Scen ur filmen The Matrix, 1999

Verklighetens vetenskap bakom The Matrix

I filmserien The Matrix reduceras människor till batterier som odlas av robotar och lever hela sitt liv i en datorgenererad simulering. Verklighetens tekniska framsteg visar att framtidsdystopin redan är möjlig.

I filmserien The Matrix reduceras människor till batterier som odlas av robotar och lever hela sitt liv i en datorgenererad simulering. Verklighetens tekniska framsteg visar att framtidsdystopin redan är möjlig.

Alamy

1. Människor kan fungera som batterier

I The Matrix är människor fångade och nedsänkta i en vätska. Därifrån utvinns kroppsvärmen som
energi för att driva robotarna.

Utanför filmduken har forskare utvecklat så kallade termoelektriska anordningar såsom armband, ringar och hörapparater som använder kroppens värme som energikälla.

VIDEO: Se hur en ring som drivs av kroppsvärme fungerar

I exempelvis en klocka utnyttjar tekniken temperaturskillnader som gör att elektronerna i ena delen av ett metallstycke rör sig snabbare genom uppvärmning från huden. Elektronerna söker sig mot den kallare änden av metallen och bildar en elektrisk ström, precis som i ett mikroskopiskt batteri.

Med hjälp av så kallade halvledare kan flera av dessa batterier kopplas samman för att producera en spänning på en volt för varje kvadratcentimeter hud. Spänningen räcker för att driva klockor och aktivitetsarmband.

Men generellt sett är människor dåliga batterier. Visserligen genererar en människokropp cirka 80 watt genom kroppsvärmen, men att förbränna människans dagliga kaloriintag skulle frigöra betydligt mer energi.

2. Artificiell intelligens är redan ond

Stephen Hawking, Elon Musk och Bill Gates har varnat för att framtidens artificiellt intelligenta superdatorer kommer att vända sig mot oss, precis som i The Matrix.

När Microsoft lanserade chattboten Tay 2016 tog det mindre än 24 timmar innan hennes svar var rasistiska och ondskefulla.

Skepticismen bottnar i att mänsklighetens mål är svåra att formulera.

Artificiellt intelligenta system kallas också agenter och har ett uppsatt mål. Vanligtvis tränas systemen genom maskininlärning, som matar agenten enorma mängder data där den hittar mönster.

Grafik visar processen bakom maskininlärning

Genom sex steg gör maskininlärning en agent bättre på att lösa en uppgift. Först observeras möjligheterna (1) och bedöms utifrån ett uppsatt mål (2). Därefter prövas möjligheterna (3) med resultat som verkan (4). Målen justeras (5) utifrån erfarenhet. Processen upprepas (6).

Mönstren blir förutsägelser som därefter testas som en lösning, exempelvis ett botemedel mot cancer. Effekten av lösningen hamnar i databanken och gör agenten smartare.

Problem uppstår om framtidens artificiella superintelligenser blir medvetna. Då kommer agenterna att bekämpa cancer, trots att processen leder till att människor dör, och motverka allt som går emot målet, exempelvis om forskare vill stänga av maskinen.

VIDEO: Så tar artificiella intelligenser onda beslut

Dagens svaga AI-system har redan visat sina sämre sidor. Exempelvis har YouTubes algoritm spridit desinformation och hatpropaganda genom att rekommendera allt mer extrema videor.

Principer bakom utvecklingen av artificiell intelligens

För att få AI mer förstående arbetar it-ingenjörer med ett antal riktlinjer som kallas alignment (anpassning). Ett tillvägagångssätt är att agenten (blå prick) delar sitt mål med så många människor (gröna prickar) som möjligt. Ett annat tillvägagångssätt definierar agentens mål utifrån ett försök att skapa ett rättvist samhälle för alla, där agenten inte vet sin plats i samhället. Ett tredje tillvägagångssätt använder sig av en rangordning av befolkningens val – exempelvis från riksdagsval och upphandlingar – för att utse agentens mål.

3. The Matrix kan gömma sig i universums minsta byggstenar

I The Matrix har jorden tagits över av robotar samtidigt som de flesta människor lever i en simulerad verklighet, lyckligt omedvetna om planetens verkliga tillstånd. År 2003 presenterade den brittiske filosofen Nick Bostrom en teori om att även vår verklighet är en datorsimulering.

Bostroms tes är att om kvantdatorer, såsom förutspåtts i Moores lag, fördubblar sin datorkraft var 20:e månad kommer framtidens människor att kunna driva flera simuleringar av sina förfäders liv. Simuleringarna kommer att vara så detaljerade att de simulerade individerna har ett medvetande, men utan att veta sanningen om sin verklighet.

Med andra ord, om vi hävdar att vi får oöverträffad datorkraft kan vi inte samtidigt förneka att vi är karaktärer i ett datorspel.

Nick Bostroms tes kan inte motbevisas och har därför fått stöd från några av världens främsta entreprenörer, däribland Elon Musk och Neil deGrasse Tyson.

VIDEO: Därför kan astrofysiker inte avvisa The Matrix

Enligt forskare från University of Washington kommer vi att kunna avslöja ett möjligt simulerat universum med kvantdatorer. Moderna superdatorer kan bara simulera en modell av universum som är lika stor som en atomkärna. Men i framtiden kan större simuleringar visa en betydligt större utsnitt som efterliknar elementarpartiklarna – atomernas byggstenar – i fyra dimensioner.

I en så stor modell kan forskare till exempel simulera rumtid, men även de starkaste framtida simuleringarna kommer att innehålla spår av en underliggande gitterstruktur. Forskarnas beräkningar visar att strukturen kommer att uttryckas som en övre gräns för intensiteten hos den starkaste kosmiska strålningen. Gränsen kan observeras om strålningen inte sprids åt alla håll, som förväntat.

De kosmiska strålarna med ultrahög energi träffar sällan jorden, vilket gör simuleringarnas signaturer svåra att upptäcka.

Telescope Array i Utah

500 detektorer utgör Telescope Array i Utah. De söker efter kosmiska strålar som kan upptäcka fel i simuleringen.

© John N. Matthews / Wikimedia Commons

För vissa forskare är simuleringshypotesen ett svar på Fermi-paradoxen: Om det nu finns 300 miljoner beboeliga planeter i Vintergatan – varför har vi då aldrig blivit kontaktade av rymdvarelser? Svaret är för att vi är försöksdjur i deras dataspel.

4. Tankens kraft styr datorspel

Huvudpersonen Neo stoppar kulor och böjer skedar med hjälp av tankekraft. I den verkligheten skulle Neo ha ett hjärn-dator-gränssnitt som redan finns i flera modeller.

När en tanke susar genom huvudet skickar joner - positivt laddade atomer - på hjärncellernas yta signalen vidare genom att avge elektroner. Med så kallad elektroencefalografi (EEG) fångar ett chip upp elektronerna och omsätter dem till den handling som hjärnsignalen skulle utlösa i kroppen.

Makaker har till exempel lärt sig att spela datorspelet Pong med hjälp av det inopererade hjärnchipset The Link.

VIDEO: Se apan Pager styra en dator med tankekraft

Aporna lärde sig först att styra en joystick och belönades med banansmoothie varje gång de flyttade markören till ett lysande fält. The Link registrerade hjärnaktiviteten under tiden och efter ett tag tog hjärnchippet över rollen som joystick.

Företaget Neuralink kommer att använda chippet för att lära människor nya egenskaper omgående – precis som Neo gör i The Matrix – genom att generera artificiella hjärnsignaler.

VR-headset med inbyggd EEG

Företaget Wearable Sensing producerar ett VR-headset som kan låta användaren välja ett objekt i ett datorspel med hjälp av mätningar av hjärnans elektriska aktivitet.

© Wearable Sensing

Framtidens simuleringar uppslukar verkligheten

Redan nu skapar moderna virtual reality-headset en nästan fotorealistisk upplevelse, dock utan att helt övertyga hjärnan. Nästa steg i teknikens utveckling kallas exempelvis simulated reality (simulerad verklighet) eller full dive-VR och där kommer inte hjärnan att kunna skilja på verklighet och simulering. Under tiden som datorkraften ökar och grafiken förbättras genomför Facebook och HTC försök med med VR-spel som styrs av hjärnans nervsignaler.

Nu: Augmented reality

Augmented reality-teknik lägger ett digitalt 3D-lager ovanpå verkligheten som användaren kan manipulera på olika sätt, vanligtvis med hjälp av en smartmobil eller glasögon. Skillnaden mellan verklighet och digitala objekt är synlig och tydlig.

Nu: Virtual reality

Dagens ledande VR-headset återger en detaljerad version av verkligheten, samtidigt som dräkter och speciella plattformar stimulerar rörelse- och känselapparaten ytterligare. Men kroppen känner också av verkligheten, och illusionen är blir ofullständig.

Framtiden: Simulated reality

Nästa steg i utvecklingen är simulerad verklighet där den grafiska resultatet är omöjligt att skilja från verkligheten, samtidigt som rörelserna skapas i spelet genom mätningar av hjärnsignaler. Dessutom skickar elektroder på huvudet tillbaka signaler som stimulerar kroppens sinnessystem.

5. Lamm växer i påse

Gigantiska fält av kapslar med människofoster täcker den karga jorden i The Matrix. I verkligheten finns redan all nödvändig teknik för att på samma sätt odla en människa från befruktning till födsel.

Lamm i artificiell livmoder

Ett lamm som fötts cirka sju veckor för tidigt – motsvarande i vecka 22-24 för människor – vidareutvecklades under 28 dagar i en konstgjord livmoder år 2017.

© Partridge et.al.

Med hjälp av stamceller nedsänkta i en cocktail av hjälpämnen kan en handfull laboratorier runt om i världen pussla ihop alla bitar till en människa som därefter kan utvecklas precis som i naturen. Av etiska skäl får artificiella foster inte utvecklas längre än i cirka 22 dagar.

Ett naturligt foster får bara utforskas i laboratoriemiljö fram till fjorton dagars ålder. Artificiella foster gör det möjligt för forskarna att följa utvecklingen till dag tjugoett. I framtiden räknar forskarna med att kunna odla foster med fungerande hjärta.

© Shutterstock

Första dagen i laboratoriet = första veckan i verkligheten

Koloni av stamceller placeras i kemikaliebad
Forskarna odlar en cellkoloni av cirka fyrahundra fosterstamceller, som var och en stoppas ner i en vätskefylld fördjupning. Vätskan innehåller en kombination av ämnen som bland annat får stamcellerna att dela sig snabbare.

© Shutterstock

Andra dagen i laboratoriet = andra veckan i verkligheten

Stamceller klumpar ihop sig
Signalsubstanser i cocktailen inleder en process där stamcellerna samlas i en klotformig cellstruktur som liknar ett tidigt fosterstadium, en så kallad blastocyst. Detta stadium uppträder i livmodern fjorton dagar efter befruktningen.

© Naomi Moris/University of Cambridge

Tredje dagen i laboratoriet = tredje veckan i verkligheten

Cellklump avslöjar viktigt fosterstadium
Stamcellerna omorganiserar sig till en avlång klump som påminner om det hittills outforskade gastrulationsstadiet. Fostret delas nu upp i tre olika celltyper som med tiden blir nerver, muskler och organ.

© Shutterstock

Framtiden?

Nya celler ger liv åt hjärna och hjärta
Om fem–tio år räknar forskarna med att kunna lägga till celler som efterliknar moderkakans funktion och får organ som hjärna och hjärta att växa. Om det lyckas kommer de artificiella människofostren att leva tillräckligt länge för att man ska kunna registrera hjärtslag.

För andra arter är reglerna inte lika hårda. Forskare har till exempel utvecklat musembryon halvvägs genom graviditeten, och utvecklingen hade kunnat fortsätta om de varit kopplade till en konstgjord moderkaka som kunde ge näring och syre.

Forskare har utvecklat en typ av konstgjord livmoder för att kunna ge för tidigt födda lamm näring tills de är redo att födas. Forskarnas förhoppning är att tekniken ska kunna hjälpa extremt för tidigt födda barn som föds de veckor då lungor och hjärta färdigutvecklas.

Foster lever vidare i artificiell livmoder
© thetimes.co.uk

Mänskliga foster kan växa i livmodern av plast

En artificiell livmoder har hjälpt för tidigt födda lammfoster under de kritiska veckorna då lungorna och hjärnan utvecklas och de är särskilt sårbara för luftburna sjukdomar. Forskarna hoppas kunna testa tekniken på människor som föds mellan vecka 22 och 24, då upp till 90 procent av de extremt för tidigt födda bebisarna dör.

Vätska efterliknar fostervatten

Livmodern består av en plastpåse full med fostervattenliknande vätska som innehåller elektrolyter. Påsen genomströmmas konstant med ny vätska, och en värmeplatta håller temperaturen på 37 grader.

Slangar säkerställer syre

Navelsträngen är kopplad till ett nätverk av slangar som skickar blodet från hjärtat till en syresättningsmaskin som likt en moderkaka syresätter blodet. Cirkulationen sker helt utan pumpar som kan skada kroppens cirkulation.

Dropp ger näring

När fostrets blod leds tillbaka tillför ett dropp nödvändiga näringsämnen såsom kolhydrater, aminosyror och fetter som ökar fostrets tillväxt. Medicin kan också doseras efter behov.