träbyggnad ökar både i Sverige och stora delar av övriga världen.
– Klimatfrågan är en viktig drivkraft. Trä minskar byggets klimatavtryck jämfört med stål och betong, särskilt om trävirket hämtas lokalt, säger Marie Johansson, forskare inom träbyggnad på forskningsinstitutet RISE i Växjö och professor i byggteknik vid Linnéuniversitetet.
Hon tror att det kommer att bli allt vanligare att bygga både bostäder och andra byggnader i trä. En fördel är att materialet är lätt. I Hagastaden i Stockholm byggs till exempel fyra bostadshus med 10–13 våningar ovanpå tunneln för E4:an, något som är möjligt tack vare den lägre vikten. En annan fördel är att trä lämpar sig väl för att prefabriceras på fabrik och kan transporteras till bygget som färdiga moduler.
Men det finns också utmaningar. Höga trähus, över 14–15 våningar, kan svaja om de inte stabiliseras på rätt sätt.
– Det är ett problem i alla höga hus, men trä är fortfarande relativt oprövat, så vi vet inte om våra beräkningsmodeller stämmer, säger Marie Johansson.
Även akustiken kräver särskilda lösningar för att framför allt stegljud inte ska sprida sig. Brandfrågan är också viktig.
– Den kommer alltid upp, men träbyggnader är inte mer brandfarliga än andra. Kraven är oberoende av byggmaterial, säger Marie Johansson.
Trots att forskning ofta betalas med allmänna medel är resultaten inte fritt tillgängliga. De flesta forskningsartiklar är låsta bakom dyra betalväggar hos förlagen som ger ut vetenskapliga tidskrifter. Det vill initiativet Plan S ändra på. Från och med 2021 kräver de forskningsfinansiärer som anslutit sig till planen att den forskning de betalar för ska göras fritt tillgänglig direkt vid publiceringen.
– Det är en viktig milstolpe i arbetet mot öppen tillgång av vetenskapliga artiklar, säger Tommy Dahlén, analytiker på Forskningsrådet för hälsa, arbetsliv och välfärd, Forte.
I Sverige har Forte tillsammans med Formas, som finansierar forskning inom hållbar utveckling, och innovationsmyndigheten Vinnova anslutit sig till Plan S.
Frågan om öppenhet inom forskning har diskuterats länge. Ett av syftena med Plan S är att sätta press på de stora tidskriftsförlagen att möjliggöra fri publicering. Coronapandemin har enligt Tommy Dahlén gett draghjälp i arbetet.
– Pandemin har ökat medvetenheten om hur viktigt det är att kunna dela sina forskningsresultat med alla. I slutänden är det en viktig demokratifråga, säger han.
Coronapandemin har orsakat störningar i företagens globala leveranskedjor. Följden blir att produktion som tidigare flyttat till lågkostnadsländer tas hem igen.
– Samtidigt blir tillverkningen mer automatiserad, vilket betyder fler robotar i industrin, säger Christian Smith, robotforskare vid Kungliga tekniska högskolan.
Under pandemin görs även försök att låta robotar ta över jobb i sjukvården. Danska forskare har till exempel utvecklat en automatisk provtagningsrobot för coronatester. Men att automatisera sjukvården är en tuff uppgift, enligt Christian Smith.
– Arbetsuppgifterna är så varierade att det inte lönar sig. Det tar för lång tid att programmera om robotarna, säger han.
I sin egen forskning utvecklar Christian Smith metoder för att göra programmeringen både enklare och snabbare. Ett sätt är att visa roboten på ett ungefär hur den ska lösa en uppgift. Detaljprogrammeringen görs sedan med hjälp av AI.
Under de närmaste åren kommer vi att se hur antalet robotar fortsätter att öka och sprida sig till fler branscher, enligt Christian Smith.
– Vi forskar bland annat på hur vi kan få robotar att hantera textilier och kläder som böjer och töjer sig.