Alger er en samlebetegnelse på svært ulike organismer som har det til felles at de har fotosyntese og lever i fuktige miljøer. Flercellede alger kalles makroalger og omfatter blant annet tang og tare.

De fleste algene er imidlertid encellede og kan bare sees i mikroskop, og disse omtales som mikroalger eller planteplankton.

– Omega-3-fettsyrene vi får fra fisk, har fisken fått ved å spise for eksempel små krepsdyr – som på sin side har fått dem gjennom å beite på mikroalger, sier SINTEF-forsker Andreas Hagemann.

Nå står han i et laboratorium på Brattørkaia i Trondheim ved siden av noe som ser ut som kan minne om et lysende reklameskilt. Det er det ikke. Dette er små lyspanel dekket av lysdioder.

– Helt konkret jobber vi blant annet med å framstille råstoff til biodrivstoff, kosmetikk, helsekost eller fôringredienser som kan erstatte fiskeolje i fiskefôret, sier Hagemann.

Ved siden av bobler det i fire små glasskolber. Innholdet ser ut som gulgrønn smoothie. Dette er grønnalger av typen Haematococcus pluvialis som nå formerer seg. Boblene er der for å skape sirkulasjon, slik at alle algene får sin del av lyset.

– Man skal ikke langt inn i kolben før lysmengden reduseres betraktelig, forklarer Hagemann, som er iført labbriller med solbrilleglass.

Selv om lyset ikke er farlig for det menneskelige øye, kan det være anstrengende å jobbe i et så sterkt lys over tid.

Levende fabrikk

Det han har foran seg er altså en liten algefabrikk som kan produsere en rekke forskjellige næringsstoffer takket være mulighetene de små lysdiodene kan gi.

– Det har lenge vært kjent at mikroorganismer som bruker lysenergi til å lage kjemisk energi, responderer forskjellig ut fra hvilken type lys og hvilken mengde lys de eksponeres for, forklarer forskeren.

Og det er her LED-teknologien gjør sitt inntog: Den kan styres mye mer nøyaktig enn andre typer lyskilder. Gjennom å skreddersy lysets spektrum, intensitet og belysningsperiode, kan forskerne påvirke algenes produksjon av interessante forbindelser.

– For eksempel kan vi belyse algen slik at den stresses og få den til å produsere et smart stoff fordi den må beskytte seg mot stresset, forklarer Hagemann, som jobber på SINTEFs avdeling for marin ressursteknologi.

– Teknologien kan derfor gi oss ulike råvarer om kan brukes til alt fra medisiner til drivstoff. 

Lyset fra Trysil

Akkurat nå tester SINTEF-forskere hvordan lysintensiteten fra LED-dioder med ulike lysspektrum påvirker ulike encellede organismene i denne laben. Målet er å få dem til å produsere fettsyren EPA og antioksidanten astaxanthin – ettertraktede stoffer for blant annet helsekostbransjen.

Det gjør de på oppdrag fra Evolys i Trysil, en bedrift som utvikler og produserer ulike former for belysning for både landbruk og havbruk. Å finne ut hvilke muligheter lys og ikke minst LED-teknologien gir når det gjelder å påvirke algenes «produksjonskapasitet», er et satsingsområde for bedriften.

– Mikroalger er en ny spennende industri, sier Evolys-gründer Kristoffer Lindbäck-Larsen.

Fra biodrivstoff til dyrefôr

Mulighetene er mange for denne nye næringen. Ved hjelp av mikroalger, vekstmedium som inneholder blant annet nitrogen og fosfor, karbondioksid og riktig type lys, kan man utvinne svært mange nyttige og verdifulle stoffer som det også er mangel på ellers.

– Dette er en liten næring i dag, men med globale briller på tror vi at den vil vokse raskt. Da skal vi være der med norsk kompetanse og norske produkter, sier Lindbäck-Larsen.

Lys er den absolutt viktigste faktoren.

– En liten justering av lyset kan bety forskjellen mellom suksess og fiasko, sier Lindbäck-Larsen. 

Høy motordur er ikke bare plagsomt, det kan også innebære en helserisiko for dem som tilbringer mye tid om bord i hurtigbåter.

Materialer som tradisjonelt brukes til støydemping er gjerne for tunge for slike båter – eller tar opp for mye av den begrensede plassen om bord – men nå mener norske forskere å ha funnet en god løsning på problemet.

– Vi har utviklet et nytt materiale som er skreddersydd for støydemping i hurtiggående fartøy. Materialet er både lett og tynt, og vi har påvist svært god støydempende effekt, sier Alf Egil Jensen i Fredrikstad-bedriften Fireco. Han har ledet et nylig avsluttet forskingsprosjekt støttet av Oslofjordfondet.

Oppfinnelsen Jensen viser til, er en såkalt fononisk kompositt der flere materialer er kombinert for å gi spesielle støydempende effekter.

– Kort fortalt er nyskapningen en tynn matte av gummi der det er støpt inn flere 1000 små ståldisker – omtrent som bitte små tiøringer – per kvadratmeter, sier han.

Matta er testet ut på et av Sjøforsvarets hurtiggående fartøy, en kystkorvett som kanskje best kan beskrives som en mellomting mellom en katamaran og en luftputebåt.

– Resultatene var svært gode. Matta ble lagt rett på dørken og fjernet 60–70 prosent av den opprinnelige støyen som kommer via dørken på fartøyet, sier Jensen.

Fra lyd til bevegelse og varme

Den som fulgte med i naturfagtimene på skolen, husker kanskje termodynamikkens første lov: Energi kan ikke oppstå eller tilintetgjøres, bare skifte form. Dette såkalte energiprinsippet kan være greit å ha i bakhodet når man skal forstå hvordan matta virker.

Lyd er i fysisk forstand ikke noe annet enn energi som beveger seg i bølger. Når slike lydbølger fra en motor eller et maskinrom treffer matta til Jensen & kompani, fortsetter de ikke igjennom, men setter derimot de små metallskivene i bevegelse. Det skaper friksjon, som skaper varme, og til slutt «forsvinner» lyden rett og slett i form av et varmetap fra matta.

Noen stor temperaturøkning er det for øvrig ikke snakk om: – Du brenner deg definitivt ikke på føttene, forsikrer Jensen.

Representerer ny tenkning på feltet

Hvis du nå tror at det bare er å støpe stål inn i gummi uten noe mer om og men, tar du imidlertid grundig feil.

Å lage effektive fononiske materialer krever stor innsikt i hvordan lydbølger på ulike frekvenser beveger seg og i hvordan de oppfører seg i møte med ulike materialer. Derfor har Fireco samarbeidet tett med Litian Wang, professor i materialteknologi ved Høgskolen i Østfold.

– Utgangspunktet har vært en teoretisk modell og et patent på et nytt fononisk materiale utviklet her hos oss, sier Wang, som mener prosjektet innebærer helt ny tekning i måten man konstruerer lyddempende materialer på:

– Hvis du bruker bare en stålplate eller en gummimatte eller en hønsenetting, oppnår du ingen effekt. Men ved å lage et todimensjonalt gitter av stålelementer i en gummibase, oppnår vi den støydempingen vi er ute etter.

Fanger bølger på bestemte frekvenser

Wang forteller at det er gjennomført et utall tester, først i form av mindre laboratorieeksperimenter, etter hvert også i tilnærmet industriell skala. Det er nemlig ikke lite som skal klaffe for å holde motorstøyen på matta.

– Både utformingen av metallskivene, vinklingen og den periodiske variasjonen – altså mønsteret eller oppbyggingen vi bruker når vi støper skivene inn i gummien – må være svært presis og innrettet mot å fange opp lydbølger i et bestemt frekvensområde, sier Wang.

Matta vi her snakker om er designet for å fange opp lydbølger i et ganske bredt frekvensspekter – fra 200 Hz til 3 kHz.

– Hadde vi brukt andre metaller eller en annen tykkelse på gummien, kunne vi siktet oss mer presist inn mot et smalere frekvensspekter og fjernet mer av støyen der, men vi ønsket oss et materiale som favnet ganske vidt, sier Jensen.

– Nå fjerner matta mye av det vi opplever som ubehagelig lyd, støy som oppleves forstyrrende i en samtale.

Fleksibelt materiale

Ifølge Jensen gir ikke matta bare optimal støydemping per vektenhet. Den har også mange andre fordeler.

– Det finnes porøse materialer, for eksempel mineralull som er lettere, men disse må legges mye tjukkere og tar derfor mer plass. Dessuten er de så myke at det må legges et stivt slitebelegg oppå, og da går vinninga opp i spinninga. Matta vår er så slitesterk at du kan legge den rett på dørken og gå på den, sier han.

Hardere og stivere materialer vil i del fleste tilfeller være uegnet for hurtiggående fartøy på grunn av vekten, og det å få dem på plass vil også være en omstendelig prosess.

– Siden basen er av gummi, er matta svært fleksibel. Underlaget trenger ikke være plant. Matta kan brukes til å dekke en hvilken som helst geometrisk form. Den kan skjæres til for hånd og den kan brukes både i nybygg og i eksisterende fartøy.

Matta er patentert i Norge og en internasjonal patentsøknad er under behandling.

– I dag tror jeg ikke du finner et annet materiale som har bedre støydemping per vektenhet. Derfor vil denne matta virkelig komme til sin rett i fartøy der det er viktig å holde vekten lav av hensyn til farten og drivstofforbruket, mener Jensen.

I første omgang sikter oppfinnerne mot et norsk marked og hurtiggående båter som passasjerferjer, marinefartøy, daycruisere med utenbords motor og lignende.

– På sikt ligger det i kortene at vi ønsker å satse større. Vi tror også at matta kan anvendes i biler, tog og fly med godt resultat, og vi er svært interessert i å komme i kontakt med miljøer som ser for seg andre bruksområder enn de vi så langt har testet ut, sier Jensen.

To fotballspillere braser sammen i en hodeduell og den ene blir i liggende på banen. Hvor hardt skadet er han? Kan han kanskje fortsette å spille?

Fra sidelinjen rykker det medisinske støtteapparatet ut og plasserer varsomt en hjelm på hodet til den skadde. Kort tid etter bæres han ut. Det er konstatert hjernerystelse og behov for absolutt ro.

– Høyt betalte spillere kjenner presset og går kanskje ut på banen igjen. Men hjernerystelse er viktig å ta hensyn til. Man må gi tid til rekonvalesens hvis man ønsker å bli rask klar til nye kamper, sier seniorforsker Frode Strisland ved SINTEF.

EEG-målinger på stedet

Den norske bedriften Smartbrain, som jobber med elektroencefalografi (EEG), hadde en tanke om å lage en løsning som kunne være bærbar og som kunne indikere hjernerystelse raskt, slik at behandlingen kunne tilpasses helt fra starten.

Med en patentert idé for en ny måte å gjøre EEG-målinger på, tok bedriften initiativ til et forskningsprosjekt som akkurat nå er avsluttet.

– Det spesielle med systemet vårt er muligheten for å gjøre EEG-målinger raskt. Diagnostikken og utfallet for mange pasientgrupper innen akuttmedisin kan bedres, spesielt ved hodetraumer eller slag, sier Haldor Sjåheim i Smartbrain.

– I dag vet man ikke status før langt ut i forløpet – når pasienten har ankommet på sykehuset. Senskader og lang rekonvalesenstid kan bli resultatet.

Studenter fra Arkitekt- og Designskolen i Oslo har jobbet med ergonomi på hjelmen, hvordan man kan sette på systemet i ambulanser og i nødssituasjoner. Ambulansepersonell ved Legevakten i Oslo har deltatt i arbeidet, var positive til nyvinningen og mente at den kunne ha løst flere utfordringer.

Stimuleringssystem

Også professorene A. Aantal og Walter Paulus ved Göttingen universitetssykehus har vært med. Begge forsker på såkalt transkraniell elektrisk stimulering – en ny form for nevrostimulering for å behandle ulike kliniske tilstander og regulere hjerneaktivitet.

Ved hjelp av 32 elektroder er det nemlig mulig å dempe eller stimulere aktivitet i hjernen ved hjelp av svak elektrisk stimulering. Dette kan være for eksempel til hjelp ved tilstander som depresjon, tinnitus, migrene eller taleforstyrrelse etter slag.

Store dimensjoner

Frode Strisland viser fram prototypen som er utviklet i prosjektet; en stor hjelm på 4,5 kilo som kan gi assosiasjoner til Star Wars. Dette er imidlertid typisk for en første prototype.

– Vi må ha store dimensjoner og mer materiale å jobbe med i en utviklings- og testfase, men erfaringene tilsier at det er mulig å gjøre systemet både lett og portabelt, sier Strisland.

SINTEF-forskere har stått for instrumenteringssystemet og all elektronikken i hjelmen.

Raskt og helautomatisk

EEG handler om at elektroder plasseres på hodet for å måle de elektriske signalene fra hjernen. EEG-målinger har tradisjonelt krevd mye tid og forarbeid for å få gode nok signaler.

Først settes en hette med for eksempel 19 elektroder på hodet til pasienten. Så sprøytes en elektrisk ledende gel inn i hvert av elektrodepunktene for å skape god elektrisk kontakt. Etter målingen kreves det etterarbeid med rengjøring av elektrodekontaktene for å unngå at gelen etser dem i stykker og begrenser levetiden.

Også signaltolkingen er krevende og kan stort sett bare gjøres av sykehusleger med spesialkunnskap.

Smartbrain har fokusert på å utvikle et system som kan gjøre montasjen raskt og helautomatisk. Inne i hjelmen er det en elastisk membran som gir et jevnt trykk mot hele hodebunnen. Når man skaper et undertrykk inne i hjelmen, vil membranen blåses opp så den kan plasseres på pasientens hode.

Deretter frigjøres kontaktskapende elektrode-gel automatisk slik at elektrisk kontakt er på plass og målinger kan startes i løpet av ett minutt.

Sammenlignes med en mal

For å vurdere om pasienten har fått skader, blir resultatet sammenlignet med en database over typiske signaler som oppstår hos personer med hodeskader. Systemet beregner deretter en score for hvor sannsynlig det er at pasienten har fått en hodeskade.

Siden systemet er helautomatisert, vil det være mulig for ambulansepersonell å bruke systemet uten hjelp fra andre. Målingene vil overføres via telenettet til sykehus slik at det også er mulig for EEG-ekspertise på sykehus å vurdere pasienten og ta eventuelle beslutninger om behandlinger.

– Bare det å få 19 elektroder til automatisk å koble seg til ulike hodeformer er utfordrende, sier Frode Strisland.

– For å kunne brukes i ambulanser og på skadested må hjelmen tåle røff behandling og kunne fungere i all slags vær. EEG-signalene vi måler er svake mikrovoltsignaler, og disse må tolkes presist for at pasient og helsepersonell kan være sikker på at konklusjonene blir riktige, sier han.

Framover

Bedrift som har deltatt i prosjektet, vurderer nå å utvikle hjelmen videre i fellesskap, men vil også utnytte kunnskapen og resultatene av arbeidet til å forbedre sine egne produkter og tjenester for blant annet industriell design, produksjon og distribusjon.

Haldor Sjåheim i Smartbrain forteller at status nå er at bedriften jobber på flere områder – siden teknologien er universell.

– Vi vil gå videre med den medisinske siden, men også se på muligheter på for eksempel gaming-markedet, sier han.

Den er raskere en Porsche 918 Spyder. Den er raskere enn Bugatti Chiron. Den er raskere enn Formel 1-biler.

Den eneste bilen som kan slå NTNU-studentenes nye elektriske racerbil Gnist, er en tysk elektrisk racerbil – også laget av studenter.

GreenTeam Uni Stuttgart klarte null til hundre på 1,779 sekunder sommeren 2015, ifølge nettstedet til Guinness World Records.

– Vi har store ambisjoner om å slå dem, sier kommunikasjonsansvarlig Paul Huynh ifølge en pressemelding fra NTNU Revolve.

Ny bil på åtte måneder

Revolve er et prosjekt der NTNU-studenter håndplukkes for å bygge en racerbil fra bunnen av i løpet av åtte måneder.

– Vi velger folk som kan arbeide sammen, som er villige til å jobbe hardt. Læringsutbyttet er enormt, sier teknisk leder Eirik Johannes Larsen til forskning.no.

Motor i hvert hjul

Han forteller at årets bil – den femte i serien av Revolve-biler – er den mest høyteknologiske som NTNU-studentene noensinne har bygget.

– Hele bilen er redesignet for firehjulsdrift med elmotor i hvert hjul. De tidligere modellene hadde bare en motor, forteller Larsen.

Elmotor i hvert hjul stiller store krav til elektronisk styring. Dette har studentene arbeidet mye med.

– Vi har mange sensorer som registrerer alt fra utslag på støtdempere til optiske instrumenter som måler farten direkte mot bakken under, sier Larsen.

– Disse dataene spyttes så inn i dataprogrammet som regner ut best mulig kraft på hvert hjul, fortsetter han.

Krappere svinger og mindre forbruk

Fordelen er god kontroll i alle situasjoner. Innerhjulene kan for eksempel bremse i en sving, slik at bilen kan gjøre mye krappere svinger.

Motor i hvert hjul gir også muligheten til å hente bremseenergi til batteriladning – det som kalles regenerative bremser – uavhengig på hvert hjul.

Uten drivaksling spares enda mer energi. Det eneste som er mellom motor og hjul, er et gir med fast utveksling – også utviklet av studentene.

Tyner hvert gram

Gnist er likevel ikke bygget for maksimal rekkevidde. Snarere tvert imot. Bilen skal klare å fullføre et baneløp på 22 kilometer. Her er batterivekt ofret for maksimal akselerasjonsevne.

Den svenske sportsbilen Koenigsegg One:1 har ifølge firmaets egne nettsider en effekt på en hestekraft per kilo bil, målt med full bensintank. Gnist matcher dette med rundt sju prosent mer.

– Vi har tynt hvert gram vekt der vi kan. Vi velger karbonfiber framfor aluminium, forteller Larsen.

Ingen Tesla

Så veier også Gnist bare 175 kilo. Bilen er altså ingen Tesla. Deres modell S veier til sammenligning 2108 kilo, ifølge nettsidene til Tesla Motors.

Den aller raskeste modell S klarer likevel å akselerere fra null til hundre kilometer i timen på 2,8 sekunder, ifølge nettsidene til Tesla Motors.

Modell S har også firehjulsdrift, men ikke individuelt på hvert hjul. En motor driver framhjulene og en annen bakhjulene.

Langt foran kjøpebiler

De tekniske løsningene i Gnist er ennå langt fra produksjonsbåndet til elbiler du kan kjøpe i bilforretningen.

– Vi har bygget en demonstrator for avanserte teknologier, understreker Larsen.

Den tøffeste konkurransen

Til sommeren skal Gnist ut i verden og konkurrere på Formel 1-racerbaner. I noen av løpene vil den konkurrere bare mot andre elbiler. I Storbritannia får den også prøve seg mot bensindrevne studentbiler.

Konkurransene handler ikke bare om å komme først i mål eller om energieffektivitet. Også ingeniørdesign er viktig når bilen skal bedømmes.

– Dommerne er veldig kompetente folk. De spør og spør om alt mulig. Hvorfor har du gjort dette valget, hvorfor har du valgt en slik motor, et slikt hjuloppheng, et slikt batteri …

– De spør til du ikke kan svare lenger. De gjør alt de kan for å stikke hull på designet ditt. Likevel kom vi på tredjeplass sist sommer under konkurransen i Storbritannia, forteller Larsen.

– Gnist er den råeste bilen vi noensinne har laget. Jeg gleder meg enormt til å prøve den ut, sier han.

Lenke:

Magasin fra NTNU som presenterer Revolve-prosjektet, i elektronisk form

Det forekom en del faktafeil og unøyaktigheter i forsker Odd-Gunnar Wikmarks kronikk publisert på forskning.no 28. april. Derfor er det nødvendig å korrigere og imøtegå deler av kronikken.

Trygg å spise

Hovedpoenget til Wikmark er at en type genmodifisert mais (GMO-mais), som nettopp ble godkjent av Klima- og miljødepartementet, kan føre til en ekstrakostnad for norske skattebetalere fordi vi må «sikre at vi vet hva vi spiser og at vi ikke tar skade av å spise den genmodifiserte maisen».

Men mais av den typen han nevner, type 1507, er grundig risikovurdert av European Food Safety Authority i EU, og av Vitenskapskomiteen for mattrygghet i Norge. Og begge har konkludert med at maisen er like trygg som annen mais.

Det er derfor en udokumentert og urimelig påstand å snakke om at vi kan ta skade av å spise den.

Helsefarlige sprøytemidler?

Dersom Wikmark er bekymret for helseskader knyttet spesifikt til forekomst av et bestemt sprøytemiddel som blir brukt under dyrkingen, så bør han presisere det. En slik bekymring må dessuten gjelde en rekke ulike sprøytemidler og bør være uavhengig av om de kommer med GMO eller ikke. Da bør han heller argumentere for mer sprøytemiddeltesting, ikke forbud mot GMO som også kan være fri for sprøytemiddel.

Veterinærinstituttet er Norges nasjonale laboratorium for GMO i mat og fôr, og er ansvarlige for at det finnes analysemetoder til å kontrollere GMO-innholdet.

En GMO kan ikke bli godkjent i EU uten at produsenten både utvikler og betaler for en pålitelig analysemetode først. Det er derfor ingen problemer med metoder for påvisning av EU-godkjent GMO.

Kostnaden i denne sammenheng er det GMO-produsenten og ikke skattebetalerne som må ta.

• Les også: Hvor unaturlig er genteknologi?

Mattilsynet betaler

Det er Mattilsynet som er ansvarlige for å ta ut prøver og fatte vedtak om hva som bør gjøres når de finner ulovlig GMO, noe som tydelig kommer fram i årlige fellesrapporter som ligger åpent tilgjengelige på både Mattilsynets og Veterinærinstituttets nettsider.

Mattilsynet betaler for analysene i henhold til kontrakt med Veterinærinstituttet. Wikmark spekulerer i at Veterinærinstituttets midler er avgjørende for hvor mye testing som blir gjort. Det kan vi avkrefte. Det er Mattilsynets budsjetter og prioriteringer som avgjør omfanget.

Tolker tallene feil

Wikmark bruker tall som han sannsynligvis har hentet fra siste publiserte rapport, men tolker dem på sin egen måte når han påstår at «drøyt halvparten» av maisprøvene undersøkt i 2014 var positive for ulovlig GM-mais. For det første er 17 av 46 knapt, og ikke drøyt, halvparten.

For det andre framgår det av rapporten for 2014 at det ble funnet ulovlig GMO-mais i tre av de 46 prøvene, og at disse tre næringsmiddelpartiene er fjernet fra butikkene.

De resterende 14 påvisningene er spormengder som ikke er ulovlige i Norge. Vi skriver i rapporten at det gjøres et risikobasert prøveuttak for næringsmidler. Det gjør at det anses som mer sannsynlig å gjøre funn i prøvene som tas ut, enn om prøvene ble tatt ut tilfeldig. Resultatene samsvarer godt med funn i tidligere år.

Forbrukere vil bli informert

Hvis 1507 mais godkjennes i næringsmidler i Norge vil det utløse krav om merking for å ivareta forbrukernes valgfrihet. Næringsmiddelprodusentene kan da velge å bruke mye ressurser på å teste. Det gjør de allerede, blant annet for å unngå GMOer som ikke er godkjent i EU. Alternativet, som er relativt kostnadsfritt, er å begynne å merke produktene. Så lenge Norge ikke alltid gjør det samme som EU, kan importører risikere at produkter som er godkjent i EU likevel vil være forbudt i Norge og derfor måtte gjennomføre ekstra testing. Det er kanskje ikke så opplagt hva som gir størst utgift til testing?

Vi ønsker oss gode og saklige debatter om GMO i Norge. Et høyt presisjonsnivå fra eksperter er en forutsetning. Analysekostnader blir fort store, og bør stå i forhold til nytteeffekten. Når en GMO er godkjent er det blant annet på grunnlag av grundige risikovurderinger som viser at den ikke gir miljø- eller helseskade.

Da kan det finnes mer fornuftige ting å bruke mye penger på enn å jakte på akkurat denne GMOen. Vi har for eksempel flere ganger tatt til orde for å bruke mer ressurser på å utvikle metoder og lete etter GMO som ikke er godkjent i EU og ikke er tilstrekkelig risikovurdert. 

Mange vitenskapsdisipliner vokser sakte frem, ved hjelp av et stort antall bidragsytere. Informasjonsteori, derimot, ble skapt av én bemerkelsesverdig vitenskapsmann, universalgeniet Claude Elwood Shannon (1916-2001), gjennom en artikkel publisert i 1948. Der forandret han ikke bare metodene vi bruker for å overføre, lagre og analysere informasjon, men kanskje enda viktigere, måten vi tenker rundt begrepet informasjon.

Informasjonsteori er en gren av matematikken som gir det teoretiske grunnlaget for all digital kommunikasjon og datalagring. I første omgang er det lett å fokusere på digital kommunikasjon, men informasjonsteoriens prinsipper er fundamentale og kan sees på som naturlover som også gjelder alle andre former for kommunikasjon i rom og tid.

Preger alt fra internetthverdagen til sjonglering

I tillegg er det i de senere år vokst frem mange spennende alternative anvendelser av informasjonsteorien. Typer av informasjonsinnsamling som ikke tradisjonelt sees på som datakommunikasjon, som anbefalingsalgoritmen til Netflix, data mining eller medisinsk skanning (MRI), har informasjonsteoretiske resultater som vesentlige underliggende prinsipper. Universalgeniet som preger vår hverdag

Shannon definerte, på en elegant måte, entropi og informasjon som målbare størrelser.

I tillegg til å egenhendig starte fagfeltet informasjonsteori, er Shannon også kjent for banebrytende bidrag innenfor utviklingen av datakompresjon, datamaskiner, kryptografi, kretsteknikk, flyt i datanett, sjonglering (!!!) og han var også en av pionérene innenfor kunstig intelligens og menneske-maskin-interaksjon.

30. april i år feires hundreårsdagen for Shannons fødsel over hele verden, og i den anledning er det grunn til å stoppe opp litt og ta en kikk på hvordan Claude Shannon har bidratt til utviklingen av vår moderne verden.

Entropi er risikoen for at budskapet blir ødelagt

En informasjonskilde er noe som produserer tilfeldige informasjonssymboler.  Kilden kan være et myntkast. Til hvert myntkast hører det et resultat: Informasjonssymbolet er da resultatet av myntkastet, som har verdien kron eller mynt. Kilden kan også ære du, ved ditt tastatur, som skriver en tekst: I så fall er informasjonssymbolene bokstaver som i rasende fart dukker opp på skjermen din.

Shannon introduserte begrepet entropi for en informasjonskilde, målt i bit, som graden av usikkerhet om symboler som kommer ut av kilden. Dersom et slikt symbol kan anta to mulige verdier, 0 eller 1, hver med sannsynlighet ½,  er entropien av kilden én bit (fordi det trengs én bit for å fortelle hva verdien er.). Men hvis derimot én av verdiene forekommer med sannsynlighet 1, er det ingen usikkerhet rundt verdien, og entropien er null.

Hvis vi studerer sekvenser  av symboler som produseres av en informasjonskilde, ønsker vi gjerne  å komprimere disse sekvensene så mye som mulig, for å kunne lagre eller overføre sekvensene på en effektiv måte. Entropien til kilden gir en eksakt nedre grense for hvor mye man kan komprimere. Informasjonsteoretiske betraktninger  gir også grunnlag for algoritmer for tekstkompresjon, blant annet Ziv-Lempels algoritme som brukes i applikasjoner som zip. Tilsvarende kan bilder komprimeres med algoritmer som GIF eller JPEG.

Å gjøre seg så tydelig at støyen blir ufarlig

De fleste praktiske dataoverføringskanaler er utsatt for støy, som gjør at mottakeren med en viss sannsynlighet mottar noe som er annerledes enn det som ble sendt. Tale kan forstyrres av bråk, elektroniske signaler kan forstyrres av elektromagnetiske signaler, og Internettkommunikasjon kan endres ved at datapakker forsvinner på grunn av mye datatrafikk i nettet.

For å unngå feil og misforståelser som kan oppstå på grunn av slik støy, er det nødvendig å representere informasjon på en redundant måte. Ta myntkastet vi gjorde tidligere, som et eksempel. Når du skal fortelle meg om det ble kron eller mynt, må du klare å fortelle meg det. Hvis du skulle skrive det på en melding, kunne du skrevet det så enkelt som «kron» eller «mynt». Men hvis vi skal være veldig tydelige, eller redundante, kunne vi skrevet «KRONKRONKRON» eller «MYNTMYNTMYNT».

Da ville det vært mindre risiko for at støyen skulle ødelegge budskapet. En representasjon er redundant dersom den er mindre komprimert enn den strengt tatt trenger å være. Problemet med en veldig kompakt representasjon er at det er sårbart for støy, og hvis representasjonen blir bare litt forandret kan meningsinnholdet slik mottakeren oppfatter det bli dramatisk forskjellig.

Talespråk har utviklet seg til å bli naturlig redundant, det er derfor det er mulig å komprimere tekst. Denne redundansen beskytter mot feil: Fr ksmpl, hvs vkln fjrns r dt frmdls mlg ls tkstn (såvidt.)

Regnet ut hvor mye tydelighet som er nødvendig

Shannon viste hvor mye redundans som er nødvendig for å kommunisere over en gitt overføringskanal med en gitt mengde støy, og som en konsekvens, hvor høy datarate som er mulig å oppnå på denne kanalen.

For naturlige kommunikasjonskanaler som for eksempler naturlig talespråk, skriftspråk, signaler i nervesystemer i biologiske organismer, eller overføring av DNA fra generasjon til generasjon, er både fysiske overføringsmekanismer og den fysiske representasjonen av «signalene» forhåndsbestemt, og informasjonsteori kan brukes til å beskrive matematiske begrensninger på overføringskapasitet. For teknologiske overføringskanaler, som datakommunikasjon og datalagring, har man også mulighet til å optimalisere den fysiske representasjonen av signaler som sendes.

Kodeteori er en gren av informasjonsteori som beskriver hvordan disse signalene kan konstrueres for å få til en svært pålitelig og energisparende kommunikasjon med maksimal dataoverføringsrate over fysisk upålitelige kommunikasjonskanaler, og helst slik at man oppnår en ytelse så nær Shannons teoretiske grenser som mulig. Disse representasjonene kalles for feilkorrigerende koder.  Lignende teknikker kan brukes for å oppnå kommunikasjon som er sikker mot ondsinnete angrep, som avlytting og forstyrrelser.

Informasjonsteorien er overalt i dag

I dag, nesten 70 år etter starten, er informasjonsteori og assosierte fagområder som kodeteori og kryptografi store og viktige forskningsfelt med tusenvis av forskere på verdensbasis. Shannons etterfølgere har både utviklet og utvidet de teoretiske aspektene i faget, og har samtidig skapt nye teknologiske anvendelser innenfor alle tenkelige områder av sikker, effektiv, bærekraftig og rask datakommunikasjon, -lagring og -prosessering.

Alle interessante prosesser innenfor for eksempel biologi, samfunnsfag, og økonomi er knyttet til overføring av informasjon. Derfor er et informasjonsteoretisk perspektiv nyttig blant annet i molekylærbiologisk forskning. Resultater fra informasjons- og kodeteori har vært uunnværlige pådrivere i den digitale revolusjonen som har pågått de siste sytti årene, og det er all grunn til å tro at denne utviklingen vil fortsette og kanskje til og med akselerere.

På oppdrag fra Arbeidstilsynet har SINTEF utarbeidet en rapport som viser beregninger på hva dødsfall, skader, behandlinger ved legevakter og i spesialisthelsetjenesten, sykefravær, uførepensjon og tapt livskvalitet koster samfunnet hvert år. Alt relatert til jobb.

30 milliarder er den stipulerte summen.

63 prosent av de totale kostnadene utgjøres av tapte leveår og tapt livskvalitet som følge av sykdom og skader. De direkte kostnadene til behandling, uførepensjon og tapt produksjon utgjør 37 prosent, konkluderer forskerne.

Data fra enkeltundersøkelser

Siden det ikke finnes noen sammenhengende registrering over sykdom og skader ervervet på jobb, har forskerne måttet ty til enkeltundersøkelser og vurderinger.

– Vi har valgt å legge hovedvekten på de direkte kostnadene og kostnadene ved dødsfall og sykdom eller skade, sier SINTEF-forsker Karl-Gerhard Hem. – Vi har først og fremst brukt registerdata og dokumentanalyse.

– I tillegg har vi gjort intervjuer med personer og institusjoner som arbeider med helsestatistikk og arbeidsmiljø, sier kollega Tarald Rohde.

Arbeidstilsynet selv har for eksempel oversikt over dødsfall på arbeid. NAV over antall sykefravær. Norsk pasientregister over behandlingskostnader. Der det har vært mangelfulle registerdata, har forskerne vært nødt til å foreta sannsynlighetsberegninger, samtidig som de har støttet seg på annen forskning.

Noe av det viktigste de fant var et internasjonalt arbeid som pågår for å bøte på mangelen av data. WH’s Global burden of disease gir en beskrivelse av tapte leveår og tapt livskvalitet. Her sender åtti land inn statistikk.  

Nøktern beregning

Forskerne kom fram til et tall over hvor mange personer som rammes årlig, hvor mange år man har levd med skader og antall behandlinger – og satte prislappen 30 milliarder på dødsfall, sykdom og skader.

– Beregningen vår ligger lavere enn tilsvarende studier fra andre land vi har studert, sier Rohde.

– Finland kommer for eksempel fram til en kostnad som er ti ganger større enn vår, men da må det opplyses at de har tatt med kostnader ved tapt produksjon og alt av sykemeldinger – ikke bare sykemeldte i arbeid.

Han tror derfor vi er nærmere og har en riktigere metode for at Arbeidstilsynet kan sette inn krefter på å jobbe videre.

Dødsfall etter arbeidsskade

Tabeller fra Arbeidstilsynet viser at det skjedde 182 dødsfall knyttet til arbeid i landbasert arbeidsliv mellom 2011 og 2014. Det betyr 45,5 tilfeller per år.

Byggenæringen er på topp med 9,75 dødsfall per år. Så følger jord- og skogbruk med 7, transport og lagring med 5,75 og industri med 4,75. Men regnes dødsfall i forhold til hvor mange som jobber innen sektoren, kommer landbruket verst ut.

– Selv om 30 milliarder er et stort tall, er det spredt over flere enkelthendelser. Det er vanskelig å si at «her må man gå inn og foreta vurderinger».

Registrene har også informasjon om alderen til de omkomne – og dermed tapte leveår. Innenfor bygg og anlegg arbeider det gjennomgående yngre mennesker, og næringen ligger på topp med 402 tapte leveår som følge av dødsfall i perioden 2011–2014.

Arbeidsskader som ikke er dødelige, antas å utgjøre cirka 12 prosent av alle skadetilfellene, men her er usikkerheten stor siden det ikke eksisterer noen fullstendig nasjonal statistikk på området.

– Tabellene viser oss at de alvorligste skadene finnes i bygg- og anleggsbransjen, i industri og i jordbruk, skogbruk og fiske. Det handler om slag og støt på grunn av fall eller slag og støt på grunn av sammenstøt med en eller annen gjenstand, sier Hem.

Indikasjoner

Forskerne presiserer at det er en viss usikkerhet heftet til funnene som blir presentert i rapporten – rett og slett fordi en del områder mangler god statistikk. Usikkerheten i estimatene skyldes også at det ikke finnes noen eksakt definisjon på hva «arbeidsrelatert» er. 

Når det gjelder sykefravær, spiller for eksempel psykososiale forhold på jobb inn, men dette forholdet mangler pålitelige data.

– Vi har i stor grad støttet oss på data hentet fra den internasjonale databasen GBD som henter sykdomstall, yrkesaktivitet og skader som er tilgjengelig nasjonalt. Data for Norge er blant annet levert og kvalitetssikret av Folkehelseinstituttet, opplyser Hem.

Trass i all usikkerhet mener forskerne at analysene gir en indikasjon på hvilke forhold som bidrar til de høyeste kostnadene innenfor hver enkelt kostnadskategori. For eksempel er korsryggsmerter den største bidragsyteren til tapt livskvalitet som følge av arbeidsskader og sykdom, og klemulykker den største risikofaktoren knyttet til dødsfall på jobb som har de største samfunnsøkonomiske kostnadene.

Direktør Ingrid Finboe Svendsen i Arbeidstilsynet sier at det gjennomføres nærmere 18 000 tilsyn hvert år og at det er et stort potensial for å jobbe bedre med forebygging på norske arbeidsplasser.

– Mange bedrifter jobber godt og seriøst med å ivareta helsa og sikkerheten til sine ansatte, mens andre dessverre ikke har det mest elementære på plass, sier hun.

– Det er viktig å forebygge både akutte ulykker og belastninger og eksponering som over tid kan få alvorlige konsekvenser for arbeidstakernes helse. 

En versjon av denne teksten sto først på trykk i Nationen.

Miljødirektoratet konkluderer med at den genmodifiserte maisen, variant 1507, ikke er bedre enn de variantene vi allerede har.  Den vil faktisk medføre en ekstrakostnad for skattebetalerne for å sikre at vi vet hva vi spiser og at vi ikke tar skade av å spise den genmodifiserte maisen.

Likevel har de godkjent den.

«Vil medføre ekstra kostnader for samfunnet»

Den 6. april, etter 15 år med omfattende saksbehandling anbefalte Miljødirektoratet å tillate genmodifisert (GM) mais, variant 1507, til import, prosessering, fòr og mat i Norge.

I sin vurdering skriver Miljødirektoratet meget tydelig at å sikre forbrukerrettigheter ved innføring av GM maisen «vil medføre ekstra kostnader for samfunnet». Dette er likevel ikke tillagt vesentlig vekt i vurderingen av samfunnsnytte.  Det er uavklart hvor store kostnadene blir og hvem som skal betale disse.

Det er ikke Miljødirektoratet sin oppgave å si noe om hvem som skal betale, men de er meget tydelige på at det vil komme ekstrakostnader som en direkte følge av godkjenningen av den genmodifiserte maisen.

Disse kostnadene er knyttet til grunnleggende forbrukerrettigheter, som valgfrihet og rett til å vite hva du spiser, og kostnader for å hindre helseskader. Det kommer til å påløpe det norske samfunnet ekstra kostnader ved å tillate maisen, det skriver Miljødirektoratet selv i sin anbefaling.

Det hadde vært helt greit dersom denne maisen faktisk var til nytte for samfunnet. .

Ser ikke samfunnsnytten av GM-maisen

Miljødirektoratet har en noe overraskende konklusjon i sin oppsummering av samfunnsnytte. De skriver ”Miljødirektoratet anser at det per i dag ikke synes å være noe behov eller etterspørsel etter maislinje 1507, eller at maislinje 1507 løser et samfunnsproblem i Norge. Maislinje 1507 kan heller ikke sies å ha egenskaper som gjør den bedre egnet for forbrukerne i Norge enn annen mais”.

Likevel konkluderer de med at det «ikke foreligger negative forhold av en slik karakter knyttet til samfunnsnytten som tilsier at det bør nedlegges et forbud»

Kostnader ved testing av GMO

Selv om det gis tillatelse til omsetning av genmodifisert materiale, slik som den genmodifiserte maisen, kan man ikke blande det inn i andre produkter uten videre.

Dersom innholdet av tillatt GMO i ett produkt overskrider 0,9 prosent må dette merkes som genmodifisert materiale. Dette er noe produsentene av de aktuelle produktene selv skal gjøre, men det betyr også at det vil bli ekstra utgifter som en direkte følge av dette, fordi produktene må testes av kontrollorgan.

De som skal videreforedle i Norge må i tillegg ha egne prosesslinjer for produkter med genmodifisert materiale, og det må foreligge metoder som gjør at myndighetene kan etterprøve merkingen. Slike metoder finnes for maisen, og i Norge er det Veterinærinstituttet som i dag har ansvaret for å teste genmodifisert innhold i mat og fòr. Gjør de det? Svaret er selvsagt ja, men ikke i veldig stor grad.

Tok bare 46 prøver i hele 2014

I 2014 testet Veterinærinstituttet i alt 46 prøver som inneholdt mais i næringsmidler, fòr og såvarer. 46 prøver fra hele landet av alle tenkelig produkter med mais, i hele 2014.

De tester nok så mye de har midler til, men det kan ikke sies å være veldig mange. Når vi i tillegg vet at Veterinærinstituttet fikk redusert midlene sine med over 30 millioner kroner fra 2014 til 2016, så ser vi klart at vi neppe kan forvente oss mer testing uten at det skal koste mer. Av de 46 maisprøvene som ble testet i 2014 var drøyt halvparten (17) positive for ulovlig GM-mais.

Dette betyr at vi faktisk kan forvente oss mange positive prøver dersom vi tester mer.

Helsefarlig sprøytemiddel kan bli brukt

GM-maisen er laget for å tåle et sprøytemiddel (glufosinat-ammonium) som er forbudt i Norge fordi det er svært helseskadelig.

Men sprøytemiddelet kan brukes der det dyrkes mais 1507. Rent bortsett fra det betenkelige med å innføre maisen, og dermed stimulere til økt bruk av et sprøytemiddel som vi selv ikke vil bruke, så vil vi måtte sette i gang tiltak for å sikre oss mot rester av dette sprøytemiddelet ikke kommer med innførsel av den genmodifiserte maisen til Norge.

I 2014 sjekket Mattilsynet 1389 prøver for 330 virkestoffer fra plantevernmidler. Glufosinat-ammonium var ikke blant de som ble sjekket. Ved å godkjenne mais 1507 vil vi altså måtte kontrollere flere midler og langt flere produkt enn vi gjør i dag, og i de tilfellene der vi finner mais 1507, eller der den er merket på riktig måte, vil vi måtte undersøke om det finnes sprøytemiddelrester. Dette vil gjelde for alle prøver tatt for å sjekke prosessering, mat og fòr, ikke bare de rundt 50 som tilfeldig velges ut i stikkontroller.

Hvem skal betale for disse stikkprøvene og alt det andre som kommer med den genmodifiserte maisen, og hvorfor tar ikke Miljødirektoratet høyde for disse kostnadene i sin beregning av samfunnsnytte?

Mange lovpriser elektriske biler, men løsningene er lite energiøkonomiske. Bilene bruker store deler av energien sin til å frakte batteriene. Batteriene i de sagnomsuste Teslaene veier over et halvt tonn. Det er en fjerdedel av hele bilvekten.

Elektriske busser har også begynt å gjøre sitt inntog. For å spare mest mulig batterivekt, ser forskere for seg at disse bussene bare trenger batterikapasitet til å kjøre fra en holdeplass til neste.

– På hvert stopp kan batteriene lades hurtig opp igjen, forteller professor Ola Nilsen på Kjemisk institutt ved Universitetet i Oslo. Sammen med postdoktor Knut Bjarne Gandrud har Nilsen funnet frem til en flunkende ny løsning som gjør det mulig å lade opp batterier tusen ganger raskere enn i dag.

I første runde ser de for seg at batteriene deres kan brukes i fremtidens moderne betalingskort, som blir som en liten datamaskin.

– Batteriet kan lades opp på halvannet sekund, mens kortet leses i betalingsterminalen, uten at forbrukeren merker noe, forteller Nilsen.

• Les også: Nytt superbatteri på vei

Batteriets indre liv

For å skjønne hva forskerne har gjort, må du vite hvordan et batteri fungerer. Et batteri består av tre deler, og du kan likså godt lære deg de vanskelige ordene med én gang:katode, elektrolytt og anode.

Strømmen skapes når elektroner forflytter seg fra anoden til katoden. Samtidig vil det gå en strøm av ioner, som er positivt ladete atomer, direkte fra anoden til katoden via elektrolytten.

Hele poenget med elektrolytten er å kunne skille anoden fra katoden. Uten elektrolytten ville elektronene ha frest rett fra anoden til katoden uten at noen fikk glede av batteriet. Kluet er å lage en elektrolytt som er dårlig til å lede elektroner, men samtidig god til å lede ioner.

Når batteriet lades opp, transporteres ioner den omvendte veien, altså fra katoden til anoden.

Tryggere med fast stoff

I dag lages de tre batteridelene av flytende væsker. Det kan ha sine svakheter. De fleste væskebatterier kan lades opp bare 500 til 1000 ganger før effekten forringes.

– Med fast stoff vil levetiden kunne bli hundre ganger lengre.

Forskerne jobber nå med å bytte ut flytende elektrolytt med fast stoff.

– Uheldigvis er ikke elektrolytter i fast form like gode til å lede ioner.

• Les også: Silisium gir sprut til batteriene

Nanotynn skillevegg

UiO-forskerne har nå funnet frem til en ny type elektrolytt i fast form som bare er fem til femti nanometer bred. Femti nanometer er så lite som en tjuetusendels millimeter. Det er tusen ganger smalere enn i dagens elektrolytter. Selv om stoffet er dårlig til å lede ioner, kan forskeren tillate dette fordi den avstanden ionene skal passere, er svært kort.

Men samtidig er det viktig at avstanden ikke blir altfor kort. Hvis anoden og katoden kommer i kontakt med hverandre, kortsluttes systemet. Da blir det så bråvarmt at batteriet kan brenne.

Så lenge elektrolytten er laget av fast stoff, er det ikke noe problem. Fast stoff har dessuten enda en utmerket fordel: Overflaten kan lages så ru som mulig. Da kan enda flere ioner ledes igjennom batteriet.

• Les også: Furu og bønner skal lade batteriene

Verdensrekord

Den store nyheten denne gang er ikke elektrolytten, men en helt ny type katode.

– Vi har satt verdensrekord. Vi har laget verdens raskeste katode. Da blir batteriet tusen ganger raskere enn med dagens katoder.

Selv om materialet er trygt å bruke, er det ikke akkurat regnet som verdens beste.

Knut Bjarne Gandrud har vært kjerringa strømmen. Han har valgt et såkalt amorft materiale som andre forskere har skydd som pesten. Amorfe materialer har, i motsetning til krystalliserte stoffer, ingen strukturer.

Ulempene er doble. Materialet er tregt og leder elektroner dårlig. Med andre ord et meget dårlig valg til katodebruk. Likevel har Gandrud nå vist at dette materialet kan revolusjonere batterier over hele verden.

Hvis katoden er tykkere enn 50 nanometer, viser deg seg at batteriet ikke er noe tess. Den store overraskelsen er at materialet i katoden skifter elektriske egenskaper når den blir tynnere enn 50 nanometer.

• Les også: Klar med oppskrift på mer miljøvennlige batterier

Batteriet blir oppsiktsvekkende bra når katoden er mellom 12 og 24 nanometer. Et hårstrå er 500 ganger bredere. Disse supertynne materialene kalles for tynnfilm og har i mange år vært spesialet til Ola Nilsen og Knut Bjarne Gandrud.

Selv om de to forskerne har funnet frem til en elektrolytt i fast form, blir den nye katoden testet i batterier med væskebasert elektrolytt. Denne elektrolytten er så gjennomtestet at forskerne får en klarere formening om hvor bra katoden er.

De to forskerne har foreløpig bare testet katoder med flat overflate.

– Neste skritt er å folde materialet sammen så mye som mulig for å maksimere størrelsen på overflaten. Da kan katoden bli enda mer effektiv, forteller Ola Nilsen.