Bionika – a jövő kutatási iránya, már a jelenben 2016. november 30.

Beszélgetés Iván Kristóffal, a PPKE Információs Technológiai és Bionikai Karának dékánjával

Bionika – a jövő kutatási iránya, már a jelenben
Beszélgetés Iván Kristóffal, a PPKE Információs Technológiai és Bionikai Karának dékánjával

Az információs technológia korában élünk, szokták mondani, s ezt a fajta új tudást elsősorban a fiatal nemzedékekhez kötik. Ez természetesnek tekinthető, s ezek után nem csodálkozhatunk azon, ha a Pázmány Péter Katolikus Egyetem (PPKE) Információs Technológiai és Bionikai Karának dékánja, Iván Kristóf fiatalember (37). Vele beszélgettünk tudományos pályafutásáról és arról, mit jelent a kar elnevezésében a „bionika" kifejezés.

Ifjú kora ellenére már jelentős szakmai múltra tekinthet vissza. Érdeklődése mikor fordult a természettudományok felé?

Gyermekkoromban a matematika, a fizika és a kémia, kevésbé a humán tudományok iránt érdeklődtem. Budán jártam általános iskolába, majd több gimnáziumba adtam be jelentkezésemet: a kecskeméti piaristákhoz, a szentendrei ferencesekhez, az Apáczai Csere János gyakorló gimnáziumba és a bencések győri iskolájába. Az ott tapasztalt légkör azonnal megragadott, s a bencések tették közzé leghamarabb, kiket vettek fel. Így kerültem a Czuczor Gergely Bencés Gimnáziumba és Kollégiumba.
Az is segített a döntésben, hogy ki akartam próbálni a kollégiumi életet. Az otthon mellett megismerni egy másik közösséget. Már ekkor úgy gondolkodtam, a majdani egyetemi kollégium – természeténél fogva – nem nyújthatja azt a szellemiséget, mint a középiskolai.

Tizennégy-tizennyolc éves korában igen fogékony az ember a külső hatásokra, személyisége ekkor jelentős mértékben formálódik.

A győri bencés gimnázium ebben az időben még fiúiskolaként működött. Szombaton is volt tanítás. Az első időszak jelentette a „mélyvizet", amikor közel két hónap elteltével utazhattunk haza első alkalommal. Ez jelentette az elszakadást korábbi életformámtól, amely – nem tagadom – bizonyos kulturális sokkal járt, ugyanakkor lépést jelentett az önállósodás felé.

A gimnáziumi évek alatt megmaradt érdeklődése a természettudományok iránt?

Akkoriban – örömmel mondom – a legtöbb tanár még szerzetes volt. Külsős tanárok tanították a matematikát és később a latint. Az atyák időről időre jelentős előadókat hívtak meg hozzánk.
Kémia, illetve matematika fakultációt végeztem, s ekkor már biztos volt, hogy a műszaki egyetemre jelentkezem. Közben nyelvvizsgát szereztem angolból és latinból. A gimnázium szellemisége jó hatással volt rám. Előszeretettel olvastam az ajánlott értékes könyveket. Nem számítottam éltanulónak, de jó tanuló voltam.

Milyen szakra jelentkezett az egyetemen?

A BME vegyészmérnöki karának biomérnök szakára. Édesanyám javasolta ezt. A kémia és a matematika mellett a biológiai ismeretek is vonzottak, osztályfőnökünk a biológia-földrajz szakos Máthé Romuáld atya volt, aki „belénk verte" az anyagot. Később – házasságkötésemkor – őt kértem fel eskető papunknak.

Pályaválasztásában szerepet játszott a szülői motiváció?

Annyiban mindenképpen, hogy szüleim műszaki végzettségűek, édesanyám gépészmérnök, édesapám közlekedési mérnök.

Mit fed a biomérnök elnevezés?

A műegyetem éveként állásbörzét hirdet. Társaimmal elmentünk egy-két ilyen börzére. Közöltük, biomérnöknek készülünk, milyen elhelyezkedési lehetőségek nyílnak ezzel a végzettséggel? Mi az a biomérnök? – kérdeztek vissza. Ugyanaz történt velünk, mint ami olykor mai hallgatóinkkal, amikor közlik, hogy bionikával foglalkoznak: – Mi az a bionika? Ismerem ezt az érzést.
A biomérnök egyrészt az élelmiszer-ipari cégek berendezéseihez ért. Megtervezi, beállítja és ellenőrzi a gyártási folyamatot. Másrészt ért az ipari biotechnológiai folyamatokhoz, azok megtervezéséhez és felügyeletéhez. Ilyen például az élesztőgyártás vagy bioetanol-gyártás; mindazon tevékenység, amely mikroorganizmusok segítségével állít elő valamilyen terméket. A harmadik irány a környezetmérnöki, ez ma már külön szakként működik. A biomérnöknek ezen kívül egészségvédő szakiránya is volt. Én ezt végeztem el.
Több okból érdekfeszítő területnek tartottam. A képzés egyetemközi keretben folyt, közösen a Semmelweis Egyetemmel és az ELTE Természettudományi Karával. Humánbiológiával is foglalkoztunk, tanultunk anatómiát, élettant, kórélettant, illetve klinikai kémiát is áttekintő szinten. Ez alapvetően a vér- és vizeletvizsgálatnak a kémiai és vizsgálati eszközpark oldalát mutatja be. Azért említem ezt, mert a bionikában is az egyik irányt jelenti: amikor egy laboratóriumi meghatározási módszert miniatürizálunk. Hogyan lehet ennek segítségével még pontosabb diagnózist felállítani?

A diploma megszerzése után merre orientálódott?

Az egyetem elvégzését követően tájékozódtam, melyik doktori iskolában folytassam tanulmányaimat. Témavezetőm Noszticzius Zoltán és Farkas Henrik professzor volt, s Farkas Henrik alapító tagja volt az informatikai kar doktori iskolájának. Ő ajánlotta a PPKE-t. A PhD-fokozatot infobionikából szereztem.
A katolikus egyetemen 2001-ben indult az Információs Technológiai Kar. 2005-ben készült el a Práter utcai korszerű épület, amelyben most is beszélgetünk. Doktoranduszi éveim kezdetén még a Magyar Tudományos Akadémia Számítástechnikai és Automatizálási Kutatóintézete (SZTAKI) egyik alagsori helyiségében készültünk a tudományos pályára. Ennek oka az volt, hogy Roska Tamás, karunk egyik alapítója volt az akadémiai intézet egyik vezetője.
A kezdetektől bekapcsolódtam a kar munkájába, részt vettem az oktatásban, főként analízis gyakorlatokat vezettem. Fontos lépést jelentett ez a tudományos önállósodás felé. Közben – 2004-ben – mérnöktanári diplomát szereztem kémiából.

A kutatómunkában a kezdetektől részt vett?

Amíg nem volt önálló épülete a karnak, az oktatásra helyezték a fő hangsúlyt. A SZTAKI-ban nem álltak rendelkezésre a mi kutatási területünknek megfelelő laboratóriumok, ezért a kutatómunkát a műegyetemen végeztem, Noszticzius Zoltánnál. Oldat formában hoztuk létre a dióda jelenséget. Ez egyébként Roska Tamás számára is izgalmas kutatási témát jelentett.

Mi lett szűkebb kutatási területe?

Kutatásaim során megismerkedtem Ronald A. Siegellel, a minnesotai egyetem egyik professzorával. A farmakológiai kutatás mellett a professzor azzal is foglalkozik, hogyan lehet kisméretű eszközökben kialakítani folyadékáramlást, vagy megakadályozni azt valamilyen egyszerű kémiai jellel, például úgy, hogy megváltoztatjuk az oldat pH-értékét. Egytized milliméter nagyságú eszközöket kell elgondolnunk. Ez a kutatás nagyban hasonlított ahhoz, amivel mi idehaza foglalkoztunk.
Megtetszett nekem a mikrotechnológia, a mikrofluidikai rendszerek világa. Az amerikai egyetem ezeket az eszközöket a gyógyszerek szervezetbe való bejuttatására, illetve adagolására fejlesztette ki. 2006-ban meghívást kaptam Ronald A. Siegeltől, két hónapot töltöttem Minneapolisban. Akkor ismerkedtem meg közelebbről a mikrotechnológiával.
Ilyen jellegű kutatás ma is csak egy-két helyen folyik Magyarországon. Ha egy laboratóriumi folyamatot miniatürizálni akarunk valamilyen gyakorlati célból – akár hogy hordozható legyen az eszköz, stb. –, a hétköznapi életben szokatlan, érdekes fizikai jelenségek mutatkoznak a mikrokörnyezetben.
Mostanra alakult ki karunkon a biomikrofluidikai laboratórium. Magát a bionikát 2006-ban akkreditáltuk, és 2008-ban indítottuk el a szakot. Több olyan laboratóriumunk is kialakult, amelyek a bionika irányába mutatnak.

Mit jelent a bionika a kar nevében, hogyan lehet ezt a fogalmat általánosan megérthetővé tenni?

Az informatikának és a biológiának, a biotechnológiának a határterülete izgalmas tudományos és gyakorlati kérdéseket vet föl. A bionika kifejezés elsősorban a bionikus protéziseket jelenti az angolszász országokban: a kéz- és lábprotéziseket.

Miben mások ezek a hagyományos protézisekhez képest?

Ifjúkori olvasmányélményt említve: a kalózkapitány lába fából volt faragva, s arra szolgált, hogy rátámaszkodjon – ezt jelenti a művégtag. Manapság a bionikus protézisek ennél sokkal többet tudnak. Egyre inkább illeszkednek az emberi mozgáshoz, mozgáskoordinációhoz. Segítik az eredeti működés és funkciók helyreállítását. A csonkolt végtagok idegpályáinak segítségével valamennyit vissza tudnak állítani az eredeti mozgató funkcióból. Ennek egyszerűbb formája, amikor az izmokhoz kapcsolnak bizonyos mozgatási funkciókat.
A protézisipar egyre inkább abba az irányba halad, hogy helyreállítsák az eredeti mozgásfunkciókat. Ma már olyan bionikus eszközök fejlesztése folyik a világban, amelyek nemcsak a mozgatást, hanem az érzékelést tekintve is információkat szolgáltatnak.
Ezek persze még igen drága berendezések, s kísérleti stádiumban vannak. A fejlődés azonban látványos. Az autóiparból véve a példát: 2004-ben kiírtak egy pályázatot az autonóm – önvezető – autó megkonstruálására. Egymillió dollár járt annak, aki olyan eszközt állít elő, amely a Mojave-sivatagban 240 kilométert tesz meg vezető nélkül a célpontig. Erre akkor még egyetlen autó sem volt képes, egy évvel később azonban már többen négy óra alatt teljesítették a távot. S ma, tizenegy évvel később lassan Magyarország útjain is megjelennek az autonóm kocsik.
A protézisiparban ehhez hasonló, rohamosan fejlődő folyamatokat látunk. Nemsokára megjelennek olyan termékek – protézisek –, amelyek jelentős mértékben helyreállíthatják az eredeti mozgási, látási és hallási, érzékelési funkciókat.

Az egyetem a bionika területén belül mire fordít különös figyelmet?

Négy pillérről, négy alaptémáról szoktunk beszélni, amelyek kombinációjaként, határterületként lehet a bionikát meghatározni. A matematikai és a modern fizikai – kvantumelektrodinamikai – alapozás az első, amikor például az atom és a foton közötti kölcsönhatást kell megérteni, s erre a tudásra alapozva eszközöket építeni. Azért is fontos ez, mert az optikában az ilyen kutatásokkal lehet új tudományos eredményeket elérni. Hogyan tudjuk például leképezni egy idegsejt esetében az ingerület lefutását.
A második oszlopot a modern számítástechnika, a programozás és a párhuzamos architektúrák ismerete jelenti. Egyre több olyan eszköz van, amely nem egy-két processzort, hanem több ezer, sőt több tízezer processzort tartalmaz. Ez új megközelítést igényel az eddigi számítástechnikai eljárásokkal szemben, ahol egy szálon futottak az események, s ahhoz kellett hozzárendelni – jól időzítve – a programot. Most, hogy már számos párhuzamos szálon tudunk dolgozni, az architektúrától, a hardvertől függ, hogy milyen programot, milyen szoftvert kell használnunk. A sok adat másféle architektúrát kíván.
Nézzük egy idegsejt elvezetését. Manapság már nem egyetlen elektródot használnak ehhez, hanem hatvannégyet, s ezek adatait processzor-architektúrával dolgozzák fel. Később ezt egy olyan chip fogja elvégezni, amelyet az elektród végére ültetünk. Hatvannégy csatornán másodpercenkét mintegy kétszáz adatot kapunk, ez igen nagy mennyiség, s kérdés, milyen algoritmust vagy architektúrát használjunk a feldolgozásukhoz.
A modern molekuláris biológia – a harmadik oszlop – a sejt működését kutatja. Megpróbálunk egy sejtet a maga egész valóságában modellezni – ez még nem működik, mert nincs akkora számítási kapacitásunk, hogy ezt molekuláris szinten meg tudjuk oldani. A sejtben több tízezer különböző molekula található, ezek koncentrációja, egymásra hatása komplex reakciókinetikai hálózatot ír le. Reményeink szerint ezen az úton egyes genetikai vagy civilizációs betegségeknek el tudunk jutni a forrásához, és meg tudjuk akadályozni a kialakulásukat, s képesek vagyunk gyógyszercélpontokat azonosítani.
A negyedik oszlop a kvantitatív idegtudomány. Régóta kíváncsi az ember, hogyan működik az agy. Az agy meg akarja ismerni önmagát. De vajon meg tudjuk-e ismerni saját agyunk működését, miközben nincs két egyformán működő emberi agy?
Ennek a négy oszlopnak az együttes szemléletét nevezzük bionikának.

Nyilván együtt kell működniük a Semmelweis Egyetemmel.

A Kísérleti Orvostudományi Kutató Intézettel (KOKI), illetve a Semmelweis Egyetem megfelelő klinikáival együtt végezzük ezeket a kutatásokat. Számos diszciplína kombinációjáról van tehát szó. Az informatika, a fizika, az elektronika, a molekuláris biológia és az idegtudomány együttes tudásáról. Erre készítjük fel a hallgatókat, s hiszünk abban, hogy a későbbiekben ezeknek a kombinációknak és érdekes kérdésfeltevéseknek a mentén kutatással, illetve fejlesztéssel foglalkoznak majd. Egy modern idegtudományi kutatóeszköz fejlesztése például rendkívül izgalmas kihívás.

És ez jelenti a jövő technológiai irányát...

Hiszek abban, hogy ez a jövő útja. S a hallgatók motivációját is fönn lehet tartani ezzel.

Milyen elhelyezkedési lehetőségek nyílnak számukra?

Magyarországon igen nagy a műszaki képzettség iránti igény. Mi magasan kvalifikált diákokat bocsájtunk ki, akik reményeink szerint az egyetem által művelt kutatási területeket munkahelyükön is intenzíven művelhetik majd. Mind a mérnök-informatikus szakon, mind a bionikán végzettek nagyon jól el tudnak helyezkedni, akár multinacionális vagy kisebb cégeknél.

 

x