Duże masy plastikowych śmieci i innych odpadów morskich, zebranych razem przez fale i wiatr, unoszą się obecnie nad północnym Pacyfikiem, między Kalifornią a Hawajami. Znany powszechnie jako “Wielka Pacyficzna Plama Śmieci”, morski stos śmieci jest świadectwem nadmiernego uzależnienia społeczeństwa od tworzyw sztucznych na bazie ropy naftowej i innych materiałów opracowanych w celu szybkiego i taniego dostarczania produktów jednorazowego użytku.
Koszty były jednak ogromne.
Możliwe są nowe, opłacalne alternatywy dla tworzyw sztucznych na bazie ropy naftowej, ale wymagają one nowych materiałów i nowego podejścia do produkcji i wytwarzania.
Niedawno amerykańska National Science Foundation poprosiła naukowców o ponowne wyobrażenie sobie przyszłości wytwarzania rzeczy, kładąc podwaliny pod zrównoważoną produkcję; W pełni wykorzystuje sztuczną inteligencję; Obejmuje postęp w dziedzinach takich jak bioinżynieria i materiałoznawstwo; A jego sercem jest wyszkolona, zróżnicowana siła robocza, która może kierować świeżymi pomysłami i perspektywami, aby sprostać wyzwaniom badawczym i produkcyjnym, gdy się pojawią.
Budowanie przyszłości dla produkcji
Obecnie NSF inwestuje 250 milionów dolarów rocznie w zaawansowane badania produkcyjne. Od postępów w projektowaniu wspomaganym komputerowo do napędzania rozwoju druku 3D i trwałych, zaawansowanych nanomateriałów, wieloletnie inwestycje NSF w badania podstawowe zmieniły produkcję, w wyniku czego powstały produkty, od których uzależnia się współczesne społeczeństwo.
Niedawno NSF przyznało nagrody 24 projektom przyszłej produkcji, które będą opierać się na tym dziedzictwie i opracować podejścia, które będą miały równie głęboki wpływ na społeczeństwo przez nadchodzące lata i dziesięciolecia. Każdy projekt, który łączy partnerów w całych Stanach Zjednoczonych, prowadzi do przełomów w jednym z trzech głównych obszarów: ekoprodukcja, bioprodukcja i cyberprodukcja.
Celem tych badań nie jest po prostu ulepszenie obecnych procesów produkcyjnych. Zamiast tego celem jest zachęcenie do tworzenia całkowicie nowych metod i środków produkcji, które nie istnieją obecnie, lub rozszerzenie możliwości istniejących procesów, które obiecują sukces, ale na razie są prowadzone na zbyt małą skalę, aby były komercyjnie opłacalne. Powstawanie nowych procesów produkcyjnych i gałęzi przemysłu stworzy także nowe miejsca pracy i możliwości, które wzmocnią wzrost gospodarczy i przyniosą korzyści całemu społeczeństwu.
Pierwsze kroki do przodu
Badania ekoprodukcji dotyczą kwestii związanych z cyklem życia produktu i opracowują nowe podejścia, które zajmują się odpadami materiałowymi podczas produkcji, a także problemami związanymi z końcem użytkowania produktu w takich obszarach, jak elektronika, materiały budowlane i baterie. Patrząc na podstawowe elementy używane w produkcji, można opracować nowe materiały, które można łatwiej poddać recyklingowi i ponownie wykorzystać, zmniejszając ogólny wpływ na środowisko. Na przykład w ramach jednego projektu zbadane zostaną wyhodowane mikroby, które mogą pomóc w przejściu społeczeństwa na większe wykorzystanie biodegradowalnych tworzyw sztucznych. Odrębny projekt zajmie się produkcją części i komponentów 3D przy użyciu materiałów, które można poddawać recyklingowi w nieskończoność. Oba te podejścia mogą zapobiec ponownemu wystąpieniu innej sytuacji, takiej jak Wielka Pacyficzna Plama Śmieci.
Badania nad bioprodukcją przybliżają futurystyczne wizje zaawansowanej medycyny – takie jak ukierunkowane leczenie chorób i wymienialne narządy – bliżej rzeczywistości. Poszerzając podstawową wiedzę z zakresu biologii i inżynierii, komórki można wykorzystać jako mikroskopijne centra produkcyjne. Na przykład jeden projekt będzie pracował nad umożliwieniem w przyszłości masowej produkcji cząstek wytwarzanych przez komórki, co może zaowocować nową klasą skuteczniejszych terapii lekowych. Inne projekty badawcze będą dotyczyły sposobów rozszerzenia produkcji opartej na komórkach poza opieką zdrowotną i na obszary takie jak materiały konstrukcyjne i elektronika.
Badania nad cyberprodukcją na nowo odkrywają paradygmat fabryki i zapewniają nowe i rozszerzone możliwości w całych Stanach Zjednoczonych. Wykorzystując zaawansowane usługi, takie jak przetwarzanie w chmurze, analityka danych i sztuczna inteligencja, można skrócić czas i wiedzę potrzebną do skonfigurowania i uzyskania dostępu do linii produkcyjnych. Stworzenie wielu małych, rekonfigurowalnych fabryk, które można zlokalizować w dowolnym miejscu, rozszerza dostępność opłacalnej produkcji na większą i bardziej zróżnicowaną grupę przedsiębiorców. Badania nad technologiami konstrukcji modułowych i podejściami do produkcji roju to tylko niektóre z pierwszych kroków, które pozwolą nam to osiągnąć.
Badania we wszystkich trzech obszarach rozpoczną również definiowanie ról i możliwości dla następnego pokolenia pracowników w przyszłym środowisku produkcyjnym, które obejmuje zwiększone wykorzystanie sztucznej inteligencji, robotów i biotechnologii.
Wraz z postępem badań, innowacje produkcyjne zmieniają sposób życia i pracy oraz przyspieszają innowacje technologiczne w jeszcze większym tempie. Przywództwo w produkcji było od wieków jedną z charakterystycznych cech amerykańskiego stylu życia, a ponieważ zrównoważony rozwój i inne wyzwania wciąż się pojawiają, postęp w produkcji ekologicznej, bioprodukcji i cyberprodukcji pomoże krajowi przodować w rozwiązaniach.
