Dit artikel is gepubliceerd in De Ingenieur 30 januari 2009
Zijn cyborgexperimenten zijn controversieel. Sommige collega’s vinden hem vooral mediageil. Maar hoogleraar cybernetica Kevin Warwick wil grenzen verleggen tussen mens en machine. Zijn droom: zijn eigen brein via een implantaat direct koppelen aan dat van een ander.
Naam: Kevin Warwick
Leeftijd: 54
Titels: prof. dr.
Opleiding: Op zijn zestiende verliet hij de middelbare school om bij British Telecom te gaan werken. In 1976 studeerde hij alsnog af in de elektrotechniek aan de Aston University in Birmingham. Hij promoveerde in 1982 aan het Imperial College in Londen.
Functie: Hoogleraar cybernetica aan de University of Reading, sinds 1987. In 2000 gaf hij de beroemde Royal Institution Christmas Lectures, een serie van vijf lezingen onder de titel ‘The rise of the robots’. Het bekendst werd hij in 2002 met zijn project Cyborg 2.0, waarbij zijn vrouw en hij via twee geïmplanteerde chips zenuwprikkels aan elkaar konden doorgeven.
Een goedlachse Kevin Warwick laat het litteken aan de binnenkant van zijn linkerpols zien: “Hier is het implantaat naar binnen gebracht”, zegt hij. Dat was in 2002. Een klein array van honderd elektroden werd na een urenlange operatie direct gekoppeld aan zijn polszenuwen. Warwick leerde vervolgens om met zijn zenuwprikkels een robotarm aan te sturen. Op bezoek in New York werd hij zelfs verbonden met een computer van de Columbia University, om van daaruit, via het internet, een robotarm te controleren bij zijn thuisuniversiteit in het Engelse Reading, aan de andere kant van de oceaan.
Toen dat allemaal was gelukt, volgde het spannendere tweede deel van het experiment. Warwicks vrouw Irena kreeg ook een chip geïmplanteerd. Beide chips konden zowel elektrische signalen van de zenuwen oppikken, als ook elektrische signalen aan de zenuwen doorgeven. Het opgepikte signaal werd verwerkt door een computer en vervolgens draadloos doorgegeven aan de geïmplanteerde chip van de partner.
“Dat was het opwindendste experiment uit mijn leven”, vertelt Warwick tijdens een interview in Tilburg. De plaatselijke universiteit had hem in december uitgenodigd op een congres over de maatschappelijke gevolgen van nieuwe technologieën. “Wanneer mijn vrouw haar hand samenkneep, voelde ik een soort stroompje naar mijn vingers lopen. Het was best aangenaam. Zij vond het pijnlijker. Wanneer ik mijn hand samenkneep, voelde zij dat er een soort bliksemflits door haar hand schoot.”
Het duurde trouwens zes weken voordat Warwicks hersenen het binnenkomende signaal juist wisten te interpreteren. In de eerste twee weken experimenteerden de onderzoekers met de amplitude en de frequentiecomponenten van het signaal, om te kijken op welke manier Warwick het aangeboden signaal het beste herkende. Daarna moest zijn brein leren om het ook te herkennen als een extern signaal, niet als een prikkel van zijn eigen arm. Pas toen Warwick in uitgebreide tests elk extern aangeboden signaal ook als extern herkende, werd hij op afstand verbonden met de chip van zijn vrouw.
Warwick: “Het was de eerste keer dat de gevoelens van twee mensen zo direct aan elkaar werden doorgegeven. Voor mij is dit de eerste stap op weg naar een directe uitwisseling van gedachten tussen twee mensen.”
Mens 2.0
Warwick wil de grenzen tussen mens en machine laten vervagen, en hij schuwt daarbij controversiële experimenten en grote uitspraken niet. In een essay voor het tijdschrift Wired schreef hij in het jaar 2000: “Ik ben als mens geboren, maar dat was een toevallig ongeluk. Ik geloof dat we de macht hebben om dat te veranderen.”
“Waarom zou ik me moeten beperken tot het lichaam dat ik heb?”, zegt hij ook nu nog vol overtuiging. “Ik zou mijn lichaam graag upgraden zodat ik bijvoorbeeld ook ultrasoon geluid of infrarood licht kan waarnemen. Het experiment samen met mijn vrouw was daar een eerste stap in. Zo’n upgrade is voor mij persoonlijk het meest uitdagend. Maar daarnaast heeft dit onderzoek een belangrijke medische relevantie. Je zou mensen die verlamd zijn, blind, of welke andere handicap dan ook hebben, via een machine-extensie van hun handicap willen verlossen.”
Warwick werkt op dit terrein samen met het Stoke Mandeville Hospital, dat wereldwijde bekendheid geniet op het terrein van dwarslaesieoperaties. Het nut van de medische toepassingen van mens-machine-interactie, is iedereen wel duidelijk. Maar gelooft hij echt dat mensen zichzelf willen upgraden om als cyborg verder door het leven te gaan? “Elke dag ontvang ik een paar e-mails van mensen die zich als vrijwilliger aanbieden voor een cyborgexperiment”, antwoordt de hoogleraar cybernetica. “Vooral jonge mensen willen de grenzen tussen mens en machine graag verleggen. Natuurlijk zijn er mensen die het niet willen, of er zelfs ethische bezwaren tegen hebben. En ja, ook ik neem risico’s. Maar als je als eerste een cyborgexperiment doet, dan weet je niet wat er gaat gebeuren. Het is dat pionieren dat mij drijft.”
Wetenschappelijk gekkenwerk
Warwicks implantaten staan inmiddels tentoongesteld in het Science Museum in Londen. En hij geeft lezingen over de hele wereld. Desalniettemin hebben veel collega’s grote twijfel over het wetenschappelijke nut van Warwicks experimenten. Peter Fromherz van het Max Planck Instituut voor Biochemie in Martinsried (Duitsland) zei in februari 2002 in het wetenschappelijke tijdschrift Science: “Warwick is een zeer interessante persoon. Maar het werk dat hij doet, is wetenschappelijk gekkenwerk.” En vragen als of de mens zijn eigen brein kan upgraden met een extern geheugen, noemt Fromherz veel te prematuur.
Toen Warwick in 2000 werd uitgenodigd om de prestigieuze Royal Institution Christmas Lectures te geven, wekte dat heel wat wrevel op bij Engelse collega’s. Blay Whitby van de Engelse Sussex University, een expert in de kunstmatige intelligentie, zei tegen de BBC over Warwicks uitspraak dat robots in de wereld uiteindelijk de macht van mensen overnemen: “De meeste mensen in het veld vinden dat hij valse verwachtingen wekt en valse angsten oproept. De meerderheid gelooft dat robots nog nauwelijks in staat zijn een opbergkast te ordenen, laat staan dat ze de wereld kunnen veroveren.”
Roboticaonderzoeker Inman Harvey van dezelfde Sussex University reageerde nog korter. Hij noemde Warwick een ‘hansworst’. Warwick laat zich echter niet afschrikken door zulke commentaren: “Ik wil iets met mijn leven doen. Ik wil een cyborg zijn.”
Robot met rattenbrein
Het jongste cyborgproject waaraan Warwick met collega’s aan de Universiteit van het Engelse Reading werkt, is ‘Gordon’: de robot met een rattenbrein. “Ons doel is in eerste instantie om te onderzoeken hoe herinneringen in een biologisch brein worden opgeslagen”, zegt de cyborgpionier.
Uit een rattenfoetus hebben de Engelse onderzoekers hersencellen gehaald die in een speciaal bakje van acht bij acht centimeter worden gecultiveerd. Waar een volledig rattenbrein zo’n miljoen hersencellen bevat, bevat het bakje er typisch honderdduizend. Het bakje is verbonden met een array van zestig elektroden. Dit array is het interface tussen de levende wereld van het mini-rattenbrein en een robot op wieltjes. De activiteit van het gecultiveerde klompje hersencellen stuurt de beweging van de robot aan. De robot kan rondrijden in een rechthoekige bak. Via een ultrasone sensor neemt hij de buitenwereld waar. Het idee is dat hij uit het teruggekaatste ultrasone geluid kan opmaken waar hij zich ten opzichte van de wanden bevindt, zoals een vleermuis zijn omgeving waarneemt. De robot heeft geen andere controle van mens of computer. De enige controle komt van het klompje rattenhersencellen.
In augustus 2008 kwam Warwicks onderzoeksgroep met het eerste persbericht naar buiten. Warwick: “We hebben het bakje een uur per dag met de robot verbonden. Langer lukt nog niet. Maar toch zagen we al binnen een week dat er een soort breinachtige activiteit ontstaat die vergelijkbaar is met wat in een echt rattenbrein gebeurt. En dat terwijl de enige stimulus van de ultrasone sensor komt. Het rattenbreintje stuurt de robot aan, en de robot rijdt rond.”
Maar dat is het dan ook. Van intelligent rondrijden volgens een of andere strategie is nog geen sprake. De vraag is zelfs of Gordon momenteel meer vertoont dan een willekeurig gedrag. Maar Warwick is optimistisch: “Aan de ene kant onderzoeken we nu hoe we het breintje langer kunnen laten leven, en aan de andere kant onderzoeken we hoe het herinneringen vormt, en hoe we het kunnen leren om op een slimme manier rond te rijden. We zouden de robot willen leren objecten te ontwijken en niet tegen een wand aan te botsen. Dat leren kunnen we bevorderen door elektrische of zelfs chemische beloningsprikkels te geven.”
In een column voor het Research Magazine van de Universiteit van Tilburg schreef de cyborgpionier eind 2008: “Momenteel zijn we bezig met het verbinden van audio in- en output naar Gordons elektroden, gedeeltelijk zodat we Gordon kunnen leren om in een richting te bewegen die wij hem willen laten opgaan, maar ook om de mogelijkheid tot een nieuwe vorm van communicatie te openen. Een van de eerste vragen die ik Gordon zou willen stellen, is: ‘Wie of wat denk je dat je bent?’” Waarna Warwick zijn column retorisch besluit met de vraag: “Zal ik dan al tevreden zijn als Gordon antwoordt: ‘42’?”
Van brein tot brein
Warwick wil de rollende Gordon binnen een half jaar voorzien van een breintje bestaande uit menselijke hersencellen, gehaald uit een menselijk embryo. “Ik wil graag weten of we een verschil zien met het gebruiken van hersencellen uit een rat. Ik ben ook benieuwd hoe de maatschappij tegen dat experiment zal aankijken. Vindt de maatschappij dat dit mag, of verwerpt men zo’n experiment? Het experiment zal allerlei filosofische vragen oproepen. Ongetwijfeld zullen er mensen zijn die het verwerpen, maar ik heb ook al e-mails gehad van mensen die hun hersencellen na hun dood wel ter beschikking wilden stellen voor zo’n experiment.”
De ultieme droom van de hoogleraar cybernetica is om zijn eigen brein via een implantaat direct met het brein van een ander te laten communiceren. Dat is het tweede project waaraan hij momenteel werkt. Samen met zijn Reading-collega’s onderzoekt hij wat de beste plek in het brein is om een array met elektroden te implanteren. Zelf wil hij wel een implantaat in zijn brein laten aanbrengen, iets wat in de vorm van Deep Brain Stimulation momenteel alleen maar een optie is voor patiënten met zeer ernstige epilepsie, Parkinson of dwangstoornissen. Een implantaat inbrengen in de hersenen is niet zonder risico.
Het is maar zeer de vraag of Warwicks droomexperiment iets zinvollers oplevert dan opwinding bij hemzelf. Gedachten en gevoelens zitten niet op één plek in het brein, maar hebben te maken met uitgestrekte netwerken, die we nog geheel niet in wetenschappelijke kennis kunnen vatten. “OK, gedachten en gevoelens zitten niet op één plek in het brein,” countert Warwick, “maar toch kunnen hersenimplantaten al iets van gedachten oppikken. Zo kreeg de bij een steekpartij verlamd geraakte Amerikaan Matthew Nagle in 2004 een brein-computerinterface geïmplanteerd. Door te denken kon Nagle de cursor op een computerscherm aansturen. Zo kon hij een tv bedienen of e-mail checken. Wat wel of niet praktisch mogelijk is, kunnen we alleen maar ontdekken door het uit te proberen.”
Internet
Homepage van Kevin Warwick: www.kevinwarwick.com/
You-Tube-filmpje ‘Cyborg Life’: www.youtube.com/watch?v=RB_l7SY_ngI
You-Tube-filmpje over de robot met een rattenbrein: http://www.youtube.com/watch?v=wACltn9QpCc
Tuesday, February 17, 2009
Sunday, January 25, 2009
Go to the lab and your mind can be read
This column was written for the World Federation of Science Journalists (WFSJ)
Science is what scientists do. But what scientists really do, only partly appears in their scientific publications. In the publications we read what went well, not what went wrong; we read the results, not the struggle to find the results. When I was doing science myself – as a PhD-student in physics – I have seen colleagues struggling four or five years building an experiment and getting it to work. When the experiment finally worked, the data were sometimes collected in a month. From their scientific publications you would guess that the research had gone smoothly and logically, but the reality had been the opposite.
Science is a process, not even a logical process, but an irregular one. To understand that process, science journalists should regularly go out and see science in action: in the lab, at the accelerator, to the Arctic, on a volcano, or wherever. We can not fully understand science from scientific publications alone.
As I have reported regularly about brain scan experiments, I finally wanted to be part of such an experiment myself. Not just for fun, but as a subject in a scientific study. Last Thursday I was for an hour lying in an fMRI-scanner at Maastricht University in the Netherlands. With a three-tesla magnetic field my brain was being scanned and my mind being read.
The final aim of the researchers is to let ‘locked-in’-patients communicate with their family and friends. ‘Locked-in’-patients are suffering from a stroke or an illness so that they can not move, they cannot speak, they cannot even blink with their eyes. But they are conscious, as we know from those who luckily managed to recover. They can hear what others are telling but they cannot react in any way. German Karl-Heinz Pantke was one of the lucky ones who recovered and he wrote his striking experiences in the book Locked-in – Gefangen im eigenen Körper. These patients would be helped enormously if their minds could be read.
Researchers from the Maastricht Brain Imaging Centre now invented a way to indirectly read the letters the patient produces in his mind. For example, when I was in the scanner, we had defined that the letter D stood for telling in my mind the Shakespeare-quote ‘To be or not to be, that’s the question’, and that A stood for mentally drawing a house. I produced seven letters by different cognitive tasks, and the researchers reconstructed all the letters correctly from the scans, of course not knowing which letters I wanted to produce. The principle works and they read my mind. And I will be one of the six subjects on whose experimental results the scientific publication will be based.
Sure, it’s very cool to lie in the scanner, have your mind scanned and after the experiment see your own brain inside out on a high resolution scan. But it also gave me much more insight in the scientific process. I saw the clever way in which they had devised the experiment, but I also noticed little things that went wrong. When I had not understood a certain task, I started to analyze my own mistake. This messed up that part of the experiment, because I couldn’t concentrate well anymore on the cognitive tasks I had to do.
I know, going out there to watch science in action takes time, and time is money, but it is an essential part of science journalism. I am afraid that with the growing commercial pressure on journalism, there will be even less journalists than today that will take the time and the effort to go to the lab. But without that effort our job will lose a lot of meaning. As it is said: one dead person is a tragedy, a thousand dead ones is statistics. Science is more than telling the statistics. To show this, we have to go out there and report science in action.
Internet
Science is a process, not even a logical process, but an irregular one. To understand that process, science journalists should regularly go out and see science in action: in the lab, at the accelerator, to the Arctic, on a volcano, or wherever. We can not fully understand science from scientific publications alone.
As I have reported regularly about brain scan experiments, I finally wanted to be part of such an experiment myself. Not just for fun, but as a subject in a scientific study. Last Thursday I was for an hour lying in an fMRI-scanner at Maastricht University in the Netherlands. With a three-tesla magnetic field my brain was being scanned and my mind being read.
The final aim of the researchers is to let ‘locked-in’-patients communicate with their family and friends. ‘Locked-in’-patients are suffering from a stroke or an illness so that they can not move, they cannot speak, they cannot even blink with their eyes. But they are conscious, as we know from those who luckily managed to recover. They can hear what others are telling but they cannot react in any way. German Karl-Heinz Pantke was one of the lucky ones who recovered and he wrote his striking experiences in the book Locked-in – Gefangen im eigenen Körper. These patients would be helped enormously if their minds could be read.
Researchers from the Maastricht Brain Imaging Centre now invented a way to indirectly read the letters the patient produces in his mind. For example, when I was in the scanner, we had defined that the letter D stood for telling in my mind the Shakespeare-quote ‘To be or not to be, that’s the question’, and that A stood for mentally drawing a house. I produced seven letters by different cognitive tasks, and the researchers reconstructed all the letters correctly from the scans, of course not knowing which letters I wanted to produce. The principle works and they read my mind. And I will be one of the six subjects on whose experimental results the scientific publication will be based.
Sure, it’s very cool to lie in the scanner, have your mind scanned and after the experiment see your own brain inside out on a high resolution scan. But it also gave me much more insight in the scientific process. I saw the clever way in which they had devised the experiment, but I also noticed little things that went wrong. When I had not understood a certain task, I started to analyze my own mistake. This messed up that part of the experiment, because I couldn’t concentrate well anymore on the cognitive tasks I had to do.
I know, going out there to watch science in action takes time, and time is money, but it is an essential part of science journalism. I am afraid that with the growing commercial pressure on journalism, there will be even less journalists than today that will take the time and the effort to go to the lab. But without that effort our job will lose a lot of meaning. As it is said: one dead person is a tragedy, a thousand dead ones is statistics. Science is more than telling the statistics. To show this, we have to go out there and report science in action.
Internet
Maastricht Brain Imaging Centre: http://mbic.unimaas.nl/
Tuesday, December 23, 2008
Hypothesis God & Ockham’s razor
This column was written for the World Federation of Science Journalists (WFSJ)
In 2009 it will be 150 years ago that Charles Darwin published his evolution theory. It will also be 400 years ago that Galileo Galilei was the first to discover the heavens by looking through a telescope. So, we are soon to celebrate both the International Darwin Year and the International Year of Astronomy.
Apart from celebrating these events and explaining to the public the powerful insights that evolution theory and astronomy have given us, science journalists will have an extra job to do. We can be sure that creationists, intelligent-design-dreamers and religious believers will do their utmost to cast doubt on the theory of evolution. And it will be our job to counteract.
The strategy of creationists and other believers will be the same as the one the tobacco industry has used in the debate about the health effects of smoking: casting doubt. The trick is easy: creationists point at those questions that science hasn’t answered yet – obviously always the most difficult nuts to crack – and conclude either that science doesn’t know anything about the origin of life, or that science and religion are two equally valuable ways to understand the world.
Both conclusions are of course invalid. If scientists don’t know all about a phenomenon, it doesn’t mean they know nothing. And whereas science produces knowledge, religion produces only beliefs. Scientists test their theories with experiments – the scientific method. Religion doesn’t have a validated method of investigation.
Interestingly enough, it is the freedom to doubt that has made science so successful, and it is the lack of doubt that has made religion often so problematic.
Personally I get bored to death by discussing with creationists about evolution theory. Their arguments are always the same and they have no facts to support their beliefs. Science, on the contrary, shows a still growing body of facts that support evolution theory. For example: the scientific Breakthrough of the Year 2005 – as chosen by the magazine Science – was the fact that we can now see evolution in action on the genetic level. A splendid discovery that deepens Darwin’s insights. No religious book has given us that insight.
Unfortunately, it doesn’t matter for creationists how large the body of scientific knowledge has grown. For them the discussion always comes down to questions that science has not yet answered, and of course to the question what happened at the first moment. Hypothesis God can be used to ‘explain’ that the universe was ‘created’. But those that are happy with this hypothesis should be equally happy with the hypothesis that Cookie Monster created everything, or Tweedledum and Tweedledee, or that a bunch of drunken Gods and Goddesses were enjoying an orgy that created the world. And so on. No way to check any of these assumptions.
To save a lot of time and energy in discussing with creationists, let me give my shortest version to end the discussion with creationists.
It’s based on what philosophers call Ockham’s razor, named after the 14th century English philosopher William of Ockham. A modernized version Ockham’s razor reads: ‘don’t make more assumptions to explain a phenomenon than logically necessary’. Ockham’s razor cuts away superfluous assumptions. For example: the attraction between the earth and the moon can be explained by the theory of gravity. Adding the hypothesis that God created the earth, the moon and gravity, doesn’t explain more of the attraction between the earth and the moon. Therefore Hypothesis God is superfluous.
Everybody has the freedom to believe, but once you are interested in knowledge, then Hypothesis God is a superfluous assumption. We can explain a great deal of the visible universe by describing it in terms of matter, energy, space, time and gravity. We can make observations, do experiments and test our theories. But nowhere in our reasoning does Hypothesis God explain anything better than science does. On the contrary: Hypothesis God hasn’t given any insight in the universe that has been able to withstand experimental tests. Science has given plenty of insights that have been able to withstand experiments.
Only if we start thinking about the moment of creation – assuming that there was such a moment – does Hypothesis God do equally well or bad as the scientific hypothesis of a Big Bang. (But all the 13.7 billion years after the beginning, astronomy does infinitely much better than Hypothesis God…). As we have no way to tests any theory about the first moment, we can assume any beginning, but it’s not science anymore.
Ockham’s razor is the shortest version I know to end the discussion with creationists. So, let’s sharpen Ockham’s razor. We’ll need it soon in the discussions with creationists, in whatever disguise.
Let’s start the New Year with launching a two-step rocket. The first step celebrates the International Year of Astronomy. The second step, automatically launched once the first step is already high up in the air, celebrates the International Darwin Year. This two-step rocket shows the power of science as a unified body of knowledge to understand the world: because it is the evolution of the universe that has led by chance to the evolution of life.
A happy New Year! Cheers!
In 2009 it will be 150 years ago that Charles Darwin published his evolution theory. It will also be 400 years ago that Galileo Galilei was the first to discover the heavens by looking through a telescope. So, we are soon to celebrate both the International Darwin Year and the International Year of Astronomy.
Apart from celebrating these events and explaining to the public the powerful insights that evolution theory and astronomy have given us, science journalists will have an extra job to do. We can be sure that creationists, intelligent-design-dreamers and religious believers will do their utmost to cast doubt on the theory of evolution. And it will be our job to counteract.
The strategy of creationists and other believers will be the same as the one the tobacco industry has used in the debate about the health effects of smoking: casting doubt. The trick is easy: creationists point at those questions that science hasn’t answered yet – obviously always the most difficult nuts to crack – and conclude either that science doesn’t know anything about the origin of life, or that science and religion are two equally valuable ways to understand the world.
Both conclusions are of course invalid. If scientists don’t know all about a phenomenon, it doesn’t mean they know nothing. And whereas science produces knowledge, religion produces only beliefs. Scientists test their theories with experiments – the scientific method. Religion doesn’t have a validated method of investigation.
Interestingly enough, it is the freedom to doubt that has made science so successful, and it is the lack of doubt that has made religion often so problematic.
Personally I get bored to death by discussing with creationists about evolution theory. Their arguments are always the same and they have no facts to support their beliefs. Science, on the contrary, shows a still growing body of facts that support evolution theory. For example: the scientific Breakthrough of the Year 2005 – as chosen by the magazine Science – was the fact that we can now see evolution in action on the genetic level. A splendid discovery that deepens Darwin’s insights. No religious book has given us that insight.
Unfortunately, it doesn’t matter for creationists how large the body of scientific knowledge has grown. For them the discussion always comes down to questions that science has not yet answered, and of course to the question what happened at the first moment. Hypothesis God can be used to ‘explain’ that the universe was ‘created’. But those that are happy with this hypothesis should be equally happy with the hypothesis that Cookie Monster created everything, or Tweedledum and Tweedledee, or that a bunch of drunken Gods and Goddesses were enjoying an orgy that created the world. And so on. No way to check any of these assumptions.
To save a lot of time and energy in discussing with creationists, let me give my shortest version to end the discussion with creationists.
It’s based on what philosophers call Ockham’s razor, named after the 14th century English philosopher William of Ockham. A modernized version Ockham’s razor reads: ‘don’t make more assumptions to explain a phenomenon than logically necessary’. Ockham’s razor cuts away superfluous assumptions. For example: the attraction between the earth and the moon can be explained by the theory of gravity. Adding the hypothesis that God created the earth, the moon and gravity, doesn’t explain more of the attraction between the earth and the moon. Therefore Hypothesis God is superfluous.
Everybody has the freedom to believe, but once you are interested in knowledge, then Hypothesis God is a superfluous assumption. We can explain a great deal of the visible universe by describing it in terms of matter, energy, space, time and gravity. We can make observations, do experiments and test our theories. But nowhere in our reasoning does Hypothesis God explain anything better than science does. On the contrary: Hypothesis God hasn’t given any insight in the universe that has been able to withstand experimental tests. Science has given plenty of insights that have been able to withstand experiments.
Only if we start thinking about the moment of creation – assuming that there was such a moment – does Hypothesis God do equally well or bad as the scientific hypothesis of a Big Bang. (But all the 13.7 billion years after the beginning, astronomy does infinitely much better than Hypothesis God…). As we have no way to tests any theory about the first moment, we can assume any beginning, but it’s not science anymore.
Ockham’s razor is the shortest version I know to end the discussion with creationists. So, let’s sharpen Ockham’s razor. We’ll need it soon in the discussions with creationists, in whatever disguise.
Let’s start the New Year with launching a two-step rocket. The first step celebrates the International Year of Astronomy. The second step, automatically launched once the first step is already high up in the air, celebrates the International Darwin Year. This two-step rocket shows the power of science as a unified body of knowledge to understand the world: because it is the evolution of the universe that has led by chance to the evolution of life.
A happy New Year! Cheers!
Saturday, December 20, 2008
2009: jaar van de sterrenkunde
Dit artikel is gepubliceerd in Hypothese, NWO-blad voor de wetenschap (december 2008)
Blijft het heelal alsmaar uitdijen of stort het ooit met geweld in elkaar? Hoe ontstonden sterren en planeten uit de oersoep die het heelal ooit was? Kruipt er elders in het heelal ook leven rond? Allemaal vragen uit de sterrenkunde, die raken aan de menselijke nieuwsgierigheid naar die donkere, onmetelijke ruimte die de aarde omringt.
Pas met de uitvinding van de telescoop, dit jaar vierhonderd jaar geleden, kon de mens deze vragen wetenschappelijk gaan onderzoeken. En die uitvinding was een Nederlandse. Hans Lipperhey of Zacharias Jansen? Aan beide Middelburgers wordt wel de uitvinding van de telescoop in 1608 toegeschreven. Wie echt de eerste was, weet niemand, maar Lipperhey vroeg er octrooi op aan en Jansen niet, zodat Lipperhey kan bogen op het oudst bekende document waarin de uitvinding van de telescoop wordt geclaimd.
Jammer alleen dat geen van beiden hun kijkers op het heelal richtten, anders was het begin van de moderne sterrenkunde echt een volledig Nederlandse zaak geweest. Nu was het de Italiaan Galileo Galilei die in 1609 voor het eerst een telescoop op de maan richtte en tekeningen van bergen en kraters op maakte.
De waarnemingen van Galilei worden als het echte begin van de astronomie gezien, en daarom is 2009 het Internationale Jaar van de Sterrenkunde. In Nederland zullen het hele jaar 2009 activiteiten rondom het thema sterrenkunde worden georganiseerd (zie kader).
Tweede Gouden Eeuw
In de vierhonderd jaar die volgen na de uitvinding van de telescoop, speelt Nederland een grote rol in de sterrenkunde. In 1655 ontdekte Christiaan Huygens de Saturnus-maan Titan. En de 20e eeuw staat bol van Nederlandse astronomische ontdekkingen. Op grote afstand slingert zich een wolk van kometen rond de zon: de wolk van Oort, vernoemd naar Jan Hendrik Oort. De Kuipergordel, vernoemd naar Gerard Kuiper, ligt tussen die wolk en de buitenste planeet van ons zonnestelsel. Eind jaren vijftig was de radiotelescoop van Dwingeloo korte tijd de grootste ter wereld.
Waarom is Nederland toch zo goed in sterrenkunde? Volgens sterrenkundige en Spinozaprijswinnaar Ed van den Heuvel, drie jaar geleden met emeritaat gegaan, is het vooral een kwestie van schoolvorming: goede leermeesters die goede leerlingen hebben gehad – een trend die tot op de dag van vandaag is voortgezet.
Van den Heuvel: “Het is eigenlijk begonnen eind 19e eeuw, toen de Nederlandse regering flink heeft geïnvesteerd in de universiteiten. Dat heeft geleid tot een tweede Gouden Eeuw, waarin Nederland uitblonk in natuurkunde en sterrenkunde. Wat de sterrenkunde betreft ontstond er een astronomische school door Jacobus Kapteyn. Hij werd in 1878 hoogleraar sterrenkunde in Groningen. Hij leverde onder andere Willem de Sitter en Jan Hendrik Oort af als promovendi, die op hun beurt ook weer belangrijke astronomen hebben opgeleid. Later ontstond er een tweede, meer astrofysische gerichte school in navolging van Anton Pannekoek in Amsterdam en Marcel Minnaert in Utrecht. Ook zij hebben meer dan uitstekende astronomen opgeleid.”
Grootste vragen over de grootste dingen
Volgens sterrenkundige Vincent Icke van de Universiteit Leiden is er niet één aanwijsbare reden waarom Nederland zo goed is in sterrenkunde, maar is het een combinatie van psychologische, culturele en financiële factoren: “De psychologische reden is dat sterrenkunde mensen extreem boeit. De sterrenkunde zoekt antwoorden op de grootste vragen over de grootste dingen. Dat boeit studenten en dat boeit ook het brede publiek. Daarnaast hebben wij om de een of andere reden een cultuur die abstracte dingen waardeert. Neem Mondriaan in de schilderkunst. Misschien wordt het de laatste jaren wat minder, maar je kon hier altijd goed voor de dag komen als sterrenkundige of natuurkundige.”
Het meest concreet is de financiële reden. Icke: “Nederland is altijd een zeevarende natie geweest, en tot ver in de vorige eeuw was astronomie essentieel voor de navigatie op zee. Je kon letterlijk geld verdienen als je beter je positie en je tijd op het schip kon bepalen. Het belangrijkste is wel dat Nederland vanaf het eind van de 19e eeuw structureel geld heeft geïnvesteerd in het succesvol maken en houden van de sterrenkunde. Oort kreeg de Nederlandse overheid zover de radiotelescoop van Dwingeloo en de nog grotere van Westerbork te bouwen. Continue investeringen zijn essentieel geweest om succesvol te blijven.”
Donker spul
Volgens beiden wordt die dominante positie van de Nederlandse sterrenkunde nog steeds voortgezet. De nieuwe generatie sterrenkundige staat weer voor hele nieuwe vragen. Volgens Icke liggen de grote openstaande vragen op twee terreinen. Allereerst op het terrein van de gewone materie, het spul waaruit de mens, de aarde, de planeten en de sterren bestaan – het spul dat we kunnen zien. Icke: “We hebben nog steeds geen sluitend verhaal over de evolutie van die materie. We hebben wel stukken van een verklaring, maar er ontbreekt nog astrofysisch detail om te verklaren hoe precies sterrenstelsels, sterren en planeten zijn ontstaan. Daar moet de jonge generatie achteraan!”
De andere grote vraag ligt op het terrein van wat wel donkere materie en donkere energie wordt genoemd. “Noem het maar donker spul”, zegt Icke. “Of dat wat we nu donkere materie noemen ook echt materie is, weten we helemaal niet. Bestaat het wel uit deeltjes, of is het iets met een continu karakter? Of misschien is de aantrekkingskracht die nu aan donkere materie wordt toegeschreven wel toe te schrijven aan een eigenschap van de ruimtetijd zelf, aan een extra kromming die in de ruimtetijd zit. Wat zijn de eigenschappen van dat donkere spul? Is het echt wel verdeeld in materie aan de ene kant en energie aan de andere kant? We weten daar veel minder van dan je zou opmaken uit de populaire pers. En sommige wetenschappers doen het zelf ook voorkomen of we al halverwege een verklaring zijn. Maar we weten echt niet of de termen donkere materie en donkere energie wel van toepassing zijn. Dan moet je het ook niet zo noemen, want dat belemmert het kritisch denken. Wat is dat donkere spul nu echt? is dus de tweede grote open vraag voor sterrenkundigen.”
Waar de moderne astronomie vierhonderd jaar geleden begon met de uitvinding van de telescoop, is deze wetenschap nu zo ver gevorderd dat ze raakt aan fenomenen in het heelal die niet meer direct zichtbaar zijn, maar indirect uit waarnemingen moeten worden afgeleid: ‘het donkere spul’.
Boek
In het boek Astronomie.nl – Een Hollandse kijk op het heelal (Veen Magazines, 2008) gaat sterrenkundejournalist Govert Schilling uitgebreid in op de Nederlandse bijdragen aan de sterrenkunde.
Internet
www.astronomy2009.nl/
http://www.astronomie.nl/
Jaar van de Sterrenkunde in Nederland
Belangrijkste activiteiten uit het programma zoals dat nu bekend is. Voor actuele informatie: www.astronomy2009.nl/
15/16 januari
Officiële opening bij de Unesco in Parijs, inclusief een studentenprogramma. Meer dan 140 landen doen mee.
http://ama09.obspm.fr/ama09/open.php
21 januari
Nationale aftrap bij de Museum Sterrenwacht Sonnenborgh in Utrecht
2-5 april
‘100 uur van de sterrenkunde’. http://astronomy2009.org/globalprojects/cornerstones/100hoursofastronomy/
Ook in Nederland veel activiteiten tijdens deze dagen. Zoals Nationale Sterrenkijkdagen, activiteiten op scholen.
4 april
‘Dag van de sterrenkunde’.
Publieksmanifestatie met lezingen, workshops, films, documentaires, demonstraties, de Discovery Truck. Inclusief programma voor kinderen vanaf 10 jaar.
Besloten avondprogramma: ‘400 jaar moderne sterrenkunde’. Met muziek, lezingen door vooraanstaande astronomen, presentatie van een speciale Europazegel 400 jaar sterrenkunde van TNT Post, bekendmaking naamgeving planetoïden.
Hele jaar:
Het project ‘Het onzichtbare Heelal’, over infraroodsterrenkunde naar aanleiding van de lancering van de ESA ruimtetelescoop Herscheltelescoop met aan boord de in Nederland gemaakte Hifi. Het project ‘Het onzichtbare heelal’ heeft de Academische Jaarprijs 2007/2008 gewonnen. Met het prijzengeld is onder andere de Groningse Discovery Truck ingericht als infraroodlab. Daarmee trekken ze door het land. http://www.rug.nl/sciencelinx/hetonzichtbareheelal/index.
Voor het onderwijs:
- Galileoscope http://astronomy2009.org/globalprojects/cornerstones/galileoscope/ Zelfbouwtelescoop als project voor basisscholen, groep 7/8.
- Universe Awareness, een internationaal project dat geïnitieerd is in Nederland, en dat hele jonge kinderen met sterrenkunde laat kennismaken. http://astronomy2009.org/globalprojects/cornerstones/universeawareness/
Musea:
- Museon gaat IYA2009-zaal inrichten.
- Huis Marseille: expositie ‘First Light’, Astronomie in Fotografie, opent eind 2009.
- Van Gogh Museum: ‘Van Gogh en de kleuren van de nacht’, mogelijk koppeling met publieksprogramma Artis Planetarium.
Boeken en andere uitgaven:
Astronomie.nl – Een Hollandse kijk op het heelal. Govert Schilling. (Uitgeverij Veen Magazines)
Sterrenkundescheurkalender (Uitgeverij Veen Magazines)
DVD ‘Eyes on the Skies’ (IAU)
‘De hoed van Einstein’, van Rudi van der Velde (Gopher). Jeugdroman waarin en passant de relativiteitstheorie wordt uitgelegd.
Stripboek over de geschiedenis van de sterrenkunde vanaf Galileo Galilei (IAU, De Koepel)
Blijft het heelal alsmaar uitdijen of stort het ooit met geweld in elkaar? Hoe ontstonden sterren en planeten uit de oersoep die het heelal ooit was? Kruipt er elders in het heelal ook leven rond? Allemaal vragen uit de sterrenkunde, die raken aan de menselijke nieuwsgierigheid naar die donkere, onmetelijke ruimte die de aarde omringt.
Pas met de uitvinding van de telescoop, dit jaar vierhonderd jaar geleden, kon de mens deze vragen wetenschappelijk gaan onderzoeken. En die uitvinding was een Nederlandse. Hans Lipperhey of Zacharias Jansen? Aan beide Middelburgers wordt wel de uitvinding van de telescoop in 1608 toegeschreven. Wie echt de eerste was, weet niemand, maar Lipperhey vroeg er octrooi op aan en Jansen niet, zodat Lipperhey kan bogen op het oudst bekende document waarin de uitvinding van de telescoop wordt geclaimd.
Jammer alleen dat geen van beiden hun kijkers op het heelal richtten, anders was het begin van de moderne sterrenkunde echt een volledig Nederlandse zaak geweest. Nu was het de Italiaan Galileo Galilei die in 1609 voor het eerst een telescoop op de maan richtte en tekeningen van bergen en kraters op maakte.
De waarnemingen van Galilei worden als het echte begin van de astronomie gezien, en daarom is 2009 het Internationale Jaar van de Sterrenkunde. In Nederland zullen het hele jaar 2009 activiteiten rondom het thema sterrenkunde worden georganiseerd (zie kader).
Tweede Gouden Eeuw
In de vierhonderd jaar die volgen na de uitvinding van de telescoop, speelt Nederland een grote rol in de sterrenkunde. In 1655 ontdekte Christiaan Huygens de Saturnus-maan Titan. En de 20e eeuw staat bol van Nederlandse astronomische ontdekkingen. Op grote afstand slingert zich een wolk van kometen rond de zon: de wolk van Oort, vernoemd naar Jan Hendrik Oort. De Kuipergordel, vernoemd naar Gerard Kuiper, ligt tussen die wolk en de buitenste planeet van ons zonnestelsel. Eind jaren vijftig was de radiotelescoop van Dwingeloo korte tijd de grootste ter wereld.
Waarom is Nederland toch zo goed in sterrenkunde? Volgens sterrenkundige en Spinozaprijswinnaar Ed van den Heuvel, drie jaar geleden met emeritaat gegaan, is het vooral een kwestie van schoolvorming: goede leermeesters die goede leerlingen hebben gehad – een trend die tot op de dag van vandaag is voortgezet.
Van den Heuvel: “Het is eigenlijk begonnen eind 19e eeuw, toen de Nederlandse regering flink heeft geïnvesteerd in de universiteiten. Dat heeft geleid tot een tweede Gouden Eeuw, waarin Nederland uitblonk in natuurkunde en sterrenkunde. Wat de sterrenkunde betreft ontstond er een astronomische school door Jacobus Kapteyn. Hij werd in 1878 hoogleraar sterrenkunde in Groningen. Hij leverde onder andere Willem de Sitter en Jan Hendrik Oort af als promovendi, die op hun beurt ook weer belangrijke astronomen hebben opgeleid. Later ontstond er een tweede, meer astrofysische gerichte school in navolging van Anton Pannekoek in Amsterdam en Marcel Minnaert in Utrecht. Ook zij hebben meer dan uitstekende astronomen opgeleid.”
Grootste vragen over de grootste dingen
Volgens sterrenkundige Vincent Icke van de Universiteit Leiden is er niet één aanwijsbare reden waarom Nederland zo goed is in sterrenkunde, maar is het een combinatie van psychologische, culturele en financiële factoren: “De psychologische reden is dat sterrenkunde mensen extreem boeit. De sterrenkunde zoekt antwoorden op de grootste vragen over de grootste dingen. Dat boeit studenten en dat boeit ook het brede publiek. Daarnaast hebben wij om de een of andere reden een cultuur die abstracte dingen waardeert. Neem Mondriaan in de schilderkunst. Misschien wordt het de laatste jaren wat minder, maar je kon hier altijd goed voor de dag komen als sterrenkundige of natuurkundige.”
Het meest concreet is de financiële reden. Icke: “Nederland is altijd een zeevarende natie geweest, en tot ver in de vorige eeuw was astronomie essentieel voor de navigatie op zee. Je kon letterlijk geld verdienen als je beter je positie en je tijd op het schip kon bepalen. Het belangrijkste is wel dat Nederland vanaf het eind van de 19e eeuw structureel geld heeft geïnvesteerd in het succesvol maken en houden van de sterrenkunde. Oort kreeg de Nederlandse overheid zover de radiotelescoop van Dwingeloo en de nog grotere van Westerbork te bouwen. Continue investeringen zijn essentieel geweest om succesvol te blijven.”
Donker spul
Volgens beiden wordt die dominante positie van de Nederlandse sterrenkunde nog steeds voortgezet. De nieuwe generatie sterrenkundige staat weer voor hele nieuwe vragen. Volgens Icke liggen de grote openstaande vragen op twee terreinen. Allereerst op het terrein van de gewone materie, het spul waaruit de mens, de aarde, de planeten en de sterren bestaan – het spul dat we kunnen zien. Icke: “We hebben nog steeds geen sluitend verhaal over de evolutie van die materie. We hebben wel stukken van een verklaring, maar er ontbreekt nog astrofysisch detail om te verklaren hoe precies sterrenstelsels, sterren en planeten zijn ontstaan. Daar moet de jonge generatie achteraan!”
De andere grote vraag ligt op het terrein van wat wel donkere materie en donkere energie wordt genoemd. “Noem het maar donker spul”, zegt Icke. “Of dat wat we nu donkere materie noemen ook echt materie is, weten we helemaal niet. Bestaat het wel uit deeltjes, of is het iets met een continu karakter? Of misschien is de aantrekkingskracht die nu aan donkere materie wordt toegeschreven wel toe te schrijven aan een eigenschap van de ruimtetijd zelf, aan een extra kromming die in de ruimtetijd zit. Wat zijn de eigenschappen van dat donkere spul? Is het echt wel verdeeld in materie aan de ene kant en energie aan de andere kant? We weten daar veel minder van dan je zou opmaken uit de populaire pers. En sommige wetenschappers doen het zelf ook voorkomen of we al halverwege een verklaring zijn. Maar we weten echt niet of de termen donkere materie en donkere energie wel van toepassing zijn. Dan moet je het ook niet zo noemen, want dat belemmert het kritisch denken. Wat is dat donkere spul nu echt? is dus de tweede grote open vraag voor sterrenkundigen.”
Waar de moderne astronomie vierhonderd jaar geleden begon met de uitvinding van de telescoop, is deze wetenschap nu zo ver gevorderd dat ze raakt aan fenomenen in het heelal die niet meer direct zichtbaar zijn, maar indirect uit waarnemingen moeten worden afgeleid: ‘het donkere spul’.
Boek
In het boek Astronomie.nl – Een Hollandse kijk op het heelal (Veen Magazines, 2008) gaat sterrenkundejournalist Govert Schilling uitgebreid in op de Nederlandse bijdragen aan de sterrenkunde.
Internet
www.astronomy2009.nl/
http://www.astronomie.nl/
Jaar van de Sterrenkunde in Nederland
Belangrijkste activiteiten uit het programma zoals dat nu bekend is. Voor actuele informatie: www.astronomy2009.nl/
15/16 januari
Officiële opening bij de Unesco in Parijs, inclusief een studentenprogramma. Meer dan 140 landen doen mee.
http://ama09.obspm.fr/ama09/open.php
21 januari
Nationale aftrap bij de Museum Sterrenwacht Sonnenborgh in Utrecht
2-5 april
‘100 uur van de sterrenkunde’. http://astronomy2009.org/globalprojects/cornerstones/100hoursofastronomy/
Ook in Nederland veel activiteiten tijdens deze dagen. Zoals Nationale Sterrenkijkdagen, activiteiten op scholen.
4 april
‘Dag van de sterrenkunde’.
Publieksmanifestatie met lezingen, workshops, films, documentaires, demonstraties, de Discovery Truck. Inclusief programma voor kinderen vanaf 10 jaar.
Besloten avondprogramma: ‘400 jaar moderne sterrenkunde’. Met muziek, lezingen door vooraanstaande astronomen, presentatie van een speciale Europazegel 400 jaar sterrenkunde van TNT Post, bekendmaking naamgeving planetoïden.
Hele jaar:
Het project ‘Het onzichtbare Heelal’, over infraroodsterrenkunde naar aanleiding van de lancering van de ESA ruimtetelescoop Herscheltelescoop met aan boord de in Nederland gemaakte Hifi. Het project ‘Het onzichtbare heelal’ heeft de Academische Jaarprijs 2007/2008 gewonnen. Met het prijzengeld is onder andere de Groningse Discovery Truck ingericht als infraroodlab. Daarmee trekken ze door het land. http://www.rug.nl/sciencelinx/hetonzichtbareheelal/index.
Voor het onderwijs:
- Galileoscope http://astronomy2009.org/globalprojects/cornerstones/galileoscope/ Zelfbouwtelescoop als project voor basisscholen, groep 7/8.
- Universe Awareness, een internationaal project dat geïnitieerd is in Nederland, en dat hele jonge kinderen met sterrenkunde laat kennismaken. http://astronomy2009.org/globalprojects/cornerstones/universeawareness/
Musea:
- Museon gaat IYA2009-zaal inrichten.
- Huis Marseille: expositie ‘First Light’, Astronomie in Fotografie, opent eind 2009.
- Van Gogh Museum: ‘Van Gogh en de kleuren van de nacht’, mogelijk koppeling met publieksprogramma Artis Planetarium.
Boeken en andere uitgaven:
Astronomie.nl – Een Hollandse kijk op het heelal. Govert Schilling. (Uitgeverij Veen Magazines)
Sterrenkundescheurkalender (Uitgeverij Veen Magazines)
DVD ‘Eyes on the Skies’ (IAU)
‘De hoed van Einstein’, van Rudi van der Velde (Gopher). Jeugdroman waarin en passant de relativiteitstheorie wordt uitgelegd.
Stripboek over de geschiedenis van de sterrenkunde vanaf Galileo Galilei (IAU, De Koepel)
Saturday, November 29, 2008
Houdini-truc met origamiwiskunde
Dit artikel is gepubliceerd in NRC Handelsblad, 29 november 2008 en in De Standaard, 24 december 2008
Wanneer de verslaggever binnenkomt in de tijdelijke Brusselse werkkamer van wiskundige en computerwetenschapper Erik Demaine, staan vader Martin en zoon Erik toevallig naast elkaar. Als twee druppels water lijken ze op elkaar. Dezelfde bril, dezelfde baard, dezelfde, in een paardenstaart gebonden lange haren. Een bijzonder duo. Vader Martin – glasblazer, zilversmid en beeldend kunstenaar – gaf zijn zoon vanaf zijn zevende vier jaar lang zelf les. Zonder schoolopleiding werd Erik op zijn twaalfde toegelaten tot de Dalhousie University in het Canadese Halifax. Op volle snelheid stoomde hij door, en al voor zijn twintigste werd hij een leidende wiskundige in de origamiwiskunde. Ook nu nog werken vader en zoon nauw samen. Vader vooral met zijn praktische kennis en kunstzinnige ideeën, zoon vooral met zijn kennis van de wiskunde en van computeralgoritmen. Een verhaal over kunst die wiskunde inspireert, en andersom.
Je hebt geen school doorlopen, maar bent door je vader geschoold. Hoe ging dat?
“Tussen mijn zevende en mijn twaalfde reisde ik met mijn vader langs de oostkust van de VS. Af en toe bleven we wat langer op een plaats, en dan ging ik soms een week naar school om te kijken hoe het ging. Maar verreweg de meeste tijd onderwees mijn vader me. We moesten er allebei in het begin wel aan wennen. Hij moest omschakelen van ‘vader-Martin’ naar ‘leraar-Martin’. Soms liep ik eerst een blokje om zodat we allebei tijd hadden voor die omschakeling. Zo’n thuisscholing werkt zoveel efficiënter dan naar school gaan. Ik heb er veel profijt van.”
Hoe ontstond je interesse voor wiskunde en computerwetenschap?
“Ik speelde als kind veel videogames. Toen ik zeven was, vroeg ik aan mijn vader: ‘hoe maken mensen zo’n videogame?’ Mijn vader wist het ook niet, maar zocht boeken die ons dat konden leren. Samen schreven we ons eerste simpele avonturenspel in de programmeertaal BASIC. We gingen steeds verder en leerden andere programmeertalen. Op een gegeven moment zei mijn vader dat als ik echt goed wilde leren programmeren, ik ook wiskunde moest leren. Hij kocht weer wat boeken, en zo begon ik met wiskunde. Daarnaast legde hij veel nadruk op het praten met mensen van alle leeftijden, niet alleen met kinderen van mijn eigen leeftijd.”
Hoe belandde je zo jong op de universiteit?
“Toen ik twaalf was, kreeg mijn vader het voor elkaar dat ik om te proberen colleges computerwetenschappen mocht volgen aan de universiteit. Het ging goed, en ik mocht als student komen. Ik volgde zoveel colleges als ik aankon en als een spons zoog ik alles op. Op die leeftijd kun je zoveel tegelijk doen! Ik had geluk dat ik zo vroeg naar de universiteit kon. Het leeftijdsverschil maakte niets uit. De andere studenten deden normaal tegen me, en ik werd ook op hun feestjes uitgenodigd. Ik denk echt dat meer studenten dit moeten en kunnen doen. Alles wat je nodig hebt, is de passie om nieuwe dingen te leren.”
Hoe ben je in de origamiwiskunde verzeild geraakt?
“Ik hou van wiskunde, maar als student computerwetenschappen wist ik niet wat ik ermee wilde doen. Tot het moment dat ik me realiseerde dat ik in de computationele geometrie wiskunde kon combineren met computeralgoritmen. Ik hou erg van het visuele aspect van geometrische figuren. Je kunt tastbare modellen maken en met die vormen spelen. En je kunt het ook uitleggen aan mensen die geen wiskunde kennen. Gewoon door vormen te laten zien. Toevallig hoorde ik een keer over het werk van de Amerikaanse natuurkundige en origamikunstenaar Robert Lang in de computationele origami: rekenmethoden om nieuwe origamivormen te vouwen. Dat klonk cool. Ik dacht: ‘misschien zijn er andere onopgeloste problemen waaraan ik kan werken.’ En zo ben ik begonnen.”
Waarover gaat origamiwiskunde?
“In de origamiwiskunde proberen we te begrijpen hoe je van een vlak stuk papier een willekeurig driedimensionaal object kunt vouwen: een kikker, een mens of een abstracte, geometrische figuur. Het kan alles zijn. Je werkt in drie dimensies, maar je vouwt een tweedimensionaal oppervlak. De ultieme uitdaging is om een rekenmethode te vinden die je vertelt hoe je op de beste manier een willekeurige driedimensionale structuur kunt vouwen. En ‘beste’ betekent zoiets als met zo min mogelijke vouwen en een zo klein mogelijk stuk papier. Daaraan werk ik samen met mijn vader en Robert Lang. Ik vermoed dat het niet mogelijk is om altijd de beste manier van vouwen te vinden. Maar ik denk dat we wel op weg zijn om een rekenmethode te vinden die dicht daarbij in de buurt komt.”
Je hebt geen school doorlopen, maar bent door je vader geschoold. Hoe ging dat?
“Tussen mijn zevende en mijn twaalfde reisde ik met mijn vader langs de oostkust van de VS. Af en toe bleven we wat langer op een plaats, en dan ging ik soms een week naar school om te kijken hoe het ging. Maar verreweg de meeste tijd onderwees mijn vader me. We moesten er allebei in het begin wel aan wennen. Hij moest omschakelen van ‘vader-Martin’ naar ‘leraar-Martin’. Soms liep ik eerst een blokje om zodat we allebei tijd hadden voor die omschakeling. Zo’n thuisscholing werkt zoveel efficiënter dan naar school gaan. Ik heb er veel profijt van.”
Hoe ontstond je interesse voor wiskunde en computerwetenschap?
“Ik speelde als kind veel videogames. Toen ik zeven was, vroeg ik aan mijn vader: ‘hoe maken mensen zo’n videogame?’ Mijn vader wist het ook niet, maar zocht boeken die ons dat konden leren. Samen schreven we ons eerste simpele avonturenspel in de programmeertaal BASIC. We gingen steeds verder en leerden andere programmeertalen. Op een gegeven moment zei mijn vader dat als ik echt goed wilde leren programmeren, ik ook wiskunde moest leren. Hij kocht weer wat boeken, en zo begon ik met wiskunde. Daarnaast legde hij veel nadruk op het praten met mensen van alle leeftijden, niet alleen met kinderen van mijn eigen leeftijd.”
Hoe belandde je zo jong op de universiteit?
“Toen ik twaalf was, kreeg mijn vader het voor elkaar dat ik om te proberen colleges computerwetenschappen mocht volgen aan de universiteit. Het ging goed, en ik mocht als student komen. Ik volgde zoveel colleges als ik aankon en als een spons zoog ik alles op. Op die leeftijd kun je zoveel tegelijk doen! Ik had geluk dat ik zo vroeg naar de universiteit kon. Het leeftijdsverschil maakte niets uit. De andere studenten deden normaal tegen me, en ik werd ook op hun feestjes uitgenodigd. Ik denk echt dat meer studenten dit moeten en kunnen doen. Alles wat je nodig hebt, is de passie om nieuwe dingen te leren.”
Hoe ben je in de origamiwiskunde verzeild geraakt?
“Ik hou van wiskunde, maar als student computerwetenschappen wist ik niet wat ik ermee wilde doen. Tot het moment dat ik me realiseerde dat ik in de computationele geometrie wiskunde kon combineren met computeralgoritmen. Ik hou erg van het visuele aspect van geometrische figuren. Je kunt tastbare modellen maken en met die vormen spelen. En je kunt het ook uitleggen aan mensen die geen wiskunde kennen. Gewoon door vormen te laten zien. Toevallig hoorde ik een keer over het werk van de Amerikaanse natuurkundige en origamikunstenaar Robert Lang in de computationele origami: rekenmethoden om nieuwe origamivormen te vouwen. Dat klonk cool. Ik dacht: ‘misschien zijn er andere onopgeloste problemen waaraan ik kan werken.’ En zo ben ik begonnen.”
Waarover gaat origamiwiskunde?
“In de origamiwiskunde proberen we te begrijpen hoe je van een vlak stuk papier een willekeurig driedimensionaal object kunt vouwen: een kikker, een mens of een abstracte, geometrische figuur. Het kan alles zijn. Je werkt in drie dimensies, maar je vouwt een tweedimensionaal oppervlak. De ultieme uitdaging is om een rekenmethode te vinden die je vertelt hoe je op de beste manier een willekeurige driedimensionale structuur kunt vouwen. En ‘beste’ betekent zoiets als met zo min mogelijke vouwen en een zo klein mogelijk stuk papier. Daaraan werk ik samen met mijn vader en Robert Lang. Ik vermoed dat het niet mogelijk is om altijd de beste manier van vouwen te vinden. Maar ik denk dat we wel op weg zijn om een rekenmethode te vinden die dicht daarbij in de buurt komt.”
Hoe lastig zijn origamiproblemen?
“Ze zien er misschien gemakkelijk uit, maar ze zijn wiskundig vaak buitengewoon uitdagend. Neem het ‘vouw-en-knip’-probleem, het eerste origamiprobleem waaraan ik in 1996 met mijn vader begon. Het idee is als volgt. Je neemt een stuk papier en vouwt het zo vaak als je wilt en hoe je maar wilt. De enige voorwaarde is dat je na elke vouw nog steeds een plat stuk papier moet hebben. Dan knip je het gevouwen stuk papier op een willekeurige plek door zodat er ogenschijnlijk twee helften overblijven. Die twee helften trek je uit elkaar. Meestal krijg je zo niet twee, maar meer dan twee stukken. Het zijn allemaal veelhoeken: stukjes met drie, vier of meer hoeken. De beroemde goochelaar Harry Houdini gebruikte dit principe voor een van zijn goocheltrucs. Hij toverde het publiek met vouwen en één knip een vijfpuntige ster voor. In 1921 publiceerde hij het boek ‘Paper Magic’ met meer van dit soort voorbeelden. Later vroeg de Amerikaanse wiskundepopularisator Martin Gardner zich af welke vormen je op deze manier wel of niet kunt maken.”
En?
“Die vraag inspireerde ons, en na twee jaar puzzelen vonden we in 1998 een wiskundige oplossing. Het antwoord had niemand verwacht. In principe kun je willekeurig welke gehoekte vorm krijgen! Of het nu een zwaan is, een stripfiguur of je initialen. We vonden de rekenmethode die je vertelt met welke vouwen en welke knip je zo’n vorm kunt maken. Werken aan origamiproblemen is big fun, maar ook uitdagend voor wiskundigen en computerwetenschappers.”
Kun je het ook toepassen buiten de origamikunst?
“Origamiwiskunde kun je toepassen op alle terreinen die met vouwen te maken hebben: bijvoorbeeld bij het vouwen van robotarmen in de robotica, maar ook in de architectuur, de beeldende kunst en bij computergraphics. Ik weet ook dat sommige bedrijven met origamirekenmethoden onderzoeken hoe ze airbags veiliger kunnen maken. Levert de airbag een betere bescherming als je hem op een slimmere manier opvouwt, waardoor hij zich bij een ongeluk beter ontvouwt, is dan de vraag. En origamikunstenaar Robert Lang werkt aan een opvouwbare telescooplens. In de ruimte moet je de lens kunnen uitvouwen tot een vlak van honderd meter in diameter, maar opgevouwen in een ruimteschip wil je een pakje van niet meer dan tien meter breed overhouden. Hoe doe je dat op de handigste manier?”
Aan welk concreet praktisch probleem werk je zelf?
“Dat is het probleem van de eiwitvouwing. Misschien wel de belangrijkste mogelijke toepassing, hoewel we daar nog voor een onopgelost probleem staan. Onze genen vertellen welke eiwitten cellen moeten aanmaken. Eiwitten zijn de werkpaarden van het lichaam. Ze zijn op een bepaalde manier gevouwen, en die manier bepaalt voor een groot gedeelte hun functie. Maar we weten voor veel eiwitten niet hoe ze zijn gevouwen. Als we dat wel weten, dan kunnen we die kennis gebruiken om geneesmiddelen te maken. Bij allerlei ziekten gaat de eiwitvouwing verkeerd, en geneesmiddelen kunnen dat met speciaal ontworpen eiwitten repareren. In plaats van gewoon maar te proberen of een middel werkt, kunnen we dan van te voren bedenken welke stof wel of niet als geneesmiddel kan werken.”
Wat kan de origamiwiskunde toevoegen aan het werk dat biologen, natuurkundigen en scheikundigen al aan eiwitvouwing doen?
“Vanuit natuurwetenschappelijk perspectief is het vouwproces nog grotendeels een mysterie. Wij schuiven dat perspectief tijdelijk aan de kant en stellen simpelweg de vraag op welke mogelijke manieren je de ene eiwitvorm tot de andere kunt vouwen. Wiskundig gezien is dat een soort eendimensionale origami. De vraag is of we een rekenmethode kunnen vinden voor de handigste manier van eiwitvouwing. Welk natuurwetenschappelijk principe de vouwing ook bepaalt, op enig niveau kun je het als een rekenmethode beschouwen. We hopen dat als we die wiskundige rekenmethode hebben gevonden, zij ons automatisch ook inzicht geeft in de natuur- en scheikundige principes die bepalen hoe een eiwit zich vouwt. Vaak heeft de natuur een efficiënt principe ontwikkeld, en ik hoop dat we dat met origamiwiskunde kunnen vinden.”
Maak je in je abstracte, wiskundige werk gebruik van de origamipraktijk, of zijn dat twee gescheiden werelden?
“Mijn vader en ik experimenteren veel bij het oplossen van een wiskundig origamiprobleem. Het met je handen vouwen van een origamiobject vormt je intuïtie voor wat wel en niet mogelijk is; voor waar je een bepaalde vouw moet maken om later een bepaalde structuur aan het driedimensionale object te geven. Het is alsof je je hoofd door het vouwen voedt met een grote experimentele database. Die database gebruik je bij het oplossen van de wiskundige puzzel. Trouwens, alle bekende origamiontwerpers gebruiken enige vorm van origamiwiskunde. Alleen laten zij geen computer rekenen, maar doen ze de berekening onbewust in hun hoofd, op een intuïtieve manier.”
Je laat je inspireren door vormen en structuren die je om je heen ziet. Je werkt nauw samen met je vader, die beeldend kunstenaar is. Wat is voor jou de relatie tussen wetenschap en kunst?
“Voor mijn vader en mij komen beeldende kunst en wetenschap steeds dichter bij elkaar. Voor mij lijkt de esthetica van de wiskunde sterk op die van de kunst. Wij begonnen ons werk aan origamiproblemen vanuit wetenschappelijke nieuwsgierigheid. Soms vinden we ineens prachtige vormen, leggen de wetenschap een tijdje aan de kant en beginnen die vormen vanuit kunstzinnig perspectief verder te verkennen. Wij springen heen en weer tussen kunst en wetenschap. Dat geeft veel flexibiliteit. Als je wetenschappelijk een tijd geen vooruitgang boekt, kun je je meer met de kunst bezighouden, en andersom. Drie van onze origamivormen staan nu in de permanente collectie van het Museum of Modern Art in New York. Het zijn trouwens vormen die we wiskundig nog niet helemaal begrijpen.”
Jullie werken ook aan een ‘schaduwwand’. Wat is dat?
“De ‘schaduwwand’ is een prachtig project waarin kunst en wetenschap samenkomen. Het is een idee van mijn vader. We werken er nu samen aan, maar hebben nog geen oplossing gevonden. We hebben wel al een sponsor om het ook echt te bouwen, zodra we een wiskundige oplossing hebben gevonden. We willen ergens op een zonnige locatie in de grond een grote wand neerzetten. Uit die wand steken stenen of stokken, of wat dan ook. De zon tekent een schaduw van de uitsteeksels op de wand. De vraag is nu hoe je de uitsteeksels moet plaatsen zodat de zon in de ochtend de schaduw van een kleine jongen maakt, en dat die schaduw tegen zonsondergang verandert in het silhouet van een oude man. Om dat voor elkaar te krijgen moet je de wiskunde achter de schaduwvorming begrijpen. Dit is geen origamiprobleem, maar wel een geometrieprobleem. Veel van de problemen die ik wiskundig probeer op te lossen lijken als je ze in de praktijk brengt op goocheltrucs. Wiskunde die raakt aan kunst en goochelen, daar hou ik van.”
Hoe kies je je onderzoeksvragen?
“Aan het begin van mijn loopbaan zeiden mensen vaak tegen me dat ik te veel recreatiewiskunde deed. Wel fun, maar te weinig serieuze wiskunde. Ik heb alle commentaren en adviezen genegeerd en alleen maar gewerkt aan problemen die me echt aanspraken en die inderdaad fun waren. Het feit dat MIT me meteen na mijn promotie in 2000 een baan aanbood, en het feit dat ik in 2003 de MacArthur Fellowship won, hebben me gelukkig in mijn eigenwijsheid bevestigd. Maar ja, in het begin wist ik inderdaad niet of ik wel de juiste keuze had gemaakt.
“Ik hou ervan om van de gebaande paden af te wijken. Dat heb ik – geloof ik – ook wel van mijn vader meegekregen. Ik zoek altijd naar hele basale problemen, waar nog niemand aan heeft gedacht, maar die toch uitdagend zijn. Zoals de vraag of je met een stuk papier elke veelhoekige driedimensionale vorm kunt vouwen. Natuurlijk wil je op die vraag graag het antwoord weten!”
En wat is het antwoord?
“Ja, ik heb bewezen dat dat kan, als het stuk papier groot genoeg mag worden. Ik voel dat als je aan zulke basale problemen werkt, er altijd wel een moment komt waarop het wiskundige werk toepassingen krijgt in de wereld om ons heen. Het is moeilijk te voorspellen wanneer dat is en welke toepassing het werk krijgt, maar het prachtige van wetenschap in het algemeen en wiskunde in het bijzonder is dat fundamenteel werk vaak op een onverwachte manier in de praktijk toepassingen krijgt.”
Kort profiel:
Dr. Erik Demaine (27) is een Amerikaans-Canadese wiskundige en computerwetenschapper van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) in de VS. Hij is een van de leidende wiskundigen op het terrein van de origamiwiskunde: de wiskunde van het vouwen. Op zijn twaalfde ging hij – zonder schoolopleiding, maar alleen onderwezen door zijn vader – naar de Dalhousie University in het Canadese Halifax. Twee jaar later haalde hij daar zijn bachelordiploma. Op zijn zestiende haalde Demaine zijn masterdiploma aan de University of Waterloo en op zijn twintigste promoveerde hij aan die universiteit. Nog in hetzelfde jaar werd hij aangesteld als assistent professor aan het Massachusetts Institute of Technology (VS), als jongste ooit. In 2003 won hij de prestigieuze MacArthur Fellowship – ook wel ‘Genius Award’ genoemd – van een half miljoen dollar. Sinds 1 november 2008 bekleedt hij voor een half jaar de International Francqui Chair als gast van de Université Libre de Bruxelles (ULB). Vader Martin Demaine is als artist-in-residence en onderzoeker ook verbonden aan MIT.
En wat is het antwoord?
“Ja, ik heb bewezen dat dat kan, als het stuk papier groot genoeg mag worden. Ik voel dat als je aan zulke basale problemen werkt, er altijd wel een moment komt waarop het wiskundige werk toepassingen krijgt in de wereld om ons heen. Het is moeilijk te voorspellen wanneer dat is en welke toepassing het werk krijgt, maar het prachtige van wetenschap in het algemeen en wiskunde in het bijzonder is dat fundamenteel werk vaak op een onverwachte manier in de praktijk toepassingen krijgt.”
Kort profiel:
Dr. Erik Demaine (27) is een Amerikaans-Canadese wiskundige en computerwetenschapper van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) in de VS. Hij is een van de leidende wiskundigen op het terrein van de origamiwiskunde: de wiskunde van het vouwen. Op zijn twaalfde ging hij – zonder schoolopleiding, maar alleen onderwezen door zijn vader – naar de Dalhousie University in het Canadese Halifax. Twee jaar later haalde hij daar zijn bachelordiploma. Op zijn zestiende haalde Demaine zijn masterdiploma aan de University of Waterloo en op zijn twintigste promoveerde hij aan die universiteit. Nog in hetzelfde jaar werd hij aangesteld als assistent professor aan het Massachusetts Institute of Technology (VS), als jongste ooit. In 2003 won hij de prestigieuze MacArthur Fellowship – ook wel ‘Genius Award’ genoemd – van een half miljoen dollar. Sinds 1 november 2008 bekleedt hij voor een half jaar de International Francqui Chair als gast van de Université Libre de Bruxelles (ULB). Vader Martin Demaine is als artist-in-residence en onderzoeker ook verbonden aan MIT.
Achtergrondinformatie: Origamiwiskunde
Origami is gebaseerd op het vouwen van papier. Hoewel het als van oorsprong Japanse kunstvorm al eeuwen bestaat, is origamiwiskunde iets van de laatste drie decennia. Hoe je een stuk papier moet vouwen om een bepaald patroon te maken, wordt in de praktijk aangegeven door de ‘blauwdruk’: een patroon van getrokken lijnen op het ongevouwen, vlakke stuk papier. Eén type lijn (– – – – – ) zegt dat je het papier daar naar binnen moet vouwen (een dalvouw), en een ander type lijn (–∙∙–∙∙–∙∙–∙∙–) zegt dat je daar naar buiten moet vouwen (een bergvouw). Origamiwiskunde beschrijft de origamispelregels op een formele manier, en ontdekt wat er wel en niet mogelijk is.
Origami voldoet aan vier eenvoudige wiskundige spelregels. De eerste regel zegt dat je alle vlakjes van de blauwdruk met twee kleuren kunt inkleuren zonder dat twee aangrenzende vlakjes dezelfde kleur krijgen. Volgens de tweede regel verschilt het aantal ‘bergvouwen’ en het aantal ‘dalvouwen’ in een willekeurig punt waarin vouwen samenkomen (technisch heet dat een ‘interne vertex’) altijd het aantal 2. De derde regel gaat over de hoeken van de stukjes die rondom een interne vertex liggen. Als je om een vertex heen wandelt, en die hoeken nummert als 1, 2, 3…, dan geldt dat de som van alle oneven genummerde hoeken (1, 3, 5…) gelijk is aan 180 graden. Hetzelfde geldt voor de som van alle even hoeken (2, 4, 6…). De vierde regel zegt dat je het papier nergens door zichzelf mag steken. Het blijkt dat deze eenvoudige vier basisregels een ongelofelijke hoeveelheid origamipatronen opleveren.
Verder heeft de Franse wiskundige Jacques Justin in 1989, en onafhankelijk van hem de Italiaans-Japanse wiskundige Humiaki Huzita in 1992, zes axioma’s opgesteld, die je kunt beschouwen als de fundamentele operaties die je bij het vouwen op een punt of op een lijn op het origamipapier kunt uitvoeren. Zo zegt bijvoorbeeld axioma 6: “Gegeven twee punten p1 en p2, en twee lijnen l1 en l2, dan kunnen we een vouw maken die punt p1 op lijn l1 plaatst en p2 op l2”
Koshiro Hatori ontdekte in 2002 dat er nog een zevende axioma bestaat. Vervolgens bewees Robert Lang dat deze verzameling van zeven axioma’s de volledige lijst van axioma’s is in de origamiwiskunde. De wiskundige benadering van origami, gebaseerd op de vier basisspelregels en de zeven axioma’s, heeft geleid tot nieuwe ontwerpen en nieuwe ontdekkingen in de origamiwiskunde, onder andere door Erik Demaine.
Internet
Homepage van Erik Demaine: http://www.erikdemaine.org/
Homepage van Robert Lang: http://www.langorigami.com/
Videopresentatie van Robert Lang over origami en origamiwiskunde: www.ted.com/index.php/talks/robert_lang_folds_way_new_origami.html
Vouwschema’s om zelf een serie bekende origamimodellen te vouwen: http://www.origamiwithrachelkatz.com/folding/folding.htm
Uitleg van eenvoudige origamiwiskunde: http://kahuna.merrimack.edu/~thull/combgeom/flatfold/flat.html http://mathworld.wolfram.com/Origami.html
Internet
Homepage van Erik Demaine: http://www.erikdemaine.org/
Homepage van Robert Lang: http://www.langorigami.com/
Videopresentatie van Robert Lang over origami en origamiwiskunde: www.ted.com/index.php/talks/robert_lang_folds_way_new_origami.html
Vouwschema’s om zelf een serie bekende origamimodellen te vouwen: http://www.origamiwithrachelkatz.com/folding/folding.htm
Uitleg van eenvoudige origamiwiskunde: http://kahuna.merrimack.edu/~thull/combgeom/flatfold/flat.html http://mathworld.wolfram.com/Origami.html
Saturday, November 22, 2008
Een grote poort naar de zee
Dit artikel is gepubliceerd in NRC Handelsblad, 22 november 2008
Wat een gekke foto is dit! Je kijkt uit op een strand. Maar hé, wat staat daar in het zand? Het lijkt wel een poort. Maar staat de poort nu rechtop of ligt hij in het zand? Als je zonder nadenken naar de foto kijkt, dan staat de poort toch echt rechtop. Maar ga je nadenken over wat je ziet, dan begin je te twijfelen. Als je goed kijkt, zie je dat de zwarte stip op de rand van het strand en de zee een mens met paard en wagen is. Je ziet een lange schaduw. De zon moet dus vrij laag aan de hemel staan. Als de poort rechtop staat, dan moet je ook een lange schaduw van de poort zien. Die zie je niet. Je ogen hebben je gefopt! De poort ligt gewoon plat in het zand.
Fotograaf en beeldend kunstenaar Nico Laan uit Den Haag heeft deze illusie getekend op het Noordzeestrand. Dat kan het beste in zand dat na eb is drooggevallen. Hij noemt zijn kunstwerk de ‘Poort naar de zee’. De tekening is bijna een kwart voetbalveld groot en lijkt op het strand meer op een hoefijzer. Nico groef geulen in het zand, precies één schepje diep. Met die schepjes zand wierp hij een dijkje op naast elke geul.
Van waaruit is die foto genomen? Vanaf de duinen? Nee. Nico heeft een camera opgehangen aan een vlieger. Hij liet de vlieger op, en fotografeerde zijn strandtekening vanuit de lucht. Hij had berekend van waaruit de vlieger de foto moest nemen zodat de poort rechtop leek te staan. Dat was op 18,75 meter hoogte. Zo ziet een vogel zijn kunstwerk dus. Als een landmeter had hij van tevoren berekend waar hij de geulen moest graven.
Zo’n platte tekening die vanuit één punt gezien ruimtelijk wordt, heet een anamorfose. Nico won met zijn kunstwerk op 15 november een wedstrijd voor wie de mooiste foptekening kon maken. De wedstrijd was georganiseerd door de Stichting Ars et Mathesis. Ars is Latijn voor kunst, en mathesis is Latijn voor wiskunde. Die wiskunde heb je nodig om zo’n kunstzinnige foptekening te maken.
Internet
www.arsetmathesis.nl/ De Stichting Ars et Mathesis organiseerde de anamorfose-wedstrijd ter gelegenheid van het 25-jarig bestaan van de stichting. Hier staan ook voorbeelden van mooie stoepkrijttekeningen die rechtop lijken te staan.
http://users.skynet.be/J.Beever/pave.htm Stoepkrijttekeningen van de Engelse kunstenaar Julian Beever
http://media.cnpapers.com/chalk/ Filmpje van Julian Beever die in drie dagen een tekening maakt van wildwatervaren.
Friday, November 7, 2008
Software investments: What do they yield?
Good custom-developed software is not routine work that every programmer can produce. It is a high-quality knowledge product and therefore demands a substantial investment from the client. In this branch, like many others, the least expensive solution can often turn out to cost the most. In the EQUITY project, academic researchers from the VU University in Amsterdam collaborate with IT specialists from ABN AMRO to quantify the yield of IT investments.
This article was originally published in Dutch in I/O Informatica Onderzoek, October 2007
The dream of the Dutch government was called P-Direkt. It was an IT dream that was smashed to pieces in 2005. P-Direkt was a plan to have all government ministries making use of a single central personnel and salary administration system via a shared service centre. More quality for less money – that was the idea. But instead, both the government and IT contractor IBM (and subcontractor Logica CMG) concluded two years ago that the project no longer had a future. Buying the contract out cost the government more than twenty million euros.
This is just one of the recent examples of how large IT contracts can go dreadfully wrong. And it is one of the reasons that it is necessary to quantify what a particular IT investment will yield. What does a company receive in return for every euro it invests in IT? A good deal that turns out to be a costly mistake... or an expensive but ultimately profitable investment? These are the questions driving the JACQUARD project EQUITY: Exploring Quantifiable Information Technology Yields.
In EQUITY, academic researchers from the VU University in Amsterdam collaborate with ABN AMRO employees. VU's Professor of Information Management, Chris Verhoef is responsible for the academic aspects of the project. ‘The IT investments of a large bank run into the billions of euros per year. Thus it’s no wonder that there is a desire to determine what such a bank receives in return.’
EQUITY is a four-year project that began in 2005. In addition to Verhoef, four PhD students from the VU are also involved. Jean Kleijnen, Senior Vice-President of the IT department, is closely involved with EQUITY as a representative of ABN AMRO: ‘We invest manpower in the project– as much as is required – and by providing all the necessary data for confidential use. The PhD students can work in our offices as often as they like, and they each have a personal workspace. Every three months we meet to discuss how the project is proceeding.’
Golden nuggets in the sand
Verhoef’s contacts in ABN AMRO go back to the beginning of the 1990's. ‘From the bit-level to the management-level,’ he explains. He worked as an adviser for various financial institutions. It was not until 2001, however, that he also gained permission from ABN AMRO, ING, Deutsche Bank and others to publish his scientific research. After all, he required hard business data for the research, and companies were initially understandably reluctant to have that data published – even anonymously – in scientific journals. But ultimately these companies realized that they too could benefit from more scientific research into the quantification of IT yields.
Verhoef: ‘Company problems form an important source for my scientific research. I know what practical needs exist, and on the other hand I see the academic “golden nuggets” in the sand. As the costs for IT expenditure rise, it becomes ever more important to obtain good quantitative insight into the yield of those software investments.’
At the beginning of 2000, ABN AMRO began its own improvement programme to investigate how the price-quality ratio of an IT investment could be optimized. Kleijnen: ‘We quickly recovered the cost of that internal improvement programme. Once we began asking ourselves how good this improvement programme actually was, we asked Chris Verhoef to begin a more extensive study. That is how the collaboration began. My dream was to find a parameter that I could – so to speak – present at a boardroom meeting. That parameter would then tell us: if we invest this much, we will get this much in return.’
In the same manner that the international stock markets have their own index to compare financial funds – via the AEX in Amsterdam or the Dow Jones in the U.S. for instance – the researchers in the EQUITY programme use a “function point” as the unit of measurement. A function point is a measure of the functionality of a system. The greater the scope of the system, the more function points it contains. IT investments are then evaluated in terms of cost per function point. Future costs for maintenance are also included in the calculation. You may be able to purchase an inexpensive system, but if the quality is poorer than expected you may later be confronted with very high maintenance costs. In that regard, the purchase of an IT product is just like the purchase of a car or a house. Verhoef: ‘In construction you calculate in cubic metres. The contractor can build a block of flats with so many cubic metres for such and such a price. Likewise, you can see function points as the cubic metres of the IT branch.’
Millions of lines of code
A quantitative analysis serves many objectives simultaneously. First and foremost is the determining the yield of an IT investment. ‘The IT portfolio of a large company – whether a bank, an insurance company or a government agency – contains a million lines of programming code,’ explains Verhoef. ‘Often we are looking at custom work, not commercial off-the-shelf solutions. The scientific challenge is to extract from those million lines of code the quality characteristics the company is interested in. We are not examining the errors in the code but rather the possibility to extract management information from large quantities of code.’
Besides determining what an IT investment yields, there is also a second reason to quantify IT performance. Kleijnen: ‘The EQUITY project has helped us enormously in handling contract negotiations with the software developers. We can now substantiate why we think a function point should have a certain price and not cost more.’ By presenting hard numbers, we create a healthy balance of power in the price negotiations.’
A third reason can be found at the management level. Managers had to make decisions about IT investments on the basis of a sort of IT weather prediction: How much maintenance do you expect in the future? How much additional expense results from changes to the product requirements during development? Verhoef: ‘Here, too, it is just like the situation with a house. Once the first blueprint is finished and has been sent to the contractor, the wishes often change. You want an addition here, an extra room there and so forth. Suppose you request changes representing 2% of the total project every month – the question is what that will cost and whether it all fits together as was originally intended. It is fairly common that extra requirements arise during implementation. But you want to know the extent to which it is still prudent to add extra requirements and when you would have been better off to start with a new design. With P-Direkt you saw that the implementers ultimately could not deliver the promised product at the agreed price, probably because the product requirements were continuously changed.’ This is the kind of situation ABN Amro wants to prevent, and that is the motivation to investigate what actually qualifies as healthy growth.
Stimulating collaboration
Kleijnen is very pleased about the collaboration with the VU researchers. ‘Bringing together academic researchers and business people should produce a win-win situation and EQUITY certainly makes good on that promise. It is positive that such collaborative associations are actively stimulated by the government. That is also a form of initiative. But it does require willingness from both sides.’
Jean Kleijnen senior vice-president of the ABN Amro IT department, is involved in EQUITY as a representative of the bank.
Chris Verhoef VU University professor of information management, is responsible for the academic aspects of the EQUITY project.
In March 2007, the international IEEE conference on international EQUITY-related projects took place in Amsterdam: http://www.cs.vu.nl/equity2007/equity-report.php
This article was originally published in Dutch in I/O Informatica Onderzoek, October 2007
The dream of the Dutch government was called P-Direkt. It was an IT dream that was smashed to pieces in 2005. P-Direkt was a plan to have all government ministries making use of a single central personnel and salary administration system via a shared service centre. More quality for less money – that was the idea. But instead, both the government and IT contractor IBM (and subcontractor Logica CMG) concluded two years ago that the project no longer had a future. Buying the contract out cost the government more than twenty million euros.
This is just one of the recent examples of how large IT contracts can go dreadfully wrong. And it is one of the reasons that it is necessary to quantify what a particular IT investment will yield. What does a company receive in return for every euro it invests in IT? A good deal that turns out to be a costly mistake... or an expensive but ultimately profitable investment? These are the questions driving the JACQUARD project EQUITY: Exploring Quantifiable Information Technology Yields.
In EQUITY, academic researchers from the VU University in Amsterdam collaborate with ABN AMRO employees. VU's Professor of Information Management, Chris Verhoef is responsible for the academic aspects of the project. ‘The IT investments of a large bank run into the billions of euros per year. Thus it’s no wonder that there is a desire to determine what such a bank receives in return.’
EQUITY is a four-year project that began in 2005. In addition to Verhoef, four PhD students from the VU are also involved. Jean Kleijnen, Senior Vice-President of the IT department, is closely involved with EQUITY as a representative of ABN AMRO: ‘We invest manpower in the project– as much as is required – and by providing all the necessary data for confidential use. The PhD students can work in our offices as often as they like, and they each have a personal workspace. Every three months we meet to discuss how the project is proceeding.’
Golden nuggets in the sand
Verhoef’s contacts in ABN AMRO go back to the beginning of the 1990's. ‘From the bit-level to the management-level,’ he explains. He worked as an adviser for various financial institutions. It was not until 2001, however, that he also gained permission from ABN AMRO, ING, Deutsche Bank and others to publish his scientific research. After all, he required hard business data for the research, and companies were initially understandably reluctant to have that data published – even anonymously – in scientific journals. But ultimately these companies realized that they too could benefit from more scientific research into the quantification of IT yields.
Verhoef: ‘Company problems form an important source for my scientific research. I know what practical needs exist, and on the other hand I see the academic “golden nuggets” in the sand. As the costs for IT expenditure rise, it becomes ever more important to obtain good quantitative insight into the yield of those software investments.’
At the beginning of 2000, ABN AMRO began its own improvement programme to investigate how the price-quality ratio of an IT investment could be optimized. Kleijnen: ‘We quickly recovered the cost of that internal improvement programme. Once we began asking ourselves how good this improvement programme actually was, we asked Chris Verhoef to begin a more extensive study. That is how the collaboration began. My dream was to find a parameter that I could – so to speak – present at a boardroom meeting. That parameter would then tell us: if we invest this much, we will get this much in return.’
In the same manner that the international stock markets have their own index to compare financial funds – via the AEX in Amsterdam or the Dow Jones in the U.S. for instance – the researchers in the EQUITY programme use a “function point” as the unit of measurement. A function point is a measure of the functionality of a system. The greater the scope of the system, the more function points it contains. IT investments are then evaluated in terms of cost per function point. Future costs for maintenance are also included in the calculation. You may be able to purchase an inexpensive system, but if the quality is poorer than expected you may later be confronted with very high maintenance costs. In that regard, the purchase of an IT product is just like the purchase of a car or a house. Verhoef: ‘In construction you calculate in cubic metres. The contractor can build a block of flats with so many cubic metres for such and such a price. Likewise, you can see function points as the cubic metres of the IT branch.’
Millions of lines of code
A quantitative analysis serves many objectives simultaneously. First and foremost is the determining the yield of an IT investment. ‘The IT portfolio of a large company – whether a bank, an insurance company or a government agency – contains a million lines of programming code,’ explains Verhoef. ‘Often we are looking at custom work, not commercial off-the-shelf solutions. The scientific challenge is to extract from those million lines of code the quality characteristics the company is interested in. We are not examining the errors in the code but rather the possibility to extract management information from large quantities of code.’
Besides determining what an IT investment yields, there is also a second reason to quantify IT performance. Kleijnen: ‘The EQUITY project has helped us enormously in handling contract negotiations with the software developers. We can now substantiate why we think a function point should have a certain price and not cost more.’ By presenting hard numbers, we create a healthy balance of power in the price negotiations.’
A third reason can be found at the management level. Managers had to make decisions about IT investments on the basis of a sort of IT weather prediction: How much maintenance do you expect in the future? How much additional expense results from changes to the product requirements during development? Verhoef: ‘Here, too, it is just like the situation with a house. Once the first blueprint is finished and has been sent to the contractor, the wishes often change. You want an addition here, an extra room there and so forth. Suppose you request changes representing 2% of the total project every month – the question is what that will cost and whether it all fits together as was originally intended. It is fairly common that extra requirements arise during implementation. But you want to know the extent to which it is still prudent to add extra requirements and when you would have been better off to start with a new design. With P-Direkt you saw that the implementers ultimately could not deliver the promised product at the agreed price, probably because the product requirements were continuously changed.’ This is the kind of situation ABN Amro wants to prevent, and that is the motivation to investigate what actually qualifies as healthy growth.
Stimulating collaboration
Kleijnen is very pleased about the collaboration with the VU researchers. ‘Bringing together academic researchers and business people should produce a win-win situation and EQUITY certainly makes good on that promise. It is positive that such collaborative associations are actively stimulated by the government. That is also a form of initiative. But it does require willingness from both sides.’
Jean Kleijnen senior vice-president of the ABN Amro IT department, is involved in EQUITY as a representative of the bank.
Chris Verhoef VU University professor of information management, is responsible for the academic aspects of the EQUITY project.
In March 2007, the international IEEE conference on international EQUITY-related projects took place in Amsterdam: http://www.cs.vu.nl/equity2007/equity-report.php
Subscribe to:
Posts (Atom)