Frapper les livres : comment l’interaction de la science et de la technologie a donné naissance aux iPhones

La recherche scientifique et le progrès technologique vont de pair depuis l’invention de la roue. Sans recherche, nous manquons de la base de connaissances pour faire progresser l’état de la technologie et, sans progrès technologique, nous manquons de la base fonctionnelle pour une exploration scientifique plus poussée. Dans leur nouveau livre, La genèse des révolutions technoscientifiques, le professeur de technologie et de politique publique de l’Université Harvard, Venkatesh Narayanamurti, et le scientifique principal de Sandia National Laboratories, Jeffrey Y. Tsao, explorent la relation symbiotique entre ces deux concepts et comment leur interaction pourrait être modulée pour mieux répondre au rythme qui s’accélère rapidement du 21e siècle. découverte technoscientifique.

Presse de l’Université Harvard

Extrait de LA GENÈSE DES RÉVOLUTIONS TECHNOSCIENTIFIQUES : REPENSER LA NATURE ET L’ENTRETIEN DE LA RECHERCHE par VENKATESH NARAYANAMURTI ET JEFFREY Y. TSAO, publié par Harvard University Press. Copyright © 2021 par le président et les boursiers du Harvard College. Utilisé avec autorisation. Tous les droits sont réservés.

Le réseau est hiérarchique : l’imbrication des questions et des réponses

La hiérarchisation des connaissances scientifiques et technologiques découle de l’imbrication discutée dans le dernier chapitre, à la fois de faits et d’explications scientifiques et de fonctions technologiques et des formes qui les remplissent.

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En science, au sommet de la hiérarchie se trouvent les faits – des modèles bruts dans les phénomènes observés. Ces modèles peuvent être considérés comme des questions : Pourquoi un modèle particulier se produit-il ? Pourquoi quand on lâche une balle, la balle tombe-t-elle et tombe-t-elle d’autant plus loin qu’elle est tombée ? Les explications de ces modèles bruts se situent un niveau plus bas dans la hiérarchie et peuvent être considérées comme des réponses à ces questions : Mais cette réponse, ou explication, devient elle-même une autre question : pourquoi les vitesses de chute des balles augmentent-elles linéairement avec le temps ? Cette question appelle une explication plus profonde, une réponse plus profonde : l’explication de Newton était que la gravité est une force, que des forces uniformes provoquent une accélération uniforme et que l’accélération uniforme provoque des augmentations linéaires de la vitesse. La compréhension scientifique est toujours incomplète, bien sûr, il y a donc toujours un point auquel nous n’avons pas d’explication plus profonde. Cela n’enlève rien à la puissance des explications qui existent : la science cherche des pourquoi proches mais n’insiste pas sur les pourquoi ultimes. La théorie de la relativité générale explique les lois de la gravitation de Newton, même si sa propre origine reste à expliquer.

En technologie, au sommet de la hiérarchie se trouvent les fonctions souhaitées par l’homme. Ces fonctions présentent des problèmes qui sont résolus par des formulaires en dessous d’eux dans la hiérarchie. Les formes remplissent des fonctions, mais ces formes présentent de nouveaux problèmes qui doivent être résolus à des niveaux de plus en plus profonds. En passant de la nomenclature problème-solution à la nomenclature équivalente question-réponse, nous pouvons dire que l’iPhone représentait une question technologique : comment créer un téléphone portable compatible Internet avec un affichage interactif programmable par logiciel ? Une réponse partielle est venue sous la forme de surfaces capacitives multi-touch, ouvrant un espace de conception important pour l’interaction de l’utilisateur lorsque plusieurs doigts sont utilisés simultanément. Mais l’opacité des surfaces multitouch existantes est elle-même devenue une question : comment rendre les surfaces multitouch transparentes pour que l’affichage soit visible ? L’écran de surface transparent multi-touch a fourni une réponse.

En d’autres termes, la science et la technologie sont toutes deux organisées en hiérarchies de paires de questions-réponses, toute question ou réponse ayant deux « visages ». Un visage, pointant vers le bas dans la hiérarchie, représente une question à une réponse juste en dessous dans la hiérarchie. L’autre face, pointant vers le haut dans la hiérarchie, représente une réponse à une question juste au-dessus d’elle dans la hiérarchie. Nous soulignons que notre représentation des questions comme « au-dessus » des réponses et des réponses comme « en-dessous » des questions est arbitraire – elle ne signifie pas une importance ou une valeur relative, mais est simplement destinée à être cohérente avec l’usage courant. En science, une explication est plus profonde et plus « fondamentale » que le fait qu’elle explique, surtout si elle se généralise aux explications de nombreux autres faits. La relativité restreinte est, en ce sens, plus profonde que la constance de c car elle répond à la question de savoir pourquoi c est constant ; il répond également à la question de savoir combien d’énergie est libérée lors de la fission et de la fusion nucléaires. En technologie, les formes sont plus profondes et plus « fondamentales » que les fonctions qu’elles remplissent, surtout si elles ont été adaptées pour remplir de nombreuses autres fonctions. L’écran de surface transparent multi-touch est plus fondamental que l’iPhone car il permet non seulement de répondre à la question de savoir comment créer l’iPhone, mais aussi de répondre à la question de savoir comment créer des écrans interactifs avec l’homme en général. Le caoutchouc est plus fondamental qu’un pneu de vélo car il permet non seulement de répondre à la question de savoir comment créer un pneu de vélo, mais aussi de répondre à la question de savoir comment créer une myriade d’autres types de pneus.

Le réseau est modulaire : faciliter l’exploitation et l’exploration

Des questions et réponses scientifiques étroitement liées sont organisées en ce que nous pourrions appeler des domaines scientifiques, que nous appellerons modules de connaissances scientifiques. Les problèmes et solutions technologiques en interaction étroite sont organisés en composants d’ingénierie, que nous appellerons modules de connaissances technologiques.

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Il est souvent possible de répondre à des questions scientifiques étroitement liées au sein d’un domaine de connaissances scientifiques, ou d’un module de connaissances scientifiques, en s’appuyant sur plusieurs sous-domaines imbriqués dans le domaine plus large. Une question liée à un phénomène de transport d’électrons dans une structure semi-conductrice particulière se situe dans le vaste domaine de la science des semi-conducteurs, mais la réponse pourrait nécessiter une compréhension intégrée à la fois du sous-domaine de la physique du transport des électrons ainsi que du sous-domaine de la science des matériaux de la structure synthétisée. . La sous-question associée à la physique du transport des électrons pourrait nécessiter une compréhension intégrée du sous-domaine des électrons dans divers types de structures (matériaux en vrac, hétérojonctions, nanostructures, nanostructures couplées) et des sous-sous-domaines d’interactions des électrons avec les phonons dans ces structures. La sous-question associée à la science des matériaux de la structure synthétisée pourrait nécessiter une compréhension des sous-sous-domaines des substrats et de l’épitaxie, des films minces ou de la fabrication post-synthèse des matériaux. En d’autres termes, nous pouvons considérer les domaines de connaissances scientifiques comme une hiérarchie modulaire et penser ses sous-domaines comme des sous-modules et des sous-sous-modules.

De même, les problèmes technologiques étroitement liés sont souvent résolus par des composants technologiques clés, ou des modules de connaissances technologiques, intégrant peut-être plusieurs sous-composants imbriqués dans les composants plus larges. Un iPhone est un composant lui-même composé de nombreux sous-composants, et chaque sous-composant est subdivisé de la même manière. Nous pouvons considérer le « problème » de l’iPhone comme un composant qui est « résolu » par ses sous-composants – un boîtier, un écran, une carte de circuit imprimé, un appareil photo et des ports d’entrée / sortie. Nous pouvons considérer le « problème » d’une carte de circuit imprimé comme un sous-composant qui est « résolu » par des sous-composants qui incluent des puces de circuit intégré à faible puissance. A l’inverse, un iPhone est aussi un composant lui-même emboîté dans une hiérarchie de fonctions d’utilisation. Un iPhone peut être utilisé comme solution au problème de « l’exécution » d’une application de messagerie texte ; une application de messagerie texte peut être utilisée comme solution au problème de l’envoi d’un message texte en masse à un groupe d’amis ; le SMS de masse pourrait être utilisé comme solution au problème de l’organisation du groupe d’amis en une manifestation à Times Square ; et la manifestation à Times Square pourrait faire partie d’une solution au problème de l’organisation d’un mouvement social plus large pour une cause sociale souhaitée par l’homme.

On peut se demander : pourquoi les connaissances scientifiques et technologiques sont-elles modulaires ? Ils sont modulaires parce que ce sont des systèmes adaptatifs complexes — des systèmes soutenus et adaptés à leur environnement par des changements internes complexes — et pratiquement tous les systèmes adaptatifs complexes sont modulaires (Simon, 1962). Les systèmes adaptatifs complexes exploitent à la fois leurs environnements et explorent leurs environnements pour améliorer cette exploitation. La modularité permet l’efficacité, à la fois dans l’exploitation des connaissances existantes sur l’environnement et dans l’exploration de cet environnement pour créer de nouvelles connaissances.