Alapkutatások támogatása Amerikában

Az Amerikai Matematikai Társaság (AMS) és a Matematikai Tudományok Kutatóintézete (MSRI) félévente közös kongresszusi tájékoztatókat tart. Ezek a tájékoztatók lehetőséget adnak a matematikai közösség számára, hogy tájékoztassák a politikai döntéshozókat, továbbá, hogy kifejezetten meggyőző érveket mondjanak, milyen gazdag hozadéka lehet az állami befektetéseknek a matematikai alapkutatásba.

A cikk a 2018. május 22-i tájékoztatóról számolt be, amelyen az AMS és az MSRI vezetői, és jónéhány állam szenátora vagy az őket képviselő munkatársaik jelentek meg, mintegy ötvenen. Az Egyesült Államok Szenátusának Energiaügyi és Természeti Erőforrások Bizottsága, a Szenátus Demokratikus Politikai Bizottsága, a Képviselőház Költségvetési Bizottsága, a Nemzeti Tudományos Alap (NSF), és a Simons Alapítvány is képviseltették magukat.

A kongresszus egyetlen matematikai PhD-val rendelkező tagja, Jerry McNerney, Kalifornia demokrata képviselője a következőket mondta bevezetőjében: „Úgy gondolom, mi matematikusok, szeretnénk elfogadni a valóságot, tényekre és az igazságra támaszkodni, ami manapság még fontosabb, mint valaha. Szükségünk van olyan emberekre, akik valóban a tények talaján állnak, akik az ország érdekében akarnak tenni és kevésbé hajtja őket a politikai nyereségvágy. Bátorítom Önöket, hogy kapcsolódjanak be a folyamatba. Sok minden forog most kockán Washingtonban, és jó látni, hogy vannak legalább valamilyen szintig elkötelezett emberek.”

Az MSRI igazgatója, David Eisenbud hangsúlyozta az alapkutatásnak és finanszírozásának fontosságát, valamint annak lehetetlenségét, hogy megjósoljuk mely kutatási irányok fognak a jövőben áttörésekhez vezetni.

„Ki tudta – kérdezte retorikusan – hogy az ősi japán művészet, a papírmadarak hajtogatása egyszer fontos szerepet tölt be a mérnöki munkában?”

Ezután következett Erik Demaine „Origami találkozása a matematikával, a tudománnyal és a mérnöki tanulmányokkal” című előadása. Az MIT informatika és mérnök professzora öltönyt viselt és egy olló volt nála.

Demaine és Tomohiro Tachi dolgozta ki az Origamizer freeware-t, amely hajtogatási mintát generál bármely háromdimenziós origami alakzat elkészítéséhez. Úgy tűnhet, hogy ez csak azon keveseknek áldás, akik azért lelkesednek, hogy egy négyzet alakú papírból egy jedit vagy egy orrszarvúbogarat készítsenek, ám az Origamizer algoritmus valójában sokkal szélesebb körben alkalmazható: új gyártási technológiát sugall. Végül is acélból, kartonból vagy műanyagból készült lapokat a hajtogatási vonalak mentén lézerrel kipontozva egyszerűbb és olcsóbb szállítani, mint az üreges 3D-s formákat...

„Elképzelek egy jövőt, amelyben vásárlásakor egy széket laposan kapunk meg, majd kipattintjuk és összehajtjuk” – mondta Demaine. „Ez az IKEA-nak amolyan szélsőséges formája.”

És a megvalósítható origami struktúrák szélsőségesebb környezetben is használatosak, mint egy nappali szoba vagy társalgó! A távcső lencséi összecsukhatók, hogy beférjenek az űrjárművekbe a szállításhoz, az artériás sztentek tömören kerülnek behelyezésre, majd kinyílnak. A Brigham Young Egyetem egy kutatócsoportja az origami Yoshimura-féle hajtogatási mintáját használva megalkotott egy hordozható golyóálló pajzsot, amely lőfegyveres támadástól védi a vészhelyzetben részvevőket (https://www.youtube.com/watch?v=P_ezsOeX5mQ).

Egy másik potenciálisan életmentő alkalmazásra mutatott rá az előadó, amikor beszélt a linkage[1]-ről, amelyet egyébként „egydimenziós hajtogatás-félének” hívott. A fehérje lényegében egy bonyolult linkage, és Demaine egyik cikke [1] ezt a hasonlóságot használta fel, hogy modellezze az algoritmust, amelyet a biológia a fehérjék feltekeredéséhez használ.

„Az ilyen betekintés a fehérjék kialakulásába segít új gyógyszerek kifejlesztésében, felgyorsítva a betegségek felszámolását. Ezért kell finanszírozni az alapkutatást – mondta –, hogy megértsük a matematikát a linkage-ek hajtogatásának geometriája mögött. Azt reméljük, hogy ezzel megértjük a fehérjék feltekeredésének mechanizmusát, és megoldjuk a világ egészségügyét.”

Előadása során Demaine tartózkodott attól, hogy mélyen belemenjen az általa leírt csodák – az összecsukható mikroszkópok és mikroszkopikus ehető robotok és programozható anyag – mögötti matematikába. Amikor említett egy tételt – a Hajtogatás és egyszeri vágás tételét – szemléltetésre az ollóját használta: előkapott egy darab papírt, laposra összehajtotta és – egyetlen egyenes vágással – egy hattyú szögletes alakzatát vágta ki belőle.

„Rendben, ez nem nyűgözte le magukat” – mondta fapofával. „Csinálok még egyet. Itt van egy – egy egyenes vágás, aztán kihajtás – kapunk egy kis angyalhalat.” Kiderült, hogy bármely egyenes vonalakból álló (síkbeli) alakzat előállítható így, vagyis laposra összehajtogatva, majd szétvágva egy egyenes mentén (erikdemaine.org/foldcut).

Kérdésekre válaszolva Demaine kifejtette, hogy amíg az origami technológia gyerekcipőben jár, a legtöbb projektje az alapkutatás alá tartozik. Nehéz odaállni az alkalmazásokban érdekelt pénzügyi támogatókhoz azt állítván, hogy meg fogjuk találni a rák gyógymódját – magyarázta. „Nem tudjuk, mit fogunk megoldani.”

A tájékoztató utolsó szavát Bart Gordon képviselő kapta, a tudomány régi támogatója, aki több mint negyed évszázadon át képviselte a Kongresszusban Tennessee 6. körzetét.

„Nem valószínű, hogy a magánszektor finanszírozza az alapkutatást, mivel a rövidtávú profit bizonytalan – mutatott rá Gordon. Hagyjuk a magánszektorra az alkalmazott kutatás finanszírozását” – mondta. „De az alapkutatást az államnak kell finanszíroznia. Kérem, továbbítsák ezt az üzenetet.”

[1] Matematikai linkage: gráfokhoz hasonló struktúra, csúcsokat és éleket tartalmaz, de az él általában egy meghatározott hosszúságú egyenes vonal, a csúcsoknál pedig az élek csuklósan elfordulhatnak. Merev karokból álló csuklós szerkezet (pl. robot kéz) matematikai absztrakciója. (A fordító.)