Uvumbuzi mahiri ambao unakaribia kubadilisha kabisa ulimwengu wetu

Kutabiri mambo ya wakati ujao huchukuliwa kuwa kazi ya wapumbavu. Hata hivyo, hatuwezi kujizuia kujiuliza ni mawazo gani tutakuwa tukiyajadili katika miongo ijayo… pengine tukiwa tumeketi kwenye baa mwezini, tukinywa martini (dark matter) zinazozuia kuzeeka.

Kila wiki, mamia ya machapisho ya kisayansi hupitia dawati la habari la BBC Science Focus. Hivyo, tuna vyanzo vingi vya taarifa vya kutusaidia kutazama dalili na kujaribu kubaini mwelekeo ambao mambo ya kesho yanaweza kutokea.

Na hivyo, hapa kuna orodha yetu ya teknolojia tunazoamini zitakuwa na nafasi kubwa katika kuamua jinsi maisha yetu ya kila siku yatakavyokuwa mwaka 2050.

Nano- teknolojia ya matibabu itatusaidia kujenga upya miili yetu

Teknolojia ya Nano hufanya kazi katika kiwango kidogo sana kinachopimwa kwa nanomita, yaani sehemu moja ya bilioni ya mita. Ili kupata picha ya ukubwa huu, nywele ya binadamu ina upana wa takriban nanomita 80,000–100,000.

Ingawa wazo la teknolojia hii linaweza kutufanya tufikirie mashine ndogo sana za upasuaji zinazopita kwenye mfumo wa damu na kufanya kazi moja kwa moja kwenye sehemu zilizoathirika za mwili, kwa kweli nanoteknolojia inahusu zaidi kutumia sifa za kipekee za kimwili na kibaiolojia zinazojitokeza katika kiwango hiki kidogo sana.

Kwa mfano, inawezekana kupeleka dawa moja kwa moja kwenye eneo linalohitaji matibabu, hivyo kupunguza uwezekano wa dawa hiyo kuharibu sehemu nyingine za mwili inapokuwa njiani. Hii pia inaweza kupunguza uwezekano wa mfumo wa kinga ya mwili kuizuia dawa kabla haijafika kwenye eneo inalolenga kutibu.

Sehemu kubwa ya tiba ya kisasa ya kawaida inategemea molekuli zilizoundwa kwa madhumuni maalumu, jambo ambalo ni aina ya nanoteknolojia. Hii imeonekana hasa katika maendeleo ya chanjo za mRNA, kama zile zilizotumika dhidi ya COVID-19.

Lakini hili hutumiwa kwa namna pana zaidi kumaanisha mbinu zisizo za moja kwa moja ambazo bado hazijapatikana kikamilifu. Mfano mmoja ambao huenda ukawa wa kawaida ifikapo mwaka 2050 ni kutumia nanoteknolojia kufikia ubongo.

Ubongo unalindwa na kizuizi cha damu na ubongo (blood-brain barrier), ambacho hutambua na kuzuia dawa nyingi za tiba. Hata hivyo, kwa kuziweka dawa hizo ndani ya chembechembe maalumu za nanoscale zilizoundwa kwa teknolojia, kuna uwezekano wa kuzipitisha kupitia kizuizi hicho hadi kwenye ubongo ili kutibu moja kwa moja magonjwa kama Alzheimer.

Vivyo hivyo, kutumia nanoteknolojia katika dawa za tiba ya mionzi, kunaweza kuhakikisha kwamba dawa hizo zinafanya kazi katika eneo linalolengwa tu, badala ya kuathiri mwili mzima.

Teknolojia hii inaweza pia kuboresha upigaji picha wa kitabibu. Kwa kutumia chembechembe maalumu za oksidi ya chuma katika maeneo yanayolengwa, madaktari wanaweza kuboresha utofauti wa picha zinazopatikana kupitia MRI.

Ingawa huenda tusione madaktari wa upasuaji wa kiwango cha nano wakielekea kwenye maeneo yenye uvimbe hivi karibuni, ni dhahiri kwamba matumizi ya nanoteknolojia, huenda yakiunganishwa na maendeleo katika metamaterials (vifaa vyenye sifa maalumu vilivyoundwa kwa muundo wa kipekee), yatawezesha kufanyika kwa taratibu zaidi katika kiwango cha nano.

Uchunguzi wa anga za juu unageuka kuwa sekta kubwa ya biashara

Enzi ya sayansi ya kubuni (science fiction) ilikuwa na hadithi kuhusu wachimbaji wa madini kwenye asteroidi au Mwezi, wakihamishia angani mtazamo wa Marekani wa kuchunguza na kutumia maeneo mapya kama ilivyokuwa katika Wild West. Tayari inawezekana kitaalamu kuchimba rasilimali kutoka Mwezini au kwenye ukanda wa asteroidi, na jambo hili linaweza kuwa na faida kubwa sana kifedha.

Kwa mfano, kunaweza kuwa na helium-3 kwenye Mwezi kwa wingi mara 10 zaidi ya ilivyo Duniani, na sehemu kubwa ya madini hayo iko karibu na uso wa Mwezi. Hii inaweza kuwa rasilimali muhimu kwa mitambo ya nyuklia (nuclear fusion).

Ingawa asteroidi ziko mbali zaidi, kukata sehemu zake au kuisogeza asteroidi nzima kwa kuifunga roketi kunaweza kuwa njia rahisi ya kuisafirisha hadi Duniani.

Rasilimali zinazowezekana zaidi ni metali adimu, hasa zile zinazotumika katika vifaa vya kielektroniki. Hata hivyo, kuna hatari kwamba asteroidi moja inaweza kuwa na kiasi kikubwa sana cha madini kiasi cha kusababisha bei za soko kushuka kwa kiwango kikubwa. Wanaounga mkono wazo la kuishi kwenye Mirihi (Mars) pia wanaona asteroidi kama chanzo kinachowezekana cha maji.

Kulingana na Dkt Andrew May, mwandishi wa The Space Business:

"Jambo kama uchimbaji wa madini kwenye asteroidi linaonekana linawezekana kwenye karatasi, angalau kwa upande wa uhandisi. Lakini kwa mtazamo wa biashara, kuna mashaka, kwa sababu kampuni inaweza kuhitaji kuwekeza kwa muongo mmoja au miwili katika kuendeleza teknolojia kabla haijaanza kupata faida inayoonekana."

Hata hivyo, anaeleza kwamba kwa kuwa "serikali kwa ujumla huwa hazisiti sana kuwekeza katika miradi ya muda mrefu," zinaweza kuelekeza juhudi zao zaidi kwenye rasilimali inayopatikana kwa wingi angani: nishati ya jua.

Paneli za jua duniani hupokea sehemu ndogo tu ya mwanga wa jua unaopatikana angani. Ikiwa nishati hiyo itatumwa duniani kwa kutumia mawimbi ya microwave, tungeweza kupata nishati ya jua ya kutosha na endelevu.

Teknolojia hii tayari ilijaribiwa kwa kiwango kidogo mwaka 2023, lakini China inapanga kuwa na kituo cha nishati ya jua angani kinachofanya kazi ifikapo mwaka 2050.

Njia mbadala ya betri za kemikali

Mabadiliko ya tabianchi yanafanya kuachana na matumizi ya nishati ya mafuta ya kisukuku kuwa jambo la muhimu. Katika sekta ya usafiri, kikwazo kikubwa zaidi cha kufanya hivyo ni teknolojia ya betri. Betri za sasa za lithium-ion zinafanya kazi vizuri katika vifaa vidogo, lakini zina changamoto kubwa zinapotumika kwenye magari, hasa kuhusu uwezo wa kuhifadhi nishati, muda wa kuchaji, uimara na usalama.

Kufikia mwaka 2050, kuna uwezekano mkubwa wa kuona teknolojia mpya kabisa ya betri, ikiwa na vifaa na vipengele vipya mbalimbali. Elektrodi pamoja na nyenzo zinazofanya kazi za kielekemia zilizo kati ya elektrodi hizo, zitaondolewa kabisa na kubadilishwa.

Dkt. John-Joseph Marie, mchambuzi mkuu katika taasisi ya Faraday, anasema kuwa aina nyingi mpya za kemia ya betri zinaendelea kutengenezwa na huenda zikawa zinatumika kwa kiwango kikubwa ifikapo mwaka 2050.

Katika vifaa vya kielektroniki vinavyobebeka, ambako uwezo mkubwa wa kuhifadhi nishati kwa ukubwa mdogo ni muhimu, huenda zikatumiwa zaidi anodi za silicon ili kupunguza ukubwa wa betri huku zikiendelea kutoa kiwango kilekile cha nishati.

Aina mpya za betri, kama vile flow batteries au betri za metal-air, zinaweza pia kutumika kuhifadhi nishati kwa muda mrefu sana.

Inawezekana pia kwamba supercapacitors zitabadilisha sana matumizi ya magari ya umeme. Tofauti na betri, ambazo huhifadhi nishati kupitia mmenyuko wa kikemia, supercapacitors huhifadhi chaji ya umeme kwenye sehemu zake zinazoitwa elektrodi. Elektrodi hizi hupatikana katika karibu vifaa vyote vya kielektroniki.

Supercapacitors huongeza muundo maalumu kwenye elektrodi hizo unaowawezesha kuhifadhi tabaka mbili za chaji ya umeme. Hii husababisha hali inayofanana na betri inayojulikana kama "pseudocapacitance", na kuiwezesha kuhifadhi kiasi kikubwa sana cha nishati.

Kwa kifupi, supercapacitors zinaweza kuchajiwa ndani ya sekunde chache. Na wakati betri ya lithium huharibika baada ya kuchajiwa mara elfu chache, supercapacitors zinaweza kudumu kwa takribani mizunguko 500,000 ya kuchaji.

Sote tutakuwa tunatumia kompyuta kama Iron Man

Moja ya ahadi nyingi za sayansi-fiksi ambazo bado hazijatimia ni kubadilisha mifumo ya kompyuta yenye umbo tambarare ya 2D kuwa picha za kuvutia za pikseli zinazoelea hewani, zikionekana mbele ya macho yetu na kuitikia mawimbi ya mikono yetu.

Kwa sasa, kompyuta za anga (spatial computing) zinapatikana, kwa mfano, teknolojia kama Google Glass na Apple Vision Pro, ambazo zinasaidia kuziba pengo kati ya ulimwengu wetu na ulimwengu wa kidijitali. Teknolojia hizi zinaweza kufuatilia na kutambua amri za sauti, lakini bado zinaonekana kuwa za kawaida sana ukizilinganisha na teknolojia ambayo Tony Stark alitumia katika filamu za Iron Man.

Hata hivyo, maendeleo ya teknolojia hii sasa yanaendelea kwa kasi. Ingawa kwa sasa ufuatiliaji wa macho hutumiwa kutambua kile ambacho mtumiaji anakitazama, watengenezaji wanafanyia kazi matoleo ambayo yataweza kuitikia muonekano wa uso kwa namna inayofanana na jinsi binadamu anavyoweza kuitambua.

Tunaweza pia kutarajia teknolojia bora zaidi ya kufuatilia mikono, ili mtumiaji aweze kuonekana kana kwamba anaingiliana moja kwa moja na ulimwengu wa kidijitali unaooneshwa juu ya ulimwengu halisi.

Kwa sasa, kikwazo kikubwa kinachokabili kompyuta za anga ni kuwashawishi watu kwamba inafaa kuvaa kifaa cha kichwani chenye uzito wa gramu 650 muda wote. Si tu kwamba kifaa hicho huwa hakifai baada ya muda na kusababisha usumbufu, bali pia kinaonekana cha ajabu sana kwa mtu anayemtazama mtumiaji kutoka nje.

Kifaa kikubwa cha kichwani cha mwaka 2025 kinaweza kuwa sawa kwa michezo ya kompyuta ukiwa nyumbani, lakini huenda kikawafanya watu wengi wageuke kukutazama ikiwa utakivaa ukitembea barabarani. Inawezekana kwamba spatial computing itapata umaarufu mkubwa tu ikiwa itaweza kujengwa ndani ya kifaa ambacho hakitasumbua zaidi ya jozi ya miwani.

Hata hivyo, angalia jinsi simu za mkononi zilivyopiga hatua tangu mwanzoni mwa karne hii. Tumepiga hatua kutoka mwanzo wake wa kawaida hadi kuzifanya ziwe zenye akili zaidi, ndogo zaidi na za kisasa zaidi kuliko ilivyowahi kudhaniwa kuwa inawezekana. Uzito wa wastani wa simu ulikuwa gramu 148, mwaka 2019, na fikiria ni kwa kiasi gani tumepiga hatua tangu wakati huo.

Nani anajua? Kufikia mwaka 2050, huenda sote tukawa tumeacha kutumia iPhone na kuhamia kwenye simu za macho zinazotumia hologramu.

Tayari tuna saa janja (smartwatches) na vifaa vingine vinavyofuatilia vitu kama mapigo ya moyo na shinikizo la damu. Digital twins zetu zinaweza kutumia taarifa hizi kutathmini hali ya afya yetu, kisha kwenda kwa daktari kupata msaada kabla hata sisi wenyewe hatujagundua kuwa kuna tatizo.