A bionika kifejezés talán már nem ismeretlen a nagyközönség előtt, azonban a fogalom meghatározása a legtöbbünknek nehézséget okozhat. Mivel foglalkozik pontosan a bionika, milyen területeket fog össze és ezt elsősorban milyen célból teszi?
A bionika célja, hogy az élő szervezetek mechanizmusainak tanulmányozása révén olyan technológiákat fejlesszen ki, amelyek az ember életminőségét javítják. A terület a biológiai rendszerek működésének megértését ötvözi az információs technológiával, a mérnöki megoldásokkal és az orvostudománnyal. Ezen felül olyan speciális technológiák is megjelennek benne, mint a mikrofluidikai rendszerek, a bioinformatikai módszerek vagy a mesterséges neurális hálózatok, amelyek kulcsszerepet játszanak a modern bionikai fejlesztésekben.
A bionika területei különböző fő kategóriákba sorolhatók, az egyes kategóriákat az élő szervezetek és a technológia közötti kapcsolat jellege szerint határozták meg. A nem invazív érzékelő és megjelenítő eszközök az életjelenségek érzékelésére szolgálnak, amelyeket számítógépekkel lehet elemezni. Tipikusan ilyen az EEG, az ultrahang, a CT és MRI, a PET és a holografikus mikroszkópok fejlesztése, akár a mesterséges intelligencia bevonásával. A bionikus invazív interfészek az ideghálózatokban elhelyezett kontaktelektródák révén jóval direktebb kapcsolatot hoznak létre, ilyen eszközként tartjuk számon például a pacemakert. Érző, mozgató és jelgeneráló protézisnek minősül a hallókészülék vagy a mozgató protézisek.
A chipre integrált orvosi-biokémiai laboratóriumok mikrofluidikai technológiával működő eszközök, ilyen például a DNS-elemző gene-chip. Említhető még az elektromágneses sugárzáson alapuló terápiás eszközök köre, amely jelenleg egy igen ígéretes, gyorsan fejlődő területe a bionikának. És beszélhetünk még a szervezetbe épített, folyamatosan működő eszközökről, ilyenek például a beépített gyógyszeradagolók.
Ezek a példák jól illusztrálják a bionika sokoldalúságát, és azt, hogy a technológia miként járulhat hozzá az emberi egészség és életminőség javításához.
A technológiai fejlődés a legtöbb műszaki érintettségű ipar- és tudományterület fellendülését hozta. Mennyire igaz ez a bionikára? Mekkora a kereslet manapság a bionikus eszközökre, milyen ütemben növekszik a piac?
A bionika az egyik legfiatalabb, ám leggyorsabban fejlődő tudományterület, ráadásul nagyon erős ipari háttérrel, hiszen a legnagyobb orvosi képalkotó, gyógyszer- és rehabilitációs eszközöket fejlesztő cégek és a robotika is hasznosítják a terület innovációit. A globális bionikai piac mérete a következő évtizedben várhatóan minden évben átlagosan 10%-kal fog nőni. A technológiai fejlődés mellett a biológiai rendszerek jobb megértése, a fogyatékosságok és szervi elégtelenségek megnövekedett előfordulása, valamint az amputációhoz vezető közúti balesetek gyakorisága együttesen felel a piac dinamizmusáért.
A fejlődés mértéke a bionika területén szükségessé teszi, hogy gondoskodjunk a megfelelő szakértők utánpótlásáról is.
Olyan speciálisan képzett szakemberekre van szükség, akik nem csupán az egyes folyamatok biológiai és kémiai hátterét ismerik, hanem értik, és alkotó módon fejlesztik a különböző eszközöket, képesek újakat fejleszteni és a kapott adatokat ki tudják értékelni.
Európában a Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai és Bionikai Karán (PPKE-ITK) lehetett a legkorábban választani külön mérnöki szakként a molekuláris bionikát, amely azóta is meghatározó szereplője a nemzetközi bionikusmérnök-képzésnek. Kik azok a hallgatók, akik jól fogják érezni magukat ezen a szakon?
Szeretjük hangsúlyozni, hogy elsősorban mérnököket képzünk. Akkor fogja jól érezni magát nálunk egy hallgató, ha szereti a matematikát, az informatikát, ugyanakkor a biológia is közel áll hozzá. A Semmelweis Egyetemmel közösen nyújtott képzés során olyan tudományterületekkel találkozhatnak, mint a számítógéppel segített gyógyszeripar, az orvosi biotechnológia, a bioinformatika, a bioprotézis-fejlesztés vagy a nanotechnológia. A karunk oktatási stratégiája nemcsak az aktuális munkaerőpiaci igényekhez igazodik, hanem a technológia és a tudomány jövőbeni kihívásaira is igyekszik felkészíteni a hallgatókat.
Az oktatási stratégiánk középpontjában a gyakorlatorientált képzés és az interdiszciplináris tudás átadása áll. Az egyetemi évek során korszerű, iparban is használt eszközökkel dolgozhatnak a hallgatóink,
közvetlenül részt vehetnek innovatív kutatásokban, akár nemzetközi csapatok tagjaiként. Mindez igaz a rehabilitációs technológiákra, bioinformatikai rendszerekre és az intelligens protézisek fejlesztésére is.
Az erős elméleti alapok mellett ezek szerint a gyakorlati tudás átadása is kiemelt figyelmet kap. Ez mit takar pontosan, milyen lehetőségei vannak egy hallgatónak a gyakorlatban is kamatoztatható tudás megszerzésére a képzés során?
A PPKE-ITK oktatói gárdája nemzetközileg elismert szakemberekből áll, akik külföldi egyetemeken, külföldi munkavégzés során szerzett tapasztalataikat is megosztják a hallgatókkal. A kis létszámú kar lehetővé teszi a személyre szabott oktatást és a közvetlen kapcsolattartást.
Kiemelt figyelmet fordítunk a mesterséges intelligencia, a neurális hálózatok és a bioinformatika oktatására, amelyek a munkaerőpiac legkeresettebb kompetenciái közé tartoznak. A IBM-mel és az BMW-vel való partnerség révén kivételes gyakornoki és kutatási lehetőségeket tudunk biztosítani a hallgatóink számára, itt a projektalapú tanulás során a diákok valós ipari problémákon dolgozhatnak, értékes tapasztalatokat szerezve.
Nagy hangsúlyt fektetünk továbbá a karrierépítésre és a továbbtanulási lehetőségek biztosítására is, a hallgatók több nemzetközi képzési és ösztöndíjprogram közül választhatnak. A kompetenciafejlesztés terén kiemelt figyelmet fordítunk bizonyos “soft skill”-ekre, mint a kritikus gondolkodás, vagy a csoportos munkakészség és adaptivitás fejlesztése. Az egyetem továbbá támogatja a hallgatók részvételét olyan nemzetközi versenyeken, mint pl. a nemzetközi Cybathlon, ahol a látástámogató technológiák kategóriájában az EyeRider csapat az idén első helyezést ért el. Az általuk fejlesztett alkalmazás olyan nehezebb terepeken is lehetővé teszi a biztonságosabb közlekedést a látássérültek számára, mint az erdők vagy a járdák. További két csapat pedig funkcionális elektromos stimulációs kerékpárral, valamint agyi-számítógépes interfész eszközökkel versenyzett sikeresen.
A gyakorlatias szemléletű képzés bizonyára a munkaerőpiacon is előnyt jelent. A képzés után milyen karrierlehetőség vár a hallgatókra, hol, milyen területeken fognak tudni elhelyezkedni?
A hallgatók világszerte előremutatónak számító kutatásokba és fejlesztésekbe kapcsolódhatnak be, akár akadémiai akár ipari oldalról. Együttműködünk a HUN-REN Magyar Kutatási Hálózattal, a HUN-REN Energiatudományi Kutatóközponttal, a SZTAKI-val, a Rényi Intézettel és az IBM-mel, valamint létrejött a közös kutatásunk a BMW-vel a fázisváltó anyagok autóipari és robotikai alkalmazásának terén.
Az orvosi biotechnológia - diagnosztikai eszközök, protézisek és rehabilitációs eszközök fejlesztése - egy olyan terület, amiben nemzetközi szinten és Magyarországon is rengeteg lehetőség van. Azt látjuk, hogy a végzett hallgatóink jó helyeken tudnak elhelyezkedni,
a nagy gyógyszergyárak, robotikai cégek és az orvosi és biotechnológiai startupok is örömmel látják őket, és a nálunk végzett hallgatók az egyik legmagasabb kezdőfizetéssel rendelkeznek Magyarországon.
Nem csak kutatói irányba lehet továbbmenni, hiszen, aki itt végez, számtalan területen, sok innovatív cégnél el tud helyezkedni.
A karon a molekuláris bionika mellett a másik meghatározó szak a mérnök-informatika. Ez miben tér el a hagyományos mérnök-informatikus képzéstől, illetve hol van a kapcsolat a két tudományterület között?
Nem véletlenül vagyunk információs technológiai kar, ugyanis a biológia nagyon sokfajta megoldást mutat arra, hogy hogyan lehet számítást végezni. Az agyunk is számítást végez, de a sejtek összeköttetései, a gyomrunkban és a szemünkben lévő hálózat és az immunrendszerünk is. Ezeknek a modelleknek a megértése és egyfajta implementációja az, ami a computer science-t továbbviszi a jövőben. Sokkal tágabb, mint akármelyik programozási nyelvben írt program, vagy a számítógépek, kommunikációs hálózatok programozása és kezelése.
Ez egy kaland is egyúttal, amit érdemes megismerni, érteni és felhasználni.
A karunkon végzett mérnök-informatikusok eszközöket készítenek az emberek számára, nem csak szoftverrel, hanem hardverrel is foglalkoznak. A piacon már most látszik, hogy ha valaki a hardverhez is ért, az sokkal ígéretesebb álláslehetőségeket jelent a jövőjére nézve.
A programozás mellett két különleges területtel is foglalkozhatnak nálunk a hallgatók. Akit a sport és az informatika találkozása foglalkoztat, választhatja a sportmérés, az adattudomány, a diagnosztika és a sportbionikai területet, ahol a mérnök-informatikusoknak igen fontos szerepe van. Itt megjelenik a mesterséges intelligencia használata is, ahol szenzorokkal mérünk, majd értékeljük és a következtetéseket akár közvetlenül visszacsatoljuk.
Ha valaki pedig elsősorban informatikával, programozással szeretne foglalkozni, akkor sokprocesszoros rendszerekről is tanulhat nálunk. Ez nem egy hagyományos programozási feladat, annál sokkal jobban kell érteni a hardver architektúráját, ami bizonyos szempontból egy villamosmérnöki tudás. Összeér maga az eszköz, a számítási eszköz és az informatika.
Ezek szerint a mérnök-informatikus csak közvetettebb módon találkozik a biológiával, de akár dolgozhat ugyanazon a projekten, mint a molekuláris bionika hallgató. Miben hasonlít a képzések jellege?
Mivel ez egy mérnöki terület, itt is szükség van az erős elméletre és a laborokban megszerzett gyakorlatra egyaránt. A labor és a gyakorlati oktatás kritikusan fontos ahhoz, hogy például egy mikrofluidikai chipet meg tudjon csinálni a hallgató onnantól kezdve, hogy megtervezi, odáig, hogy legyártja, elkészíti hozzá a csatornarendszert és kipróbálja. A robotika laborban megépítik az eszközöket, az elektronikát is, de a mechanikai struktúrák megtervezésével és 3D-s nyomtatással is foglalkozhatnak.
Tehát itt egy hangsúlyozottan mérnöki képzésről van szó, ahol a mérnök diplomája úgy születik, hogy megtervez valamit, azt megvalósítja, és megméri, amit létrehozott.
A mérés egy nagyon fontos gyakorlati aspektus. Azért is fontos, mert látjuk, hogy a mesterséges intelligencia fenyegetéssel van bizonyos szoftverfejlesztési feladatkörökre, a junior programozók sok helyen kevésbé számítanak, vagy nagyon nehéz bejutni a cégekhez, ha csak programozni tud a jelölt. De ha eszközfejlesztéshez is ért, legyen az mikrofluidika vagy egyéb hardver, elektronika, akkor sokkal könnyebben el tud helyezkedni.
Úgy tűnik, hogy a technológiai fejlődés mindkét területnek a mozgatója és egyben sokszor ez a fejlődés jelenti a nehézséget is. Hogyan birkóznak meg az oktatás oldaláról ezzel a tényezővel?
Napjainkban az információs technológia számos ismeretlen, izgalmas kihívással találkozik. Ilyen például az ember-gép kapcsolat, a mesterséges intelligencia, a humán nyelvtechnológia, a párhuzamos számítások, a mikro- és nanoelektronika világa, vagy a legmodernebb hardverek és céláramkörök tervezése programozható logikai eszközökön. Igyekszünk az oktatási anyag összeállításakor előre tervezni, és olyan tudományterületeket is érinteni, amelyek még nem jutottak el az ipari felhasználásig.
Például a mérnök-informatika alapképzésnél a hallgatók már a szak 2001-es indulásától az első évfolyamtól tanulnak a konvolúciós neurális hálózatokról. 2017-ben olyan áttörést ért el ez a terület, hogy az ipar elkezdte alkalmazni igazából majdnem mindenhol. Ennek köszönhető, hogy ilyen előtanulmányokkal a hallgatóink jelentős része data scientist-ként vagy gépi tanulás szakértőként tudott elhelyezkedni, hiszen nekik sokkal könnyebb volt követni ezt a fejlődést, az alapok már korábbról megvoltak hozzá.
A mesterséges intelligencia miatt számtalan olyan technológia van, ami szinte hétről hétre változik. Ezeknek a technológiai újdonságoknak a lekövetése a hallgatók számára nem mindig olyan egyszerű, éppen ezért a piacon az éppen aktuálisan igényelt tudást igyekszünk a rendelkezésükre bocsátani, sok esetben szabadon választható tárgyak, vagy felügyelt önálló tanulás keretében.
A mesterséges intelligencia jelentősége a mai világban tagadhatatlan. Egy mérnök-informatikus jobban érti az MI-t, foglalkozik annak fejlesztésével is?
Ami teljesen nyilvánvaló számomra, hogy a mesterséges intelligencia egy olyan eszköz, amely használatának és fejlesztésének készsége a mérnök-informatikusok tudásbázisához kell tartoznia. Ezért ennek a területnek az oktatása fokozatosan egyre nagyobb hangsúlyt kap a képzésünkben. Ugyanakkor ez az eszköz szinte az összes területen megjelenik, főleg az adatelemzésnél, a szoftverfejlesztésnél és a dokumentáció elkészítését segítő eszközként is, amiből következik, hogy ismerete nélkülözhetetlen.
Azonban nem helyettesítheti az alaptudást, azokat a mérnöki készségeket, ami szükséges a megértéshez.
El kell sajátítani, és emellett az sem árt, ha értjük, hogy a felhasznált technológia, a mesterséges intelligencia hogyan is működik, amikor figyelembe vesszük annak eredményét.
Az egyetem érdemi lehetőséget kínál a szükséges tudás és tapasztalat megszerzésére ahhoz, hogy a hallgatói sikeresek legyenek a pályájukon. Milyen gyakorlati eredményeket emelne ki az elmúlt évekből?
A PPKE-ITK hallgatói számos innovatív programban és eszköz fejlesztésében vehetnek részt, például a mikrofluidikai rendszerek, az intelligens protézisek és exoskeletonok, a bioinformatikai fejlesztések és az onkológiai diagnosztika területén. Ezek a projektek nemcsak a hallgatók szakmai fejlődését segítik, hanem közvetlen hatást is gyakorolnak a technológiai és orvosi innovációkra.
Ahogy már említettem, a kar hallgatói és oktatói kiváló eredményeket értek el a neves, fogyatékossággal élők életét megkönnyítő, asszisztív technológiák fejlesztésére és bemutatására alapított Cybathlon versenyen. Az EyeRider csapata a verseny új, látástámogató kategóriájában győzött. A cél az volt, hogy az indulók olyan technológiákat fejlesszenek ki, amelyek
a látási információkat más érzékekre, például a hallásra vagy tapintásra közvetítik, ezzel segítve a látássérülteket a mindennapi tevékenységeik elvégzésében.
A Pázmány ITK csapata mindenki számára elérhető, és a hétköznapokban is már használt eszközre építette a megoldását. Az elkészített LetSeeApp mobilalkalmazásban figyelembe vették, hogy a megoldások nemcsak a verseny során, de későbbi felhasználási lehetőségek szempontjából is hasznosak legyenek.
Viszont a hallgatók egyéni ötleteit is támogatjuk, például saját startupok indítását vagy prototípusok létrehozását. Az oktatók és kutatók mentorálásával ezek az ötletek gyakran piacképes megoldásokká fejlődhetnek.
Az egyik korábbi doktoranduszunk, Sun-Young egy évig volt nálunk vendég PhD hallgatóként, kutatásait részben nálunk, részben Koreában végezte. Egy non-invazív nyomásméréssel kapcsolatos feladaton dolgozott a laborban, majd a doktori képzésének befejeztével a Samsung koreai kutatás-fejlesztési csoportjában folytatta azt.
Itt felhasználta azt az algoritmust, amit a doktoriján fejlesztett, ez pedig bekerült a Samsung okosórákba.
Együttműködtünk egy japán vállalattal, ennek keretében pedig egy radarszenzor szoftverének egy olyan részén dolgoztunk, ami a gyalogosok azonosítását és elkerülését célozta. Hosszas iteráció után a Mazda úgy döntött, hogy alkalmazza, úgyhogy az autókban benne van az a szoftver, aminek egy részét mi fejlesztettük a hallgatókkal az egyetemen.
A cikk megjelenését a PPKE-ITK támogatta.
Fotók és címlapkép: Hajdú D. András/Portfolio
