Sammanfattande dokument för utarbetandet av SSF:s Forskningsstrategi

Transkript

1 Sammanfattande dokument för utarbetandet av SSF:s Forskningsstrategi Version

2 Innehåll Sida 1. Inledning Stadgarna, Styrelsens avgränsningar 3-4 Beskrivning av processen för SSF:s Forskningsstrategi Begreppet Strategi 5-6 Flera aspekter av nytta, Svenskt samhälle ska stärkas 6 Självständig bedömning, Stiftelsens nisch i finansieringssystemet 6 a. Challenge-modellen, b. Ämnesmodellen, c. Individuella bidrag Förslag till forskningssatsningar 8 Challenges 8 Ämnen 9 Informationsteknik och dess kringområden 9-12 Life Sciences Life Science Technologies Materialvetenskap Nanosystemteknik Forskning för Produktutveckling och Processindustrin 19 Geovetenskap 20 Kompetensutbyggnad för att kunna utnyttja storskaliga anläggningar Utlysnings- och bidragsformer SSF och omvärlden 24 2

3 1.Inledning SSF:s styrelse har beslutat att utveckla en ny forskningsstrategi, som ska gälla under en femårsperiod från halvårsskiftet Denna strategi ersätter den som gällt sedan Till skillnad från den sistnämnda strategin, som utarbetades med hjälp av fem forskarpaneler, har det varit möjligt för alla intresserade att följa och påverka utarbetandet av den nya strategin via en interaktiv webbsida länkad till SSF:s ordinarie webbplats. Processen har varit fullständigt transparent och man har kunnat lägga förslag som privatperson, företag och institution. Den beskrivs närmare nedan, men först redovisas kort de randvillkor som betingas av Stiftelsens stadgar och de avgränsningar som styrelsen beslutat. Stadgarna Stiftelsens verksamhet styrs av dess stadgar, som fastställdes av Regeringen Stadgarna har sedermera reviderats av Regeringen, dels , dels Vad gäller Stiftelsens ändamål står att SSF ska stödja naturvetenskaplig, teknisk och medicinsk forskning. Stiftelsen ska främja utvecklingen av starka forskningsmiljöer av högsta internationella klass med betydelse för utvecklingen av Sveriges framtida konkurrenskraft. Vidare klargörs att Utmärkande för Stiftelsens verksamhet ska vara: koncentration av insatser så att forskningscentra eller forskningsområden med internationell slagkraft kan etableras, projekt och program som innebär gränsöverskridande över discipliner, etablering av nätverk eller fastare samverkansformer nationellt och internationellt bland annat genom etablerandet av ett internationellt forskarutbytesprogram, befordrande av forskarutbildning och forskarrekrytering, forskningscentra eller forskningsområden i nära anslutning till universitet och högskolor, samverkan mellan universitet och högskolor å ena sidan och näringslivet å den andra när forskning inom områden som är särskilt intressanta för näringslivet kommer i fråga, forskarrörlighet internationellt och mellan universitet/högskolor, institut och företag. Styrelsens avgränsningar Inför strategiarbetet har styrelsen fastslagit att SSF inte är beredd att stödja forskning inom samtliga aktuella forskningsområden. Vetenskapsrådet (VR) stödjer forskning inom naturvetenskap, medicin och teknik, områden inom vilka SSF enligt sin stadga också ska finansiera forskning. Den forskning VR stödjer kan huvudsakligen karakteriseras som fri grundforskning, även om medicinsk forskning och teknisk forskning rimligen kan beskrivas som tillämpad grundforskning. VR:s budget för forskningsstöd är tillräckligt stor för att kunna finansiera forskningsprojekt inom samtliga delar av ovanstående områden. SSF måste p.g.a. sin betydligt mindre budget (f.n. 600 milj. kr/år) avgränsa sin finansiering till ett begränsat antal delområden inom naturvetenskap, medicin och teknik. Vidare har styrelsen klargjort att SSF inte finansierar forskning inom delområden för vilka staten inrättat särskilda forskningsfinansierande myndigheter eller forskningsstiftelser. Dessa områden, med respekt för att gränsområdena inte alltid är självklara, bedöms ha tillräckligt stöd via dessa finansiärer. Sådana delområden är: Lantbruks- och skogsvetenskaplig forskning. Dock finansieras forskning inom grön bioteknik och forskning som är en förutsättning för utnyttjandet av denna, samt veterinärmedicinsk forskning. 3

4 Tillämpad byggforskning och forskning om samhällsbyggnad, dvs. delområden som finansieras av FORMAS. Tillämpad miljöforskning som FORMAS och Mistra ansvarar för. Ekologisk forskning som finansieras av VR, FORMAS och Mistra. Beskrivning av processen för SSF:s Forskningsstrategi Processen genomförs i sju steg, varav tre gett en möjlighet för externa intressenter (forskare vid universitet, industri, forskningsinstitut, andra forskningsfinansiärer, universitets- och fakultetsledningar, övriga intresserade) att bidra med synpunkter, inspel och påpekanden om den gradvis framväxande forskningsstrategin. Ett antal hearings har anordnats då såväl unga som mera erfarna universitetsforskare, fakultetsledningar, samt företrädare för industri och forskningsinstitut inbjudits att lämna synpunkter på tillgängligt material. Processens olika delar sammanfattas i följande figur och förklaras kort nedan. Steg 1. Startdokumentet läggs ut på webben. Steg 2. Fas 1 eller Open Review 1 (v.33-35) Under tre veckor erbjöds alla intresserade att lägga egna förslag, kommentera andras, samt revidera egna förslag via SSF:s för ändamålet uppsatta webbsida. Samtliga förslag och kommentarer skulle vara undertecknade. Dessa synpunkter tillsammans med de förslag som inkom under tre hearings (se nedan) utgjorde basen för en första sammanställning av tänkbara forskningsområden, vilken också lades ut på den särskilda webbsidan. Steg 3. Hearings (v.36 40) Startdokumentet samt de tidigare förslag som inkommit till Stiftelsen från universitet, högskolor och industriforskningsinstitut, företag och grupper av enskilda forskare utgjorde underlag för en första serie av hearings. Tre grupper inbjöds att delta i diskussioner om ämnesområden och utlysningsformer: Grupp 1: Deltagarna i programmen Framtidens Forskningsledare (FFL) och Ingvar Carlsson Award (ICA), samt ett antal forskare som mottagit ERC-starting grants och Göran Gustavsson-priset. 4

5 Grupp 2: Fakultets- och universitetsrepresentanter och seniora universitetsforskare. Grupp 3: Företrädare för industri och industriforskningsinstitut. Varje hearing tillgick så att deltagarna under förmiddagen delades in i ämnesspecifika grupperingar (livsvetenskaper, materialvetenskap, ICT, etc.), medan de efter lunch bildade blandade, mångvetenskapliga grupper. Målet under alla tre dagarna var att grupperna skulle komma fram till ett antal förslag på ämnesområden där SSF bör finansiera forskning. Två externa personer; Dr. Berth Eklund och Prof. Torbjörn Fagerström fungerade som facilitatorer under dessa dagar, medan personal från SSF:s kansli förde anteckningar och gjorde ljudupptagningar. På basis av de förslag som framkommit under hearings, de förslag som inkommit via SSF:s webbsida, förslag inkomna från högskolor, forskningsinstitut och branschorganisationer 2010 samt trender som utläses av andra aktuella forskningsstrategier från andra forskningsfinansiärer, skrev projektgruppen ihop den första sammanställningen. Denna version diskuterades vid Styrelsens möte den 24 oktober 2011, varefter den lades ut på Stiftelsens webb den 14 november. Steg 4. Fas 2 eller Open Review 2 (v.43-46) Denna första version var tillgänglig för kommentarer på SSF:s för ändamålet uppsatta webbsida under 3 veckor, då möjlighet gavs för alla intresserade att lägga nya förslag och/eller kommentera det utlagda dokumentet. Liksom tidigare välkomnades alla typer av kommentarer, men de måste vara signerade. Projektgruppen arbetade in inkomna synpunkter till en andra sammanställning, vilken förelades Styrelsen vid dess möte den 7 februari. Steg 5. Beslut i styrelsen Styrelsen väljer ut de ämnesområden och utlysningsformer som den kommer att prioritera under de närmaste fem åren ( ). Projektgruppen bearbetar Forskningsstrategin i enlighet med styrelsens val av ämnesområden till Version 3, som läggs ut på SSF:s webbsida. Steg 6. Fas 3 eller Open Review 3 (v.11-13) De personer, som tidigare deltog i hearingen under Steg 3 inbjuds personligen att under 3 veckor lämna synpunkter via webbsidan på styrelsens val av ämnesområden och utlysningsformer. Samtidigt ges alla övriga intresserade en ny möjlighet att påverka processen under 3 veckor och ge sina synpunkter på styrelsens val av ämnesområden och utlysningsformer. Projektgruppen arbetar in synpunkter och kommentarer i strategidokumentet till Version 4 Rapport vid styrelsesammanträdet Steg 7. Styrelsen fastställer fastställer SSF:s Forskningsstrategi ) 2. Begreppet Strategi Stiftelsens ändamål redovisades i förra kapitlet. Det är uppenbart att tolkningen av nyckelorden strategisk forskning och konkurrenskraft är avgörande för hur Stiftelsen genomför sitt uppdrag. Stiftelsen har definierat strategisk forskning som sådan forskning som på sikt kommer till nytta för Sverige. Flera aspekter av nytta Nyttan kan bedömas utifrån en eller flera av nedanstående aspekter: forskning vars resultat kan ligga till grund för utvecklingen av existerande eller nya företag; forskarutbildade personer, som genom en 5

6 breddad och förbättrad forskarutbildning är attraktiva för anställning främst inom näringsliv och samhälle men också inom högskola och institut; kraften hos internationellt högklassiga forskningsmiljöer att attrahera unik kompetens och internationella investeringar till landet; forskning som fungerar som ett fokus för internationellt samarbete, varigenom kunskap av intresse för svensk industri kan hämtas hem. Allt detta bidrar också till ökad livskvalitet genom fler arbetstillfällen, bättre arbetsförhållanden och bättre hälsa, samt till ett hållbart samhälle. Svenskt samhälle ska stärkas Konkurrenskraften värderas utifrån hur svensk forskning och svenska forskningsresultat hävdar sig i en internationell jämförelse. I detta ligger att industri baserad i Sverige och svenskt samhälle ska stärkas, att svenska positioner ska flyttas fram vad gäller tillväxt och hållbar utveckling liksom vad gäller livskvalitet, samt att svenska forskares bidrag till världens forskning ska växa i betydelse och omfattning. Självständig bedömning Stiftelsens verksamhet ska bedrivas på grundval av stiftelsens egna, självständiga bedömningar. Forskningsbidragen kan avse såväl ren grundforskning som tillämpad forskning samt, inte minst, områdena däremellan. Stiftelsen ska ha en lång, dock inte evig, livslängd, vilket kan uttryckas som att en rimlig volym av forskningsstöd ska kunna fortgå under lång tid. Stiftelsens nisch i finansieringssystemet Stiftelsens verksamhet ska enligt stadgarna utmärkas av en koncentration av insatser så att forskningscentra eller forskningsområden med internationell slagkraft kan etableras. Denna nyckelformulering klargör att Stiftelsen inte skulle kunna välja att enbart dela ut projektstöd till enskilda forskare, enligt den modell som dominerar i de statliga forskningsråden. Å andra sidan har Stiftelsen full frihet att använda en del av sina resurser till olika typer av individuella bidrag (vilket också sker), liksom att stödja grundläggande forskning i betydligt större utsträckning än vad t.ex. Vinnova gör. Stiftelsens nisch kommer därigenom att bli definierad ungefär enligt följande schematiska figur: För att uppfylla denna nisch kan Stiftelsen välja några olika handlingsalternativ, vilka utkristalliserats och diskuterats under strategiprocessens hearings: 6

7 a. Challenge-modellen Denna modell innebär att man identifierar ett antal övergripande utmaningar som samhället står inför. Exempel kan vara en åldrande befolkning, eller behovet av energisnåla teknologier. Utifrån dessa ramverk inbjuds forskarsamhället att formulera forskningsbara frågor av såväl grundläggande som tillämpad karaktär som är relevanta för att lösa det övergripande problemet. Genom problemens övergripande karaktär kommer företrädare för ett stort antal discipliner att känna sig kallade. Ett par fördelar med denna modell är att den torde befordra tvärvetenskap bättre än de flesta alternativ, samt att den bör underlätta samarbeten mellan näringsliv och akademi, respektive myndigheter och akademi, eftersom utmaningar av denna dimension naturligt involverar hela samhället. En nackdel är att den forskning som modellen genererar inte nödvändigtvis svarar mot universitetens kompetensprofiler. Stora segment av universitetens spetsforskning inom medicin, naturvetenskap och teknikvetenskap skulle mycket väl kunna befinnas vara irrelevanta i förhållande till en viss challenge och således bli utan möjligheter att söka forskningsmedel från Stiftelsen. b. Ämnesmodellen. I denna modell identifieras forskningsområden som av något skäl kan anses vara strategiskt viktiga. I det typiska fallet är de betydligt smalare än de områden som klassificeras som challenge ; ofta så smala att de helt definieras inomvetenskapligt. Exempel kan vara skogsbioteknik, inflammationsforskning, eller ytkemi. Det kan också gälla tekniker ( verktygslådor ) som man vet, eller kan anta, kommer att bli generellt användbara inom många olika forskningsområden, som tillämpad matematik. Många av Stiftelsens hittillsvarande satsningar hör hemma inom denna kategori. En fördel med satsningar inom denna kategori är att forskningsområdena normalt svarar mot befintlig organisation vid universiteten; det är enskilda forskargrupper, som naturligt identifieras med, och kan söka medel för, forskning inom ett visst område. En annan fördel med denna modell är att den befordrar att ny spetskompetens på ett naturligt sätt penetrerar många delar av forskningssystemet. Detta eftersom man efterlyser forskning som utvecklar ett visst område, samtidigt som man stödjer konkreta tillämpningar av det inom andra discipliner och/eller relevanta industriella och samhälleliga områden. En nackdel kan vara att ämnesmodellen inte på något enkelt sätt befordrar mångvetenskapliga eller andra innovativa konstellationer. Stiftelsen har dock hittills försökt råda bot på denna svaghet genom riktade tvärvetenskapliga satsningar, till exempel Bio-X. Modellerna a och b torde normalt förutsätta breda satsningar av typen rambidrag. c. Individuella bidrag Även individuella bidrag till yngre lovande forskare är naturligtvis strategiska, i den meningen att de utgör en investering i morgondagens spetsforskning. Stiftelsen har hittills drivit flera individbaserade program t.ex. Senior Individual Grants, Junior Individual Grants, Framtidens forskningsledare, Ingvar Carlsson Award, Strategisk Mobilitet och Internationell Strategisk Rekrytering vilka generellt sett har varit mycket uppskattade. Frågan om hur stor andel av resurserna som bör läggas på program i denna kategori diskuteras återkommande både i forskarsamhället och inom Stiftelsens styrelse. 7

8 3. Förslag till forskningssatsningar I detta avsnitt görs ett försök att sammanfatta de olika förslag som har framkommit genom strategiprocessen, sådan den redovisats i föregående kapitel. Challenges Åldrande befolkning är en stor framtidsfråga (eller den pigga hundraåringen som en mera klatschig formulering löd). Det som diskuterades var om den demografiska utvecklingen överhuvudtaget är ett problem, och i så fall på vilka sätt. För att attackera problemet behövs ett helhetsgrepp, där kompetens från medicin, humaniora och många andra discipliner samverkar. Detta kan även innefatta IT för en åldrande befolkning, t.ex. system som håller reda på medicin, var man befinner sig (GPS), busstider, etc. Sverige har bra förutsättningar i form av digitala kartor, god mobiltäckning, heltäckande register mm. Här krävs också koppling till beteendevetenskap, nya material bl.a. för ortopedi och nya sensorer, som möjliggör kvalitativt nya funktioner, så att exempelvis funktionaliteten hos en robothand blir lika delikat som människans. Sverige har en bra infrastruktur och bra mognad för att bygga och testa denna typ av system. Ett annat förslag på övergripande utmaningar var det virtuella brukssamhället, eller den uppkopplade och miljösmarta staden effektiviteten hos ett litet brukssamhälle i en modern storstad. Detta handlar bl.a. om att systematiskt exploatera IT för samhällets utveckling. IT har här möjlighet att konkurrera med vårt behov av persontransporter genom att möjliggöra virtuella möten och samarbetsformer. Det kan också handla om att göra det transportbehov som naturligtvis ändå kommer att finnas kvar mera effektivt och miljövänligt, som att hitta närmaste cykel i staden eller att på ett enkelt sätt kunna utnyttja en bilpool. Viktigt i detta sammanhang är att förbättra regelsystem som ibland är förlegade och utgör ett hinder för utvecklingen. En tredje övergripande utmaning som kommit upp i flera sammanhang gäller den nygamla basindustrin. Tanken här är att de naturtillgångar som byggt stora delar av vår nuvarande industristruktur skogen, malmen, vattenkraften delvis har hamnat i skymundan när nya, mera kunskapsintensiva industrigrenar vuxit fram. Men dessa senare, t.ex. telekom och läkemedel, kan lätt flytta utomlands (och gör det i viss utsträckning). Ett alternativ för SSF skulle kunna vara att satsa på forskning som på sikt kan höja förädlingsvärdet hos de naturgivna inhemska råvarorna. Nya material kan utvecklas från våra klassiska råvarutillgångar. Det påpekades att om länder som Kina och Indien fortsätter sin utveckling har vi snart inte bara brist på sällsynta jordartsmetaller, utan brist på råvaror överhuvudtaget. Då borde Sverige kunna slå mynt av alla fina polymerkedjor som växer i skogen, som någon formulerade det. Polymerteknologi och fiberteknologi modifierar cellulosa med syntetiska polymerer och leder till material som kan användas för produkter med hög hållfasthet, som stolar etc. Nano-cellulosa är ett annat exempel på ett nytt material baserat på svensk råvara. Den framtida förväntade ökande bristen på råvaror utgör naturligtvis ett starkt incitament för återanvändning ett område där Sverige skulle kunna vidareutveckla sin spetsteknologi. Andra områden som nämndes var: 8

9 Den utsläppsfria fabriken. Forskningen här gäller både process- och tillverkningsindustrin och tanken är att optimera användningen av insatsvaror och processer på ett så miljömässigt uthålligt sätt att inga utsläpp av föroreningar sker vare sig till luft, mark eller vatten. Energieffektiva system har flera aspekter; det handlar både om energieffektivisering i t.ex. processindustrin, minskade förluster i överföringssystem och Internet of things, dvs. alla elektroniska prylar som drar energi, stora sensornätverk i övervakningssystem och liknande. Om inte energianvändningen kan minskas i alla komponenter som utnyttjas i samhället i ökande takt kommer behovet av elektrisk energi att bli mycket stort, vilket riskerar att ge miljöproblem i förlängningen. Klimatneutrala transporter är delvis en variant på temat ovan, men handlar också om en bättre infrastruktur, som stabilare järnvägsförbindelser eller ökad biogasframställning för att säkra klimatvänliga transporter. Ämnen Informationsteknik och dess kringområden Samhället är allt mer beroende av ett högpresterande och väl fungerande kommunikationsnät, inte bara för de renodlade kommunikationstillämpningarna, utan även som bärare av kritisk information för olika funktioner inom eldistribution (smarta elnät), transport, hälsa och liknande. Under skalet på snart sagt alla kvalificerade industriprodukter finns idag system som kan beskrivas som programvaruintensiva. Och dessa ger grunden för den IKT (Informations- och kommunikationsteknik) som vi på olika sätt ständigt ökar vårt beroende av. Denna utveckling ställer en mängd krav på infrastrukturens egenskaper. Olika aspekter på design, analys, tillgänglighet, säkerhet, integritet och tillförlitlighet måste alla tillgodoses ofta i realtid. Detta är också ett centralt område för många av Sveriges industrier och berör en växande del av investeringarna. Området är dessutom allt mer integrerat i andra forskningsområden. Olika tillämpningsområden hjälper i hög grad till att driva utvecklingen inom kärnvetenskaperna, bland annat genom att tillföra nya frågeställningar. Den infrastruktur som utvecklas i samhället idag, och som involverar kommunikationsnät, saknar i stort vetenskaplig grund. Den har byggts på successivt och ad hoc, och är än så länge ganska isolerad från globala nätverk som Internet. I takt med att vitala infrastrukturer inom energi, transport, hälsa, utbildning etc. kommer att få en ökande automatisering och komplex interaktion med varandra och med oss människor, behövs en grundläggande förståelse för hur information ska insamlas, bearbetas och presenteras. Systemen ska designas, analyseras och modelleras. Hur vi ska göra så här komplexa och heterogena system robusta och säkra är idag oklart. Däremot är det klart att utvecklingen med stora, sammankopplade informationssystem kommer ge sociala, verksamhetsmässiga och andra konsekvenser som vi inte kan överblicka. Mjukvara dominerar såväl kostnads- som verksamhetsmässigt de flesta områden inom informationstekniken. Dagens svenska industristruktur motiverar forskning om metod- och processfrågor för produktframtagning av komplexa tekniska system där en hög andel av kund- och marknadsvärdet kan realiseras i mjukvaran. Det är därför viktigt att investera i kvalitet på mjukvara, bl.a. för att upprätthålla en hög samhällseffektivitet. Dålig mjukvara leder även till dålig datorsäkerhet. Generella problem beträffande utveckling av stora mjukvarusystem behandlas av områden som datorarkitektur, komponentbaserad mjukvara, återanvändning och produktlinjer, system av system, säkerhetskritisk programvara och kvalitetssäkring. Ett exempel på relevanta forskningsfrågor är hur mjukvara ska utvecklas så att man bygger in säkerhet och andra kvaliteter från början. Metodfrågorna behöver också utvecklas. Vidare ökar parallelliteten i processorerna vilket gör att de blir allt svårare att 9

10 programmera. Det har visat sig vara svårt att få fram verkligt tillförlitliga och stabila system, eftersom parallella system är särskilt knepiga att verifiera och felsöka. Trender som multicore och cloud computing ställer en stor del av dagens programvaruutveckling på ända. Nya lösningar för hur man skapar energisnåla, predikterbara, tillförlitliga system med realtidsgarantier där man skilja ut och isolera särskilt kritiska delar måste skapas, samtidigt som man migrerar befintlig kod till de moderna plattformarna. Algoritmer som fungerat bra för sekventiella datorer behöver arbetas om, ofta från grunden. Att inbyggda systems mjukvara normalt är ganska hårdvarunära gör kostnaderna för bytet av processorarkitektur extra höga. En annan trend, att kombinera högteknologiska prylar och användarvänlig programvara i form av appar, skapar spännande möjligheter att nå ut brett till konsumentmarknaderna, men kräver kompetens såväl inom storskaliga tekniska system som för småskalig massdistribuerad programvara. Tillämpad matematik, Beräkningsteknik & Big data. Om svensk forskningsbaserad industri ska kunna blomstra inom t.ex. bioteknik, systemteknik, materialutveckling, produktionsteknik och andra områden krävs en stark svensk metodvetenskaplig bas, utvecklad av matematiska vetenskaper och datalogi. Utvecklingen av nya algoritmer, mjukvaruarkitektur, visualiseringsteknik, etc. behöver vara tätt sammanlänkad med respektive vetenskapsområde. Det behövs mer forskning kring automatiserade IT-system, alltså system som automatiskt samlar in och bearbetar data. Inom vissa områden är det viktigt att det sker på ett statistiskt säkerställt sätt, inom andra är det viktigare att snabbt finna anomalier osv. Beräkningsvetenskapen är en mångvetenskaplig disciplin som kombinerar matematik med andra discipliner som fysik, geovetenskap, kemi, medicin, bioteknik, ekonomi och datalogi. För Sveriges utveckling inom detta område de närmaste åren är det väsentligt att befintliga satsningar på infrastruktur för visualisering och högprestandaberäkningar kompletteras med motsvarande satsningar på utveckling av grundläggande analys, algoritmer, modellering och mjukvara inom området. Sådan grundläggande forskning genererar framtidens beräkningstekniska verktyg för tillämpningsämnen, där en trend går mot mer tillämpningar inom multifysik baserade på generell teori och mjukvara över disciplingränserna. När storleken och komplexiteten hos datamängderna ökar behöver även förmågan att hantera stora datamängder utvecklas för att hänga med inom industritillämpningar, inte minst drift och underhåll, men också inom bl.a. livsvetenskaperna, där genomik, proteomik, neuroinformatik etc erbjuder stora utmaningar. När datamängderna växer blir manuell hantering och sökning av data allt svårare och kräver automatiskt understöd. De redskap som behövs för att kunna hantera de möjligheter och utmaningar som skapas genom de nya stora datamängderna måste utvecklas i nära samarbete med olika tillämpningar och discipliner. Realtidssystem och autonoma system är fortsatt viktiga områden av betydande industriellt intresse. Hantering av drift och underhåll ger här, liksom det allt större intresset för maskininlärning, ytterligare en stark koppling till big data. För vissa tillämpningar kan tillgång till verkligt stora datamängder reducera behovet av modellering. De interaktiva modeller och verktyg som växer fram i takt med ökade datorresurser öppnar nya möjligheter för vetenskapliga och industriella genombrott inom områden som annars hämmas av skalproblem, etiska problem eller höga kostnader. En helt ny gren av matematiken krävs för stora nätverk i exempelvis Internet, telekom, proteininteraktion, trafikövervakning, vattenrening, finansiell analys och klimatmodeller. Gränsen mellan vad som går att beräkna och vad som inte går att beräkna flyttas och utvidgas. Resultaten presenteras ofta visuellt och/eller virtuellt. Viktiga verktyg är också simulering, validering och modellering. Specialverktyg för lösning av vissa typer av problem kan generera betydande nytta. Bra simuleringar är resurssparande eftersom de minskar behovet av fysiska tester, bra modeller kan ge bättre egenskaper och mindre materialåtgång hos slutprodukterna, osv. Visualisering och virtuella miljöer i sin tur kräver bra grafik. 10

11 Datorgrafik är ett tillämpningsnära forskningsområde. Det är också gränsöverskridande med tillämpningar inom många olika områden. Ett problem är dock att många tänkbara applikationer inte kommer still stånd, därför att få företrädare är insatta i det senaste inom den snabba utvecklingen av datorgrafik. Till exempel skulle skaparna av många multifysik-, konstruktions-(cad) och bioinformatikprogram kunna lära mycket av spelgrafik; ett område som i stor utsträckning drivs av det förhållandet att användarens tålamod med icke-intuitiva användargränssnitt är mycket begränsat. Grafik och rendering, liksom förmåga att undertrycka för ögonblicket irrelevant grafisk information är andra exempel på områden där spel- och filmindustrin är skickliga. Inom industrin är ofta användningen av avancerad datorgrafik mera konkret. En virtuell fabrik är till exempel en modell av fabriken i datorn, där hela produktionsutrustningen kopplar in mot konstruktion och montering, så att man kan testköra produktionsupplägg innan de går i drift. Om något inte fungerar till belåtenhet kan man gå in i sina program och ändra, vilket naturligtvis är mycket billigare och snabbare än att upptäcka problemen först i den verkliga tillverkningsprocessen. Informations-, kommunikations- och systemteknik. I framtiden kommer digitala system att finnas överallt. Att kombinera IT som stöd för samhällsfunktioner, sociala beteenden och liknande kräver ny forskning inom IKT. Förutsättningen är en fungerande gemensam bas med öppna system och plattformar, som sedan olika tillämpningar kan bygga på. Lika viktigt som stabila och strukturerade nätverk är låg effektförbrukning hos den hårdvara som ska realisera den virtuella verkligheten. Nya kommunikationsteknologier, framförallt mobiltelefoni och sociala medier, används alltmer för att förstå och följa hur människor kommunicerar och rör sig, men även för att förstå skeenden i naturen och samhället. Moderna informations- och kommunikationssystem kan, till exempel, skapa en överblick av hur folk rör sig efter en naturkatastrof, eller vart de flyr efter en jordbävning, vilket sedan kan användas för att kunna förutsäga var hjälpinsatser gör störst nytta. Internet of things är ett område där fokus ligger på saker som är uppkopplade, oftast trådlöst och ibland mobila. Storlek, beräkningskapacitet och minnesutrymme kan variera väldigt. Den stora utmaningen här är att göra fungerande system av alla uppkopplade saker. Att vara ständigt uppkopplad kan vara allt ifrån att ha en digital färdvisare på vindrutan, få automatisk översättning av skyltar, övervakning av den egna hälsan, varhelst man befinner sig, virtuella möten med personer som inte är fysiskt närvarande etc. Nya metoder behövs, som inte fordrar en processor, RFID-tag eller sensor i varje enskild artefakt. Vi kommer att få seende system som informationsbehandlar världen (med bl.a data mining och video mining) och tillämpningsområdena är närmast oändliga. Men både seende system och stora sensornärverk kräver big data. Interaktionsteknologi, hur vi interagerar med komplexa tekniska system är av stort intresse och nära förbundet med Internet of things. I framtiden kommer vi att se många olika typer av enheter med nya typer av gränssnitt, skärmar och annan teknik ägnad att komplettera verkligheten. Simulatormiljöer kan bli ett allt viktigare inslag i produktutvecklingen inom svensk systembyggande industri. Många, såsom intelligenta transportsystem, smarta elnät, system för IT-baserad hälso- och friskvård etc., kommer att vara realtidsbaserade, med de speciella krav på snabbhet och annat som det innebär. Skalbarhetsaspekter på nätverk, Green computing. När fenomen som Internet of things, cyberfysiska system, (överlappande och besläktat med Internet of things) och virtual reality ska realiseras krävs utöver en ökad nätverksförståelse också bra skalbarhet med ett nytt tänkande från grunden (idag är det ett lapptäcke av system). Dessa expanderande användningsområden ställer ökade krav på energiförbrukning, användbarhet, skalbarhet och säkerhet. Smart Grid är i sig ett stort område för svensk systemindustri, eftersom vi i framtiden kommer att vara mycket mera beroende av energieffektiva lösningar. Detta ställer i sin tur bl.a. nya krav på att 11

12 garantera stabilitet i kraftsystem, att fördela energiresurser på ett mera flexibelt sätt (t.ex. mellan batteriladdning och uppvärmning), att integrera marknadsmekanismer på ett sätt som gynnar energianvändarna och samhället. Smart Grid stöds av kommunikationsinfrastruktur och nya komponenter. Stora nätverkssystem kommer i framtiden att kontinuerligt känna av signaler i realtid och dessa signaler ska samordnas, tolkas och återkopplas till adekvata reaktioner - det kan gälla övervakning av vattenflödet i avloppsledningar, av trafik, eller av industriella processorer, för att nämna några exempel. Mängden sensorer driver i sin tur upp energianvändningen; därför är det viktigt att man kan få fram energisnåla sensorer. Med mängden sensorer växer också mängden data snabbt, varför man behöver mjukvarusystem som klarar kontinuerliga sökningar i strömmande data. Telekommunikationsforskning. Sverige har en unik situation vad gäller forskning inom telekommunikationsområdet. Vi har flera av värdens största intressenter samlade i bl.a. Kista, Lund och Göteborg. Vi har en hög användandegrad av portabla apparater för kommunikation, och en hög tillgänglighet. Kommunikationsutvecklingen har på ett utmärkt sätt utnyttjat signaltekniska möjligheter som tillhandahålls i kommunikation mellan användare och basstationer samt från maskin till maskin. För att ökningen ska kunna fortsätta, måste hela kommunikationskedjan och tekniken förbättras; från kanalen, över antennerna och förstärkare, via signalbehandling och protokoll. Ett område som har identifierats som intressant är att utnyttja basstationer med medelstora arrayantenner. En annan intressant möjlighet är very large MIMO, en utmaning både på signal- och antennsidan av kommunikationen. Ytterligare en intressant aspekt på kommunikationskedjorna är att minska deras energianvändande, genom tekniska och teoretiska förbättringar över hela kommunikationskedjan. Life Sciences Många förslag kretsar kring begreppet biologiska produktionssystem. Två huvudlinjer av förslag kan urskiljas. Den ena gäller vidareutveckling av befintliga system inom de areella näringarna för biologisk produktion, såväl skogs- som jordbruksproduktion. Material från såväl skogsträd som befintliga eller framtida jordbruksgrödor kan utvecklas för många användningsområden grön bioteknik och metabolic engineering kan ses som nyckelbegrepp i sammanhanget. Vi har framstående grupper inom både skogsbioteknik och växtbioteknik på jordbrukssidan, med bl.a. frontforskning om nya oljeväxter som skulle kunna ersätta vissa petroleumbaserade produkter. I ett längre perspektiv är jordbruksgrödor med helt nya egenskaper aktuella. Såväl produktion av läkemedel som vitaminer med hjälp av grön bioteknik är fullt realistiskt. Den andra huvudlinjen gäller gränsområdet till syntetisk biologi. Här handlar det om innesluten produktion av nyttigheter med hjälp av bakterier, svampar eller mikroalger vilkas genom har skräddarsytts för effektiv produktion. Ett omtalat exempel på sådan storskalig produktion gäller bioenergi, men området har mycket större potential än så. Här finns ett stort område som kan appliceras såväl inom medicinen som inom andra områden. Medan biotekniken anvisar metoder för att framställa dessa och andra nyttigheter, är det också klart att stora krav kommer att ställas på produktionssystemen och produkterna, vilket i sin tur innebär stora forskningsutmaningar. Kvaliteten på produkterna måste optimeras för de specifika industriella behoven, den totala produktionen måste vara tillräckligt hög för att vara lönsam och vid odling på åkermark måste toleransen hos grödan mot sjukdomar och abiotiska stressfaktorer vara tillräckligt hög för att medge god odlingssäkerhet. Ett område med bred biologisk och medicinsk tillämpning är det som omväxlande kallas systembiologi, integrativ biologi, eller från-gen-till-fenotyp-biologi. Vi har skaffat oss mycket goda kunskaper om molekylära processer, men man måste också kunna integrera kunskaper från molekylär till organ- och individnivån. Exempel på viktiga ämnesområden där systembiologi kan spela en framträdande roll är stamcellsbiologi (inkl. omprogrammering av mogna celler), analys av metaboliska förlopp (hos växter, djur och människa) och bioteknik, t.ex. konvertering av biomassa till bränsle och livsmedel. 12

13 Dessa till synes skilda områden har gemensamma problemkärnor: vilka är de nyckelgener/proteiner/signalvägar som samverkar till robusta beslut om cellers metabolism och differentiering; hur koordineras den biologiska aktiviteten mellan enskilda celler i komplexa vävnader och samhällen av organismer; hur kan dessa moduler och cellulära processer manipuleras (omprogrammeras) för att styra viktiga biologiska system. Beräkningsvetenskap och modellering är viktiga i denna forskning. Ett antal frågor inom medicinen som uppmärksammas alltmera är relaterade till personlig medicinering (eng. personalized medicine ). I takt med att markörer för diagnos förfinas, genkartläggning blir allt vanligare och regenerativa läkemedel utvecklas ökar förutsättningarna för, och inslaget av, personlig medicinering inom hälso- och sjukvården. Ovanstående förslag relaterar till området Sällsynta sjukdomar som utgör ett stort antal tillstånd som drabbar färre än 100 per miljon individer (svensk definition) eller 500 per miljon individer (EUdefinition). För vanligare sjukdomar satsas stora resurser av stat och läkemedelsindustri för att öka kunskaperna och förbättra behandlingen. Eftersom ett fåtal individer lider av en specifik sällsynt diagnos är benägenheten att satsa forsknings- och utvecklingsresurser mycket lägre än för vanliga sjukdomar. För varje sällsynt diagnos drabbas få personer i Sverige, men sammanlagt många i världen. Dessutom är många fler än diagnosbärarna berörda av sällsynta sjukdomar, både anhöriga och vårdpersonal. Forskningen om sällsynta sjukdomar är utspridd i öar på olika institutioner och den är jämförelsevis begränsad med avseende på det stora antalet diagnoser och deras heterogenitet. Detta område skulle kunna vara strategiskt för svensk läkemedelsindustri. För ovanstående problemställningar gäller att de, vid sidan av sina inomvetenskapliga frågeställningar, också aktualiserar frågor om läkemedelsproduktion och -hantering. Läkemedelsindustrin i sin nuvarande form arbetar efter affärsmodeller som förutsätter produktion av ett mycket stort antal doser av generellt användbara preparat. Mer individbaserade läkemedel ställer en sådan affärsmodell på ända. Ett medicinskt/veterinärmedicinskt område som lyftes fram är grundläggande forskning kring infektionssjukdomar, emerging viruses och nya antibiotika. Det finns en god klinisk kompetens i landet, men det finns ett behov av innovativ preklinisk forskning som drivs exempelvis av proteinkemister, syntetiska kemister eller cellbiologer, liksom det finns ett behov av att utveckla nya djurmodeller. Dessa komplement är nödvändiga för att gå från grundläggande preklinisk forskning till kliniska tillämpningar. Framgångsrik internationell virologiforskning har under de senare åren resulterat i utveckling av nya antivirala medel såsom neuraminidashämmare (influensa A virus), proteas- och replikationshämmare (HIV), men även nya vacciner mot t.ex. virus-orsakad diarré (rotavirus), gulsot (hepatit A- och B-virus) och underlivs- och levercancer (papillom-och hepatit B virus). Ytterligare konceptuellt nya behandlingsmetoder är på frammarsch. Svensk virologiforskning har under senare år initierat projekt med inriktning mot utveckling av antivirala medel mot virusorsakade ögoninfektioner (adenovirus), munsår (herpesvirus), AIDS (HIV), luftvägsinfektioner (RS-virus/coronavirus/influensavirus m.fl.), mage/tarm-infektioner (rotavirus och vinterkräksjukevirus), TBE (TBE-virus) och urinvägsinfektioner (adenovirus), varav många är mycket nyskapande och lovande och vissa närmar sig klinisk prövning. Utöver dessa finns ett stort antal virus med epidemisk eller pandemisk potential som vi inte kan behandla/vaccinera mot alls, och där vi helt saknar eller på sin höjd bedriver småskalig forskning med antiviral-inriktning: SARS-virus, paramyxovirus, förkylningsvirus, enterovirus, coxsackievirus, echovirus m fl. Dessutom saknas medel mot virus som orsakar allvarliga eller dödliga infektioner hos immunosupprimerade patienter, t.ex. Epstein-Barrvirus, polyomavirus och adenovirus. Genom att allt fler patienter behandlas med immunmodulerande medel (t ex i form av potenta monoklonala 13

14 antikroppar) ser vi nu en snabb ökning av de patientgrupper som drabbas av sådana opportunistiska virusinfektioner. En satsning på utveckling av antivirala medel med väl etablerade metoder såsom high throughput screening kan även inkludera utveckling av diagnostik för att möjliggöra maximalt tidig och effektiv behandling, eventuell koppling av virus till sjukdomar som traditionellt inte anses ha en infektiös bakgrund (multipel skleros, diabetes mm), viral normalflora och dess effekt på hälsa samt kroniska infektioner och åldrande. Många av de nya patogenerna har sitt ursprung hos andra djurarter. Sådana zoonotiska infektioner kräver ett fördjupat samarbete mellan veterinärmedicinsk och humanmedicinsk infektionsbiologi. Gastrointestinala patogener (E. coli inkl EHEC, Campylobacter, Salmonella m,fl.), influensavirus (t.ex. fågelinfluensa, nya influensan/svininfluensan ), vektorburna sjukdomar (t.ex. sorkfeber, denguefeber, dvärgbandmask) och antimikrobiell resistens är ökande problem. Det senare gäller främst antibiotikaresistens, där spridningstakten idag är oroväckande hög i många delar av världen, men även resistens mot antivirala preparat och mot olika antiparasitära substanser ökar. Flera förslag handlar om veterinärmedicinska frågeställningar, delvis kopplade till humanmedicinska. Framför allt två aspekter berörs. Dels underströks den stora potential som ligger i komparativa studier människa/djur inom områden som näringslära/näringsfysiologi, farmakologi och läkemedelsutveckling. Djurmodeller kan utnyttjas i större utsträckning än hittills; så t.ex. kan livsstilsförändringar studeras i husdjur som hundar och katter, vilka också utvecklar fetma och diabetes. Ett sådant program skulle kunna kallas från molekyl till människa, från farmaci till proof-of-concept i homo. Det påpekades också att man genom att nyttiggöra spontant uppkommen sjukdom hos djur inom forskningen undviker delar av de etiska dilemman som annars begränsar denna typ av studier. Till exempel har hunden visat sig vara en bra modell för att identifiera sjukdomsframkallande gener. Både veterinärmedicinen och humanmedicinen har mycket att vinna på gemensamma forskningsprojekt. Kost och hälsa prioriteras av flera förslagsställare. Den vetenskapliga profilen i landet behöver höjas när det gäller sambanden mellan kost och hälsa eftersom detta är ett fält där självutnämnda experter ofta får alltför fritt spelrum. Här behövs strategiska insatser inom en rad områden, t.ex. växelspelet mellan genotyp och nutrition ( nutrigenomics ), eller effekter av ändrade matvanor på utvecklandet av kostrelaterade sjukdomar. Klinisk forskning, i synnerhet translationell, grundforskningsnära forskning inom t.ex. områdena hjärtkärl, njure och cancer förs fram av flera förslagsställare. Vi har tillgång till unika register i Sverige och kan därigenom göra bl.a. epidemiologiska studier som knappast kan utföras i något annat land. Ämnet molekylärbiologi har exempelvis genomgått en stark tillväxt under de senaste decennierna, och möjligheterna att bedriva kraftfull forskning med translatorisk potential inom vad som benämns funktionell genomik är nu påtaglig. I detta arbete kommer plattformar som tillåter undersökningar av fysiologiska förhållanden i levande djur att vara nödvändiga. Samtidigt har forskningen inom integrativ fysiologi minskat dramatiskt sedan 1980-talet såväl internationellt som i Sverige. Det finns ett behov av att vidareutveckla fysiologiska mätmetoder anpassade för smådjur, metoder som baseras på moderna imaging-tekniker, såsom ultraljud, MRI och PET. En möjlighet för att utveckla detta område vore att ett eventuellt program inom funktionell genomik också innefattade funktionella undersökningar samt utveckling av metodik för att kunna genomföra sådana studier. Sådana program skulle dels få inomvetenskaplig betydelse, dels vara av strategiskt intresse för läkemedels- och bioteknikindustrin, liksom för sjukvårdssektorn. Njursjukdom utgör ett stort folkhälsoproblem som dock inte uppmärksammas i samma grad som andra folksjukdomar eftersom sjukdomen ofta är tyst, d.v.s. förlöper utan symtom och därför kan förbli oupptäckt under lång tid. Förekomsten av kronisk njursjukdom ökar i hela världen. Studier från Norge, USA, Kanada, Taiwan och Japan visar att cirka 10% av befolkningen har tecken på njursjukdom i form av äggvita i urinen och/eller nedsatt njurfunktion. Hos personer äldre än 65 år är andelen med njurpåverkan ännu högre. Mild till måttlig njursvikt utgör en minst lika stor riskfaktor för hjärt- 14

15 kärlsjukdom som diabetes och rökning. Även tidiga stadier av njursjukdom är starkt kopplade till hjärtkärlkomplikationer. Trots de senaste årens stora teknologiska framsteg inom dialysbehandlingen har dialyspatienter en mycket hög sjuklighet, framförallt i hjärtkärlsjukdom. En stor andel äldre patienter med kronisk njursvikt når dock aldrig det stadium då dialysbehandling normalt påbörjas eftersom de innan dess avlidit i hjärtkärlsjukdom. Cancer finns i många olika former, men dess komplexitet blir alltmer uppenbar och idag betraktas cancer som flera olika sjukdomar. Även inom en viss cancerform hos en individuell patient föreligger en hög grad av variation mellan de maligna cellerna. Genom att analysera den genetiska uppsättningen och genernas uttryck i olika maligna celler i tumören kan man ibland identifiera de signalvägar som är felreglerade och sedan designa riktade behandlingar av vissa patienter. Sådana behandlingar skulle kunna vara effektivare och ge mindre biverkningar. Förutsättningen är att man har tillgång till goda biomarkörer och diagnostiska verktyg för att identifiera rätt patientgrupper och för att kunna övervaka effekten av den riktade behandlingen. Tyvärr finns rapporter om att metastaser från en patient kan härröra från olika individuella kloner i primärtumörer, vilket avsevärt skulle försvåra denna typ av behandling. Området är visserligen relativt välfinansierad från andra håll, men skulle kunna förstärkas strategiskt genom program som stimulerade interdisciplinär samverkan mellan klinisk expertis, farmakologer, läkemedelskemister, tumörbiologer och onkologer. Autoimmuna sjukdomar som grupp drabbar 5-8% av befolkningen i den utvecklade världen där de är den tredje största orsaken till sjukdom och död. De uppvisar dessutom en ökande prevalens. Endast tumörsjukdomar och hjärt-kärlsjukdomar är vanligare. Traditionellt har forskningen kring dessa sjukdomar utgått från de kliniska symtomen och de påverkade organen. Forskning kring reumatiska sjukdomar har således bedrivits på reumatologklinikernas forskningsavdelningar, forskning om inflammatoriska tarmsjukdomar i forskningsmiljöer kopplade till gastroenterologiska kliniker, endokrina autoimmuna sjukdomar vid endokrina forskningscentra etc. medan den immunologiska grundforskningen ofta är spridd i ett helt annat mönster. Allt eftersom kunskapsläget har utvecklats har det blivit mer och mer uppenbart att denna kliniskt heterogena grupp av sjukdomar delar många grundläggande patofysiologiska mekanismer, vilka framför allt utgår från en defekt immunreglering. Detta illustreras tydligt av utvecklingen av s.k. biologiska läkemedel där ett medel framtaget för att behandla en viss sjukdom, t.ex. TNF-alfa-hämmare vid reumatoid artrit, visar sig fungera mycket bra även vid inflammatorisk tarmsjukdom och psoriasis, vilka bägge har samma grundläggande patofysiologiska mekanismer som reumatoid artrit. Ett annat forskningsområde av stor betydelse för inflammatoriska sjukdomar, men även cancer, är Matrixbiologi. Extracellulär matrix (ECM) finns i alla organ och förutom att ge stöd åt vävnaderna påverkar ECM fysiologiska processer. Kroppens specialiserade bindväver såsom brosk, ligament och ben består huvudsakligen av ECM. Den luckra bindväven, i vilken blod- och lymfkärl samt nerver är inbäddade, finns under ytan av alla slemhinnor och bidrar till mekanisk styrka, men reglerar också transport av vatten och lösta ämnen. Det är i den sistnämnda vävnaden som exempelvis metastasering av tumörer och nybildning av blodkärl sker. Kardiovaskulära sjukdomar och diabetes påverkar sammansättningen av, och de fysiologiska egenskaperna hos, den luckra bindvävens ECM. Många infektioner lokaliseras till lucker bindväv. Denna är också av stor vikt vid sårläkning och fibrotisering. ECM-strukturer utgör dessutom måltavlor för immunsystemet vid autoimmuna sjukdomar som reumatoid artrit. ECM är också av stor betydelse för sårläkning. Ett viktigt forskningsområde är det medicinska utnyttjandet av stamceller. Forskning om hur ECM påverkar differentiering av stamceller röner ökat internationellt intresse. Svenska forskare med expertis inom ECM biologi/biokemi är väl positionerade att delta i mångvetenskapliga projekt inom detta område. Ett viktigt område för denna typ av forskning är också potentiella nischer för cancerstamceller. 15

16 Kronisk smärta förs fram som ytterligare ett exempel på ett område där det finns behov av att förstärka kliniknära forskning. Det behövs både ökad förståelse av de mekanismer som orsakar kronisk smärta och bättre diagnostiska och prognostiska verktyg för analys av sjukdomen. En satsning på området skulle kunna stärka förutsättningarna för svensk bioteknik- och läkemedelsindustri att utveckla nya konkurrenskraftiga produkter för diagnostik och behandling. Life Science Technologies Forskningsområdet medicinsk teknik innefattar skärningen mellan tekniska forskningsområden och tillämpningar inom medicinen. Denna forskning är huvudsakligen en teknisk disciplin, men kräver även kompetens inom naturvetenskap och medicin. Bio-imaging tillåter observation av livsprocesser som spänner från molekylära interaktioner till komplexa funktioner på hel-kroppsnivå; från in vitro-system till prekliniska modeller; från friska individer till akut och kroniskt sjuka. Historiskt har upptäckter av nya fysikaliska koncept och verktyg ökat möjligheterna att utveckla nya imagingmetoder. Generiska tekniker som högupplösande ljusmikroskopi, röntgenspektroskopi, kristalldiffraktion och magnetisk resonans (MR) har alla upptäckts av fysiker, men senare kommit till användning vid studier av biomedicinska och biokemiska fenomen. Av avgörande betydelse för detta var samspelet mellan forskare med kompetens inom cellbiologi, biokemi och medicin med forskare som hade kunskaper inom fysik, kemi och teknik. Bioimagingteknologi fortsätter att växa snabbt som ett forskningsområde med stor betydelse för preklinisk forskning, för diagnostisk verksamhet och för behandling. Cellterapi och Tissue engineering. Cellterapi är idag ett mycket expansivt forskningsområde. Framställning av terapeutiskt relevanta celltyper, stamceller eller differentierade celltyper, är ett strategiskt viktigt område av betydelse för preklinisk läkemedelsutveckling, för cellterapi/regenerativ medicin och för framsteg inom vävnadsteknologi. De cellinjer som f.n. används inom läkemedelsutveckling är ofta otillfredsställande modeller för specifika vävnadstyper och cytopatologiska processer. För att bedriva en framgångsrik forskning inom ovanstående områden krävs samverkan mellan grupper bestående av kliniker, biologer, fysiker, kemister och matematiker för att kunna etablera nya kompetensområden i interdisciplinära fält. Biokompatibla material Biokompatibla material är ett väsentligt medicinsk-tekniskt område både inom grundforskning och tillämpad forskning. Ett uppenbart applikationsområde är medicinska implanta. Andra områden är material för livsuppehållande utrustning, såsom hjärt-lungmaskiner, dialysutrustning, material för tissue engineering och material för diagnostiska verktyg (biosensorer och biochip). Ett viktigt forskningsmål är att utveckla en ny generation av funktionella material, som skräddarsytts för att ge ett biologiskt svar som är optimalt för den avsedda applikationen. En grundläggande frågeställning för alla applikationer är därför faktorer och mekanismer som styr den biologiska vävnadens reaktioner på biokompatibla material på både molekylär och cellulär nivå och hur de påverkas av olika ytors egenskaper. Forskningen inom biokompatibla material har därför utvidgats från traditionell materialforskning till att också få en mer cell- och molekylärbiologisk profil. Exempel på utmanande forskningsområden inom biomaterial är biokompatibla material med immobiliserade läkemedel /aktiva substanser för snabbare och förbättrad integration i vävnader och blod; design av mekaniskt anpassade hållbara biomaterial; nanostrukturerade ytor för differentiering och proliferering av stamceller; implantatmaterials effekter på immunreaktioner och sårläkning; biofunktionella, antibakteriella och biologiskt aktiva skikt; materialdesign för kontrollerbar och selektiv interaktion mellan yta, ben och annan vävnad. Implanterade/bärbara biosensorer och integrerad diagnostik 16

17 Idén bakom implanterade och bärbara biosensorer är att de ska mäta väsentliga medicinska parametrar hos en patient som lever sitt normala liv och via automatisk mobiluppkoppling kan slå larm till vårdcentral/sjukhus om något håller på att hända. Om sådana system kan utvecklas har de många applikationer. Flera svagheter måste dock övervinnas. Sensorchipen måste förmås att fungera under lång tid utan underhåll och de måste hela tiden mäta den parameter de är utvecklade för utan att störas av inre eller yttre faktorer. Ett annat problem är kraftförsörjningen, vilket ställer stora krav på kraftkällan. Man försöker utveckla system med energy scavengers och funktioner som utnyttjar naturliga eller artificiella kraftkällor runt patienten för att öka livslängden hos batteriet, eller i en framtid kanske helt ersätta detta. Ett annat sätt att helt undvika implantation är att placera biosensor och batteri i patientens kläder eller utanpå huden. Detta fungerar väl vad gäller vissa fysiologiska mätningar, men erbjuder svårigheter vad gäller biokemiska. I förlängningen tänker man sig för vissa typer av biosensorer att de ska kunna fungera i båda riktningarna, inte bara larma utan också åtgärda problemet. Bioinformatik En viktig aspekt på komplexa biologiska system är bioinformatiken med dess många gränssnitt till andra discipliner. I själva verket, understryks det, är bioinformatik idag bara ett av flera exempel på områden inom biologisk och medicinsk forskning som blir alltmera beroende av effektiva samarbeten med olika matematiska, statistiska och IT-relaterade områden. I likhet med bl.a. systembiologin behöver t.ex. bioinformatiken kunna extrahera meningsfulla data ur det man ser/samlar in. Framförallt tillåter dagens beräkningskapacitet en tidsdimension med ett rörligt förlopp och inte bara stillbilder. Baserat på denna teknik skulle man kunna följa vilken effekt t ex ett läkemedel har inuti en cell. Tekniker som EM-baserad tomografi av celler och cellaggregat samt avbildande masspektroskopi kommer också att få ökad betydelse. Det är därför viktigt med fortsatt metodutveckling inom dessa tekniker. Materialvetenskap Ny materialteknologi är möjliggörande för utvecklingen av viktiga tillämpningsområden, t.ex. energiomvandling/energieffektivisering, IKT och medicin. Sverige tillhör världseliten inom industriell produktion av stål och avancerade ytbeläggningar, men vi har även mycket starka akademiska grupperingar inom flera andra delar av materialvetenskapsområdet. Ytor, gränsskikt och tunna filmer för tillämpningar i miljöer med hög temperatur, högt slitage eller tryck, hög kemisk eller elektromagnetisk stress leder till höga krav på tåliga material och är exempel på områden där Sverige är starkt både industriellt och akademiskt. En stor del av vår primära energi omvandlas till friktionsvärme. Friktionen kan reduceras genom att använda lämpliga materialkombinationer, ytbeläggningar, smörjmedel och ytbearbetningstekniker. Att finna nya innovativa metoder för friktionsreducering är en stor utmaning som involverar vetenskaper som mekanik, materialteknik, ytkemi, ytfysik och elektroteknik. Slitage är ytterligare en förlustprocess som skapar mycket stora problem, kostnader och till och med mänskligt lidande. I höftledsimplantat orsakar t.ex. nötningspartiklar att implantatet lossnar från benet med stora smärtor som följd. Slitage är förmodligen den vanligaste orsaken till att produkter måste ersättas med nya. Avancerad syntes av lågdimensionella material ger nya funktionaliteter och förbättrade prestanda jämfört med dagens material. Material kan skräddarsys på nano- och mikronivå för att ge materialen unika kvaliteter, såsom förmåga att styra ljus (nya ljuskällor eller optisk kommunikation) eller elektroner (ny elektronik), eller nya kemiska (nya energilagringsformer eller filter för lägre utsläppsnivåer), eller biologiska egenskaper (ny bioteknik, nya sensorer). Svenska forskare har tillgång till unik infrastruktur, t.ex. MAX-lab och nanofabrikationslaboratorier som MC2 och Ångströmlab, och avancerad utrustning i form av olika syntes- och analysverktyg för detta område. Grenar av svensk forskning är också starka inom materialteori och simuleringar. 17

18 Organiskt baserade material är en grupp av material med lång tradition i Sverige, där svenska företag och universitet har en stark position. Avancerad polymerteknologi och fiberteknologi kan ge nya lätta material med hög hållfasthet, nedbrytbara material för medicinska tillämpningar och återvinningsbara och miljövänliga förpackningsmaterial. Sverige har stark industri och ledande grupper inom elektronikmaterial. Material med stora bandgap som t ex SiC och dess släktingar närmar sig tillämpningar inom t.ex. kraftelektronik, något som blir möjliggörande för spridning av förnyelsebar energi i samhället. Detta leder resonemanget vidare in mot energirelaterade material. Nya material för solceller, batterier, katalys och ljuskällor är avgörande för de utmaningar som världen står inför när det gäller minskad miljöpåverkan. Här kan också material för nya generationers kärnkraft spela en viktig roll. Katalytiska processer. Katalytiska processer är generellt betydligt mer energieffektiva än motsvarande icke-katalytiska processer och är centrala inom för svensk industri etablerade och framtida områden som produktion av förnybara bränslen, kemikalieframställning och emissionsrening. Det har skett en snabb utveckling av nya textila material, både vad gäller produkter och produktionsmetoder. Efterfrågan på nya tekniska och funktionella textilprodukter för konstruktions- och designlösningar ökar vilket kommer att leda till ökat forskningsbehov inom området. Ökad efterfrågan på råmaterial har lyfts fram som ett viktigt insatsområde, där Sverige har goda förutsättningar med hjälp av avancerad skogsbruks- och gruvteknik, se avsnitt ovan under challenges. Effektiv utnyttjande av dessa hänger tätt ihop med områdena process- och systemteknik, miljöteknik, etc. Kopplad utveckling av material och tillverkningsmetoder. För många material är kopplingen till produktionsmetoden avgörande eftersom det är i tillverkningsfasen som materialet får sina slutliga egenskaper. Vid utveckling av nya fibrer, t.ex. biobaserade fibrer eller nya funktionella fibrer, kan inte tillverkningsmetoden skiljas från själva materialutvecklingen. De stora framgångarna för Sveriges dentala industri bygger på parallell utveckling av produktionsmetoder och utveckling av keramiska material. Kompositmaterial för nya lättviktsapplikationer kommer troligen att vara avgörande för framtidens nya eldrivna fordon. Här finns en stor utmaning när det gäller både materialforskning och forskning kring tillverkningsmetoder som går att industrialisera. Nya nanomaterial får begränsad användning om de inte kan integreras i större strukturer på en annan längdskala med effektiva produktionsmetoder. Det är först när utveckling av nya material kopplas till utveckling av tillverkningsmetoder som materialforskning kan ligga till grund för framtidens produkter. Nanosystemteknik Mikro- och nanosystemtekniken i Sverige har av historiska skäl länge sorterat under Mikro- och nanoelektronik. Denna uppdelning har förminskat fältet och förskjutit fokus när det gäller teknikens betydelse för framtida svenska strategiska områden som hälsa, energi och miljö. Den klassiska uppdelningen där mikroelektroniken haft en ledande roll har inneburit en avsevärd och olycklig insnävning av forskningsfältet. Samtidigt som de kommersiella och strategiskt viktiga förutsättningarna i mångt och mycket förändrats i grunden har ett nytt fält vuxit fram där tekniken fått användning långt bortom elektroniken. Mikro- och nanosystemteknik är idag ett gränsöverskridande forskningsområde med starka kopplingar till materialvetenskap, livsvetenskaper och systemteknik. Därför bör definitionen av mikro- och nanosystemteknik breddas för att inkorporera potentialen inom de områden som beskrivs som stora samhällsutmaningar och förväntas ge en stark tillväxt de närmaste decennierna. Detta innefattar mikro- och nanosystemteknikens möjligheter att bidra med nya energilösningar, liksom med distribuerade och mer effektiva lösningar inom hälso- och sjukvårdsområdet. Det innefattar även en breddning av lösningar där traditionella elektronikmaterial 18

19 funktionaliseras, förädlas med hybridlösningar och systemintegration, eller utökas med smarta polymer- eller pappersmaterial. Det inkluderar också en breddning av tillverkningstekniken till att även omfatta mikro- och nanoelektromekaniska system samt mikrofluidiklösningar/lab-on-a-chip inom bioteknik, analytisk kemi samt klinisk diagnostik och terapi. Det finns redan idag ett hundratal life-science-företag i Sverige som uttrycker ett behov av nanoteknik. Några är stora internationella aktörer (t ex AstraZeneca, GE Healthcare Life Science, Nobel Biocare), andra är väletablerade medelstora företag (t ex Bioinvent Int., Olink Bioscience, Biolin Scientific) medan flertalet är mindre bolag. Det är också via unga, innovationsdrivna företag som de stora, etablerade företagen förväntas ta del av nanoteknikdrivna genombrott. Sverige är idag i en utmärkt position att spela en central roll i denna process. För ett göra avtryck inom life-science-sfären kommer dock ren nanovetenskaplig forskning inte att vara tillräcklig, utan redan på den akademiska spelplanen måste man etablera gränsöverskridande och inkluderande miljöer som för samman teoretiker och experimentalister med ingenjörer, biologer och medicinare. Ett mycket aktivt och intressant forskningsområde idag är kombinationen av nanopartiklar i material för att skapa annorlunda och bättre materialegenskaper. Tillämpningar inom elektromagnetismen har visat sig finnas i områden från optiska frekvenser ned till statiska frekvenser som i isolationsmaterial. Detta är ett komplicerat område med stor potential. Dessa konstgjorda material har ofta exceptionella egenskaper. T.ex. har man skapat material med mycket högt genomslagsmotstånd, med uppenbara tillämpningar inom bland annat kraftindustrin. Nanomaterialområdet har många tillämpningar, men den fundamentala teoretiska förståelsen av detta område finns ännu inte. Interaktionen mellan material och vågor är här komplex. I fallet elektrisk hållfasthet kopplar termodynamiska ekvationer till kvantmekaniska och elektromagnetiska ekvationer med icke-linjära konstitutiva relationer. Vid de optiska frekvenserna är en bland många utmaningar när det gäller nanomaterial beräkningsproblemens storlek. Forskning för Produktutveckling och Processindustrin Alla branscher har behov av att ständigt förnya sitt erbjudande till marknaden i form av produkter, service och eftermarknad. Verkstads-, livsmedel-, återvinnings- och processindustrin är bara några exempel. Grundläggande är forskningsområden inom innovation, beräkningsteknik, materialteknik, konstruktionsteknik, produktionsteknik, processutveckling, underhåll och återvinning. Den svenska processindustrin, som tävlar på den globala marknaden, är hårt konkurrensutsatt. FoUverksamhet inom processindustrin tynar bort p.g.a. allt större fokus på korta avskrivningar och snäva investeringsramar. Samtidigt finns utmanande frågeställningar och behov att lösa - de enkla utmaningarna är sedan länge lösta när det gäller komplexa processtekniska problem. Processutmaningarna återkopplar till energi och materialresurser och korrelerar ofta tillbaka till processtegen; pumpning, mixning och separation av gaser och vätskor. Bakomliggande fysik och förståelse samlas i begreppet flerfasströmning. Det framfördes att det är viktigt att SSF stöder forskning och utveckling i centra, högskola-institut-processindustri-konstellationer för att rusta vår processindustri i denna kraftsamling kring hållbar utveckling. Livsmedelsforskningen måste vara tvärdisciplinär och har varit splittrad finansieringsmässigt såväl som utförandemässigt. Den livsmedelsvetenskapliga forskningen i Sverige vid Chalmers, LTH, SLU och SIK har samlats i Food Science Sweden, som på ett samordnat sätt skall stärka den livsmedelsvetenskapliga kompetensen. Ett livsmedelsvetenskapligt program skulle stärka den nationella uppbyggnaden inom svensk livsmedelsforskning och ge möjlighet till mångvetenskapliga kopplingar till aktörer utanför denna konstellation, vilket vore önskvärt. Det finns redan en forskarskola kopplad till Food Science Sweden, som drivs gemensamt av högskolorna med stöd från näringslivet och som har sitt ursprung i ett av de första SSF-programmen (LiFT). En satsning nu skulle ge möjlighet att starta forskningsprojekt, tillföra nya doktorander och skapa basen för innovation och utveckling i en vital livsmedelsbransch. 19

20 Geovetenskap Ett antal förslag ligger inom ett område som SSF hittills inte har finansierat, nämligen den geovetenskapliga ämnesgruppen. Områden som lyfts fram är geodesi, flygburen fjärranalys och gränsområdet Geo-IT. Här finns möjligheter att utveckla effektiva planerings-, övervaknings- och analysverktyg inom skogsbruket, samhällsplanerings- och miljöområdet, liksom vid modellering inom stora infrastrukturprojekt och drift och underhåll. Utvecklingen av geodetiska referenssystem och positionsbestämning med hög noggrannhet är viktiga pusselbitar som kortsiktigt har betydelse för forskning kring jordbävningar, tsunamier och väderprognoser och långsiktigt bidrar till forskning kring plattektonik, havsnivåförändringar och klimat. Lantmäteriet skannar för närvararande hela landet med flygburen laser, vilket ger noggranna 3D-data rörande mark och vegetation. Även flygfotografering sker numera med digitala kameror och digitala bilder över Sverige registreras med ca 3 års mellanrum. Det finns en stor potential för att öka automatiseringsgraden vid bearbetningen av dessa data, inte minst för att förbättra kartläggningen av naturresurser som t.ex. skog. Geodesin utgör en grundläggande del av geodataområdet och är till sin natur global; internationellt samarbete är en förutsättning. De senaste åren har olika satellitbaserade mätmetoder, till exempel GPS, ersatt en stor del av de traditionella mätteknikerna, vilket ställer nya, högre krav på de referenssystem som utgör grunden för lägesbestämning för all geografisk information. Inom miljö- och klimatforskningen är det viktigt att verifiera i vilken grad höjningen av medeltemperaturen åtföljs av smältande isar och stigande havsnivåer, vilket kräver noggranna geodetiska observationer och väldefinierade referenssystem. Hänsyn måste även tas till andra faktorer som påverkar havsnivån, exempelvis den postglaciala landhöjningen. En annan viktig geodetisk tillämpning är att bestämma ett noggrant höjdunderlag för översvämningskartering. Kompetensutbyggnad för att kunna utnyttja storskaliga anläggningar Flera grupper och förslagsställare har tagit avstamp i de stora infrastruktursatsningar för forskning som just nu görs/planeras i landet. Det gäller European Spallation Source (ESS) och MAX IV i Lund och Science for Life i Stockholm-Uppsala. I synnerhet Lundafaciliteterna diskuterades livligt. Bakgrunden för den diskussionen är naturligtvis uppfattningen att dessa faciliteter bör vara en svensk (europeisk) angelägenhet, med en bred användning inom skilda vetenskapsfält. Ett upplägg skulle kunna vara en nationell forskarskola för neutronspridningsteknologi, eftersom Sverige, enligt mångas uppfattning, saknar tillräcklig kompetens för att verkligen kunna utnyttja dessa faciliteter. SSF borde enligt denna analys därför ge bidrag i ett gemensamt projekt med intresserade lärosäten. När Max IV och senare ESS kommer igång skulle vi ha stor glädje av den kompetensen för forskning inom olika områden som nanofysik, proteinstrukturer, membranbiologi, mm. Samtidigt är det klart att ESS färdigställande ligger ett tag fram i tiden. Det finns alltså viss tid för förberedelser när det gäller SSF:s eventuella insatser för att stärka kompetenser med relevans för denna anläggning. Samtidigt underströks det att en forskarskola runt ESS skulle kunna leda till kreativ korsbefruktning mellan många olika vetenskapsområden och projekt. 20