Tarmo Soomere: puhtast matemaatikast vinge tooteni on vaid kuus kukesammu

Tarmo Soomere Foto: Sander Ilvest / Postimees

Kui lai on uusima tehnoloogia vundament ja kui palju on selles tsementeeritud pealtnäha absoluutselt eluvõõraid teoreetilisi uuringuid? Värskest patentide ja teadusartiklite seose analüüsist tuleb üllatusena välja, et kasutusse on läinud peaaegu kogu maailma teadusloome, kirjutab Eesti Teaduste Akadeemia president Tarmo Soomere.

Nüüdisaegne teadusmaastik on kasvanud äärmiselt suureks, keerukaks ja mitmeharuliseks. Kergesti võib tekkida tunne, nagu lahutaks seda tegelikust elust lausa valgusaastad ning et ühiskonnale vajalike reaalsete väärtuste loomiseks tuleks keerukatest teooriatest hoida võimalikult kaugele ja süveneda vaid praktilistesse rakendustesse.

Seda illusiooni võimendab olemasoleva teadusinfo meeletu maht ja hoogustuv kasvutempo. Maailma suurim korralike teaduspublikatsioonide andmebaas Clarivate Analytics (varem Web of Science, WoS) sisaldab praegu teavet enam kui 55 miljoni ühiku kohta. Artikleid lisandub sinna kuus korda kiiremini kui poole sajandi eest.

Sellise hoomamatu andmemahuga töötamine on äärmiselt raske. Mõistetavalt on järjest keerukam leida sealt ideid, mille alusel saaks kiiresti valmis teha mõne vinget kasumit teeniva toote. Lihtsad ideed on juba ära kasutatud ja publikatsioonide lasusse sügavamale kaevumiseks napib inseneridel ja arendajatel aega. Pole siis ime, et üha sagedamini on kuulda ja näha väiteid, nagu oleks lõviosa teadusartiklitest ja eriti teoreetilistest uuringutest täiesti kasutud. Kui füüsikud seda kuuldes bassihäält teevad ja lihtsate näidetena leedlambid ja grafeeni lauale lajatavad, siis matemaatikud on sageli nukralt vait. Ometi on näiteks kaua aega täiesti kasutuks peetud Riemanni geomeetria üks võtmekomponente GPS-süsteemide töös ja matemaatilise statistika viimase poolsajandi edusammud aluseks ekstreemsete ilmastikunähtuste prognoosimisel.

Kui lai on uusima tehnoloogia vundament ja kui palju on selles tsementeeritud pealtnäha absoluutselt eluvõõraid teoreetilisi uuringuid, selgus augustis ajakirjas Science avaldatud uuringutes. Teadusmaailmas väljendub hiiglaste õlgadel seismine ja varasema info kasutamine uue sisu loomiseks olemasolevatele teaduspublikatsioonidele viitamises. Nõnda ilmnevad sidemed näitavad, kas või kui palju toetuvad tööstuses kasutatavate tehnoloogiate kaitsmiseks koostatud patendid varasemale teadustööle.

Mohammad Ahmadpoor ja Benjamin Jones* kontrollisid, kuidas on omavahel seotud 4,8 miljonit USAs 1976–2015 kaitstud patenti aastail 1945–2014 ilmunud ja WoSi andmebaasis kajastatud 32 miljoni teadusartikliga. Peaagu pooli neist artiklitest ei ole teistes töödes üldse tsiteeritud, mistõttu ei saa nende seost tehnoloogia arenguga praegu tuvastada. Seetõttu jäeti need kõrvale.

Varasematele teadussaavutustele toetumine toimub sageli mitmeastmelise ketina. Suur osa patente viitab ainult varasematele patentidele. Selline praktika on tavaline suurfirmade laborites, kus uuenduste aluseks saanud teadustulemused publitseeritakse sageli pärast patendi kaitsmist. Samuti toetuvad teadusartiklid üldjuhul paljudele varasematele tulemustele. Need pärinevad tihti väga erinevatest teadusvaldkondadest. Kui patendis sellist tööd tsiteeritakse, kasutatakse kaudselt hoopis pikemat teadmiste ahelat.

Otseselt teadusartiklitele viitab (teisisõnu, neile toetub) vaid napp üks kuuendik patentidest. Nendes on kokku 1,4 miljonit viidet WoSi andmebaasi artiklitele.

Oleks aga äärmiselt lühinägelik siit järeldada, et viimase 50 aasta tehnoloogilistes lahendustes rakendatakse vaid ligikaudu viit protsenti kõigis teadusartiklites sisalduvast informatsioonist. Toodud arvud on kui jäämäe veepealne osa ja peegeldavad vaid murdosa info liikumisest. Hoopis teistsugune pilt avaneb siis, kui jälgida teadmiste ahelaid erinevatest teadusvaldkondadest mitmes üksteisele toetuvas teadustöös või patendis.

Enam kui 60 protsendi puhul kõigist patentidest ulatub ahel vaid paari-kolme patendi kaudu WoSi andmebaasis kajastatud artikliteni. Teisisõnu, ligi kaks kolmandikku kõigist USA patentidest toetuvad ühel või teisel moel viimase 70 aasta teadustulemustele.

Veel üllatavam on, et kõnesolevad teadmiste ahelad ulatuvad 80 protsendini kõigist neist WoSi artiklitest, millele on üldse kunagi teiste töödest või patentidest viidatud. Teisisõnu, neist rahvusvahelises teaduskirjanduses avaldatud artiklitest, millele on keegi üldse kunagi toetunud, olgu siis oma uurimistöös või tehnoloogia arendamisel, on 80 protsenti juba leidnud otsest või kaudset kasutamist USA viimase poolsajandi patentides.

Kuna uusi artikleid lisandub järjest kiiremini, on alust arvata, et ülejäänud 20 protsenti, mida ei ole veel kasutatud, on enamasti lihtsalt liiga uued. WoSi andmebaas katab peaaegu kogu teoreetiliste uuringute spektri ning arvestatava osa sotsiaal- ja humanitaarteadustest. Seega järeldub neist arvudest, et kasutusse on läinud peaaegu kogu maailma teadusloome.

Kõige lühemat teed pidi jõuavad tootmisse molekulaarbioloogiat, ülijuhtivuse tehnoloogiat, tehisintellekti ja nüüdisaegse keemia küsimusi käsitlevad artiklid. Nende puhul koosneb kõnesolev ahel patentide maailmas keskmiselt vähem kui 1,5 lülist. Seega toetub enamik nende valdkondade patente otse teadustulemustele. Väga pikad on aga ahelad patentide puhul, millega kaitstakse selliste klassikaliste toodete uuendusi, nagu lukud, nööbid või tugitoolid. Seal on tavaline toetumine neljale-viiele patentide põlvkonnale.

Kõige pikemat ahelat pidi liigub info matemaatikast tootmisse. Seegi ahel ei ole aga ülemäära pikk. Teadusmaastikul on seda keskmiselt viis lüli ehk kokku kuus sammu teoreemist kommertsialiseerimiseni. Kõige lühem (vaid veidi enam kui kaks sammu) on kett nanomaailma uuringutest, materjaliteadusest ja arvutiteadusest patentidega kaitstud rakendusteni. Seejuures tervelt 42 protsenti arvutiteaduse artiklitest on juba leidnud patentides kasutuse.

Mida pikem ahel, seda rohkem kulub aega teadustulemuste rakendamiseks. Ühelgi juhul ei sünni see nii kiiresti, kui poliitikud tahaksid või meie praegune teadusrahastuse süsteem igatseks. Isegi siis, kui patent toetub otse mõnele teaduspublikatsioonile, kulub keskmiselt kuus-seitse aastat artikli ilmumisest patendi kaitsmiseni. Matemaatika ja astronoomia eksootilisemate harude puhul, kus ahel koosneb kuuest lülist, läheb rakendusteni ligikaudu 20 aastat. See tundub täiesti mõistlik ja isegi üllatavalt lühike aeg, eriti arvestades, kui paljudele patentidele on seda laadi uuringud kaudseks toeks.

Eestis tuleb praegu ligikaudu 60 protsenti kogu teadus- ja arendustegevuse finantseerimisest riigieelarvest, kust see liigub põhiosas ülikoolidesse ja teadusinstituutidesse. Eraettevõtlus lisab sellele 40 protsenti. Paljudes arenenud riikides on teisiti. Ka meie strateegiline eesmärk on jõuda selleni, et 2/3 teadusrahast panustaks ettevõtlus ja 1/3 riik. Kõnesolev analüüs näitab, et selleni jõudmine võiks osutuda omamoodi arengukiirendiks. Nii on ülikoolides tehtava teadustöö puhul info kasutamise ahelad märgatavalt pikemad kui erafirmade puhul. Vahe on keskmiselt 0,4 sammu. Molekulaarbioloogia ja arvutiteaduse puhul tähendab see juba strateegilist mahajäämust. Vaid 1/3 sellest vahest on tingitud ülikoolide erinevast profiilist (sh meil ka kohustusest rahvuskultuuri käsitlevate teaduste eest hoolt kanda). Muidugi leidub ka järelejäänud lõviosale kauneid vabandusi, ent üsna tõenäoliselt on tegemist lihtsalt akadeemilise mugavusega, mida eraettevõtlus ei saa endale lubada.

* Vaata lähemalt: Mohammad Ahmadpoor ja Benjamin F. Jones. «The dual frontier: Patented inventions and prior scientific advance». Science, 357(6351), 11.08.2017, 583-587, doi 10.1126/science.aam9527, http://science.sciencemag.org/content/357/6351/583/tab-pdf