Wiskunde voor een wereld in verandering – Jan M. Baetens

Tegen 2050 zijn we in staat om het leven zoals het is, te simuleren met wiskundige modellen. Sinds de ontwikkeling van de moderne wetenschap, had men bij het uitvoeren van experimenten slechts twee mogelijke modi operandi: processen werden in situ geobserveerd of ze werden nagebootst in een gecontroleerde omgeving (in vitro). Echter, de ruime beschikbaarheid van steeds krachtigere computers heeft een ware omwenteling ingeluid. Zo kunnen grote aantallen realistische experimenten nu tegelijkertijd uitgevoerd worden op computers (in silico) door met een zogenaamd wiskundig model van het bestudeerde proces simulaties uit te voeren. Op die manier is het mogelijk om bijvoorbeeld experimenten uit te voeren die in vitro onmogelijk zijn, een brede waaier aan scenario’s door te rekenen, rekening te houden met de variabiliteit in onze natuurlijke leefomgeving of gefundeerde voorspellingen te doen. Daarnaast kunnen in silico studies fungeren als filters om de meest veelbelovende scenario’s te identificeren die vervolgens in vitro of in situ kunnen getest worden.

Gelet op de voorspelde verdere toename van de rekenkracht doorheen de volgende decennia, de daarmee gepaard gaande dalende kostprijs van één rekenseconde en het toenemende begrip van biologische en natuurlijke processen, dat resulteert in een omvattende wiskundige beschrijving ervan, staat het vast dat de bio-ingenieurswetenschappen tegen 2050 nog verder doordrongen zullen raken van wiskundige modellen en in silico gebaseerd onderzoek. Zo zal men in silico wellicht niet langer enkel een macroscopische grootheid (biomassa, volume, …) van een populatie opvolgen, maar zal het mogelijk zijn om bijvoorbeeld de individuele acties in/van alle organismen in een populatie te simuleren en op basis daarvan conclusies te trekken omtrent de macroscopische dynamiek. Bovendien mogen we verwachten dat wiskundige modellen door alumni en onderzoekers aan de FBW steeds meer zullen ingezet worden om natuurlijke en biologische processen (bij) te sturen en/of te optimaliseren en beslissingen te ondersteunen, nog veel meer dan anno 2020 reeds het geval was (IPCC-rapporten,…).

Dit alles brengt evenwel heel wat uitdagingen met zich mee zoals het koppelen van modellen die processen op sterk uiteenlopende schalen (moleculair, cellulair, populatie) beschrijven, het omzeilen van de soft- en hardware-matige tekortkomingen om microsimulaties op macroscopische schaal samen met het ontwikkelen van de wiskunde die nodig is om efficiënt en effectief met zulke complexe wiskundige modellen aan de slag te gaan. Het zijn dan ook deze uitdagingen waarmee bio-ingenieurs in het algemeen en onderzoekers aan de FBW in het bijzonder geconfronteerd worden, maar mede door hun multidisciplinariteit zullen zij hier waarschijnlijk een antwoord kunnen op bieden.