Vzorec pokroku je na světě

Do jakých technologií se vyplatí investovat, poradí matematická rovnice

Komu by se nelíbilo, kdyby si mohl dopředu spočítat, jak zbytečně nemrhat silami? Zvlášť v případě otázky investic do vývoje nových technologií by mohli podobný výpočet vyvažovat zlatem investoři, firmy, vědci i vlády. Výzkumníci z Technologického institutu v Massachusetts (MIT), zřejmě na oslavu 150 let existence svého ústavu, poskytli řešení zdarma. „Naše teorie ukazuje, nakolik struktura technologie ovlivňuje rychlost vývoje,“ vysvětluje Jessica Tranciková z divize inženýrských systémů MIT.
Studie uveřejněná v listu Proceedings of the National Academy of Sciences, jejíž je spoluautorkou, konečně dává odpověď i těm nejzarytějším zastáncům teorie „proč něco dělat jednoduše, když to jde složitě“. Ve zkratce řečeno totiž dokazuje, že čím je technologie složitější, tím je její rozvoj v budoucnu pomalejší.

V jednoduchosti je síla

Ačkoli je teorie výzkumníků z MIT určena především k vymezení směru vývoje technologických inovací, použít se dá ve více oblastech. Základ výpočtu totiž vychází ze vztahu zkušeností a výkonu – například i v případě zdokonalování lidských schopností. „Studie nastiňuje dlouho očekávanou teorii, která by mohla vysvětlit, proč se tempo lidského učení tak výrazně liší mezi technologiemi. Nabízí zajímavé vysvětlení zkoumáním složitosti technologií a chytře se zaměřuje na složitost designu,“ komentuje výzkum MIT Koen Frenken z Eindhovenské univerzity.
Těžko se vysvětluje, proč se některé vynálezy zaseknou na mrtvém bodě, zatímco jiné se vyvíjejí rychleji, než se množí králíci. Tým Trancikové nicméně nenabízí zrovna nejjednodušší odpověď, ani když se odhlédne od matematického zápisu. Podle teorie totiž lze každou technologii rozložit na určitý počet součástek a každá z nich je spojena s dalšími komponenty. K vývoji technologie podle výzkumníků z MIT dochází v podstatě metodou pokus-omyl, přičemž každý krok mění náklady na každou součástku ve vztahu k ostatním. Inovace je pak považována za úspěšnou, pokud se sníží cena všech součástek. Nezáleží tedy jen na nákladech na jednotlivé komponenty, ještě důležitější je způsob jejich propojení.
Pokud je design vynálezu příliš složitý, nejenže se jeho další vývoj prodražuje, ale zároveň se stvořitelé vystavují nebezpečí nárazu na překážku. Stačí totiž jedna „špatná“ součástka chycená v komplikované pavučině mnoha propojení a její náhrada bude opravdu nákladná. Svým vzorcem tak mohou výzkumníci z MIT napomoci plynulejšímu vývoji. „Důsledkem pro firmy i pro politiky by mělo být nejen nasměrování výzkumu a vývoje na nové technologie, ale i na zjednodušení těch existujících,“ dodává Frenken.

Vyvíjet, či nevyvíjet

Inspirací pro matematické vyjádření pokroku bylo pro tým z MIT široké rozpětí technologií souvisejících s energetikou. Ty se pohybují od miniaturních tranzistorů až po masivy uhelných elektráren. Ačkoli se spousta lidí kloní, ať už kvůli emocím nebo daňovým výhodám, k obnovitelným zdrojům, zejména k solárním elektrárnám, pro jejich opravdové porovnání dodává Tranciková s kolegy vědecký výpočet. Věří si v tom, že by jejich model mohl pomoci při politickém rozhodování pro postupy na zmírnění klimatických změn. Už se například podívali i na 125letou historii uhelných elektráren a zdá se, že jim zrovna příliš nefandí.
„Zatímco náklady na konstrukci elektráren se pohybují v dlouhodobých trendech – klesaly od roku 1902 do roku 1970, pak do roku 1990 rostly a od té doby se stabilizovaly – cena uhlí neustále více či méně kolísá. Nejisté náklady na budoucnost uhelných elektráren se tak odvíjejí od měnící se ceny uhlí,“ uzavírají v textu pro magazín Energy Policy.
Zdá se, že Tranciková věří především solárnímu směru vývoje energetiky, o němž sama mimo jiné i přednáší. Nevidí to ale nijak jednoduše. Podle ní by se vžitá „solární“ kategorie měla důsledněji rozdělovat: například na fotovoltaické panely a solárně-termální elektrárny, každý z přístupů totiž využívá různé technologie, má odlišné náklady i možnosti umístění. Tady by opět mohl pomoci matematický model pokroku, neboť tým z MIT tvrdí, že se zatím nejlépe hodí pro porovnání podobných technologií s různými komponenty.
„Analýza umožní zaměřit se na technologie, které nejenže budou lépe fungovat nyní, ale navíc budou předmětem rapidního vývoje v budoucnu,“ dodává Tranciková, která se s kolegy nyní věnuje ověřování rovnice na empirických datech mnoha rozdílných inovací.

Pozor na zelenou

Ačkoli Jessica Tranciková zatím nestihla modelem pokroku porovnat všechny energetické zdroje, její kolegové z MIT naštěstí netráví veškerý svůj čas oslavami 150. výročí založení ústavu. Mohli se tak vedle solárních elektráren podívat na jeden z dalších oblíbených ekologických zdrojů – biopaliva.
„Zjistili jsme, že některé z velmi slibných technologií mohou nakonec vést k vysokým emisím, pokud se neprovádějí správně. Nedá se říci, že nějaká biopaliva jsou dobrá a jiná špatná, ale záleží na tom, jak se produkují a zpracovávají, což se zatím v debatách opomíjelo,“ přiblížil James Hileman z oddělení letectví a kosmonautiky na MIT.
Ve studii, kterou zveřejnil žurnál Environmental Science and Technology, Hileman prostudoval produkci oxidu uhličitého během životního cyklu čtrnácti druhů paliva a ukázal, že přípona „bio“ vždy neznamená „zelený“. Aerolinky jako Lufthansa, Virgin Atlantic či Continental se k nim mohou stále více uchylovat, ale nemusejí tím do budoucna dělat životnímu prostředí velkou službu.
I když Hileman s kolegy přímo nepoužil matematický model pokroku, jeho postup se mu velmi podobá, pokud si za komponenty technologie člověk dosadí okolnosti související s výrobou materiálů pro pohonné hmoty a jejich vzájemné vztahy. Tajemství Hilemanova přístupu souvisí totiž s důrazem na životní cyklus zdrojů paliva – do něho se kromě emisí vznikajících například během letu letadel počítá i produkce oxidu uhličitého během výroby a dopravy paliva. Stejně jako vzniká při těžbě ropy, objevuje se kvůli strojům i při sázení, sklízení, zpracování a převozu „zeleného benzinu“. Tomu navíc může uškodit kácení lesů, na jejichž místo přijdou olejové palmy. Pokud jsou vysazeny na čerstvě odlesněné půdě, je výsledkem pětapadesátinásobek produkce oxidu uhličitého oproti ostatním biopalivům. Když se pak pěstují bez ohledu na celkový dopad jejich produkce, jsou s ohledem na oxid dusíku desetinásobně škodlivější než běžná fosilní paliva.
Podle Hilemana většina z opravdu „zelených“ biopaliv nepotřebuje pro mateřskou rostlinu odlesněnou půdu a užitečné jsou i jejich vedlejší produkty. Jedním z nich jsou sukulenty jatrofa, které prospívají na chudých půdách a v suchých oblastech. Na každý kilogram oleje potřebného pro biopaliva tyto keře vyprodukují až 3,6 kilogramu drtě, skořápek a lusků, které mohou pomoci zúrodnění půdy, zabránit její erozi a sloužit jako potrava pro zvířata či jako palivo pro výrobu tepla nebo elektřiny.
Výzkumníci z Technologického institutu v Massachusetts se ovšem neomezují na příspěvky do debaty o budoucnosti obnovitelných zdrojů a teorie pokroku. Lze-li usuzovat z jejich stopadesátileté tradice inovací, máme se na co těšit. Nezbývá než doufat, že budoucnost podle jejich studií nedopadne jako chmurná sci-fi Minority Report. V ní použité stroje a vynálezy totiž režiséru Stevenovi Spielbergovi poradil též absolvent MIT z roku 1988 John Underkoffler.