Využitie biologickej transformácie v rámci procesného reťazca: biointeligentná výroba

V rámci medzinárodného výskumu a politických komunít sú v hre rôzne definície biointeligencie – a tým aj biointeligentnej výroby. Všetci však majú rovnakú víziu: biointeligencia je tvorená konvergenciou biológie, inžinierstva a informačných technológií. Len čo sa však vyvinú opisy určitých produktov alebo výrobných procesov, môže dôjsť k viacerým interpretáciám týchto pojmov. Napríklad samotný pojem inteligencia umožňuje rôzne interpretácie a zatiaľ nie je ostro definovaný. Z rovnakého dôvodu umelá inteligencia (UI) stále nie je úplne definovaná, hoci komunita našla rozdiel medzi „silnou“ a „slabou“ UI. Koľko inteligencie je potrebnej na označenie produktu alebo výroby biointeligentným?

Biointeligencia je paradigma, konkrétne dôsledné prepojenie informačnej inteligencie, strojov a tovární s vývojom a zavádzaním nových biologických, medicínskych alebo terapeutických procesov a systémov. V skutočnosti tento pojem znamená rozhodovanie. Užitočným spôsobom usporiadania terminológie je symetria, ktorá sa objaví, keď zoberieme definície digitizácie (premena fyzických informácií do digitálnej formy), digitalizácie (využitie digitálnych technológií na zlepšenie podnikových činností a prevádzok a tvorbu novej hodnoty pre zákazníka) a digitálnej transformácie a prenesieme ich na ich bioekvivalenty (tab. 1).

Digitizácia
Nahradenie číselných hodnôt zo spojitých na diskrétne

Biogizácia
Prechod z nebio na bio (napr. materiálu)

Digitalizácia
Prechod firiem, jednotlivých sektorov, priemyslu na digitálne firmy, jednotlivé sektory, priemysel

Biologizácia
Prechod firiem, jednotlivých sektorov, priemyslu na biointeligentné firmy, jednotlivé sektory, priemysel

Digitálna transformácia
Prechod celej ekonomiky a spoločnosti na digitálnu ekonomiku a spoločnosť

Biologická transformácia
Prechod celej ekonomiky a spoločnosti na biointeligentnú ekonomiku a spoločnosť

Tab. 1 Návrh symetrickej klasifikácie

Obr. 2 ukazuje jeden veľmi intuitívny spôsob štruktúrovania produktov a výroby, ktorý umožňuje jednoduchým spôsobom zaviesť biozložku do procesného reťazca. Každý produkt je vyrobený nasledujúcim spôsobom a môže byť bio alebo nebio:

  • Transformujte bio-/nebiomateriál
  • prostredníctvom bio-/nebiostroja
  • s bio-/nebiokontrolou
  • do bio-/nebioproduktu.

Týmto spôsobom možno urobiť priamu klasifikáciu, od varenia piva (kde sú mikroorganizmy „biostrojom“) a mäkkých robotov až po ukladanie údajov o DNA. Obehové hospodárstvo a prístupy k životnému cyklu možno zobraziť len pridaním niekoľkých „transformačných“ boxov počas životného cyklu produktu. Odhalil sa celý súbor nových výrobných paradigiem (pozri nižšie). Z tohto pohľadu možno definíciu biointeligencie získať definovaním toho, koľko krokov procesu je potrebných na to, aby boli bio alebo inteligentné.

Komplexná interakcia technických, informačných a biologických systémov vedie k vytvoreniu úplne nových, sebestačných výrobných technológií a štruktúr, tzv. biointeligentných výrobných systémov. Systém s pridanou hodnotou sa považuje za biointeligentný, ak sa vo výrobku alebo výrobnom procese nachádza aspoň jedna biologická zložka. V súčasnosti je už možná aj výmena informácií medzi biologickými a technickými komponentmi, dokonca aj v reálnom čase, prostredníctvom online riadenia samoučiacich sa procesov a existencie digitálneho dvojčaťa. V porovnaní s bio- a obehovým hospodárstvom, ktoré namiesto toho predstavujú variácie trvalo udržateľných stratégií obživy, biologická transformácia zobrazuje proces zmeny, ktorý sa týka celého výrobného priemyslu.

Vychádzajúc zo všeobecnej definície uvedenej v [1] a z prístupu navrhnutého v [2], biologická transformácia hodnotovo-aditívnych systémov sa môže vyskytnúť v rôznych formách od bioinšpirácie po biointerakciu. Najpokročilejšia etapa biointeligentnej výroby, v ktorej interagujú biosféry a technosféry (pozri 1. časť seriálu, časť Holistický pohľad…, pozn. red.), sa považuje za oblasť s najvyššou transformačnou schopnosťou. Opäť však chýba spoločné porozumenie vo všetkých výrobných procesoch a v rôznych priemyselných odvetviach. Aby sme umožnili spoločné pochopenie a prenos know-how biointeligentnej výroby, navrhujeme klasifikáciu procesov pozdĺž dvoch osí, ako je znázornené na obr. 3. Horizontálna os rozlišuje medzi fyzičnom a riadením/reguláciou (inteligencia) a zvislá os rozlišuje medzi umelým/nebiologickým a biologickým. V porovnaní s obr. 1 (pozri ATP Journal 10/2023, pozn. red.) táto klasifikácia následne rozlišuje nielen vo fyzickom aspekte medzi technickým a biologickým, ale aj v riadiacom/informačnom/rozhodovacom aspekte. Táto diferenciácia berie do úvahy rýchly rozvoj riadenia/využívania biologických informačných systémov v posledných rokoch.

Štyri výsledné kvadranty klasifikujú kontextové oblasti:

  • biologický proces definovaný biologickými a fyzikálnymi smermi na identifikáciu fyzikálnych biologických procesov;
  • biologické riadenie definované biologickou a informačnou inteligenciou predstavuje myseľ/riadenie živých organizmov, a teda biologických procesov schopných realizovať riadenie alebo dokonca tvoriť nápady a koncepty vedúce k rozhodnutiam;
  • umelé riadenie definované pojmami informácia/inteligencia predstavuje, ako funguje umelý/technický svet prostredníctvom riadenia, modelov, konceptov vedúcich k rozhodnutiam;
  • umelý proces definovaný pojmami umelé a fyzické reprezentuje umelé procesy, ktoré interagujú vo fyzickom svete a s fyzikálnymi zákonmi, ktoré ho riadia.

Zatiaľ čo bioinšpiráciu alebo integráciu možno realizovať funkciami iba z dvoch kvadrantov, biointeligentná výroba, ako je všeobecne definovaná v tomto dokumente, využíva a dáva do interakcie aspoň tri z týchto štyroch kontextových oblastí.

Literatúra

[1] Byrne, G. – Dimitrov, D. – Monostori, L. – Teti, R. – Houten, F. van – Wertheim, R.: Biologicalisation: Biological transformation in manufacturing. In: CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 2018, 21, s. 1 – 32. Dostupné tu. 

[2] Miehe, R. – Bauernhansl, T. – Schwarz, O. – Traube, A. – Lorenzoni, A. – Waltersmann, L. – Full, J. – Horbelt, J. – Sauer, A.: The biological transformation of the manufacturing industry – envisioning biointelligent value adding. In: Procedia CIRP, 2018, Vol. 72, p. 739 – 743. ISSN 2212-8271. Dostupné tu. 

[3] Sanchez, C. – Arribart, H – Giraud, G. M. M. (2005). Biomimetism and bioinspiration as tools for the design of innovative materials and systems. In: Nature Materials, 2005, 4 (4), p. 277 – 288. DOI: 10.1038/nmat1339. PMID 15875305.

[4] Whitesides, G. M.: Bioinspiration: something for everyone. In: Interface Focus, 2015, 5 (4). DOI: 10.1098/rsfs.2015.0031.

Zdroj: Biointelligent Manufacturing, Definitions, International Status, Potentials for Europe and Recommendations. [online]. Prehľadová správa. ManuFUTURE sub-platform Biointelligent Manufacturing (BIM). 

-tog-