Biosenzori iz programabilnih virusa; povećana izdržljivost na molekularnom nivou; svjesni roboti koji donose odluke na temelju oprečnih informacija; Nanoroboti atomske veličine koji pobjeđuju smrtonosne bolesti - ovo nije prikaz nove knjige naučne fantastike, već sadržaj izvještaja DARPA -e.
DARPA ne koristi samo naučno znanje za stvaranje novih tehnologija - postavlja sebi radikalno inovativne izazove i razvija područja znanja koja će pomoći u rješavanju ovih izazova. Agencija za napredne odbrambene istraživačke projekte DARPA osnovana je 1958. godine nakon što je Sovjetski Savez lansirao Sputnjik 1 u svemir. To je Amerikance potpuno iznenadilo, a misija DARPA -e bila je "spriječiti iznenađenja", kao i ostati tehnološki ispred drugih država. DARPA ne koristi samo naučno znanje za stvaranje novih tehnologija - postavlja sebi radikalno inovativne izazove i razvija područja znanja koja će pomoći u rješavanju ovih izazova.
Godišnji budžet DARPA -e je 3,2 milijarde dolara, broj zaposlenih ne prelazi nekoliko stotina. Kako ova mala organizacija uspijeva stvoriti stvari poput drona, puške M-16, infracrvene optike, GPS-a i interneta? Anthony J. Tether - šef DARPA -e od 2001. do 2009. - ističe sljedeće razloge za njenu efikasnost:
1. Interdisciplinarni tim osoblja i izvođača svjetske klase. DARPA traži talente u industriji, na univerzitetima, u laboratorijama, okupljajući stručnjake iz teorijskih i eksperimentalnih oblasti;
2. Outsourcing pomoćnog osoblja;
3. Ravna, nehijerarhijska struktura osigurava slobodnu i brzu razmjenu informacija;
4. Autonomija i sloboda od birokratskih prepreka;
5. Orijentacija projekta. Prosječno trajanje projekta je 3-5 godina.
Stvaranje super -vojnika - bržeg, jačeg, otpornijeg, osjetljivog, otpornog na bolesti i stres - san je vojske cijelog svijeta. DARPA -in uspjeh u ovoj oblasti je izuzetan. Razmotrimo njene projekte detaljnije.
Biološka adaptacija - mehanizam i implementacija
(Biološka adaptacija, montaža i proizvodnja)
Projekt proučava sposobnost živih organizama da se prilagode širokom rasponu vanjskih i unutrašnjih uvjeta (temperaturne razlike, nedostatak sna) i koristi mehanizme prilagođavanja za stvaranje novih biointeraktivnih restaurativnih materijala, bioloških i abiotičkih. 2009. godine izveden je matematički model prijeloma kosti i razvijen je materijal koji u potpunosti ponavlja mehanička svojstva i unutrašnju strukturu prave kosti.
Tetiva (lijevo) i kost (desno)
Godine 2009. izveden je matematički model prijeloma kosti i razvijen je materijal koji u potpunosti ponavlja mehanička svojstva i unutrašnju strukturu prave kosti.
Nakon toga, stvoreno je upijajuće tekuće ljepilo za obnavljanje kosti pri prijelomima i ozljedama, a testira se na životinjama. Ako je jedna injekcija ovog ljepila dovoljna za brzo zarastanje prijeloma, postoji nada da će se s vremenom liječenje drugih bolesti radikalno pojednostaviti.
Nanostrukture u biologiji
(Nanostruktura u biologiji)
Prefiks "nano" znači "jedan milijarditi dio" (na primjer, drugi ili metar), u biologiji "nanostrukture" označavaju molekule i atome.
Špijunski insekt opremljen senzorom
U ovom projektu DARPA stvoreni su nanobiološki senzori za vanjsku upotrebu i nanomotori za unutrašnju upotrebu. U prvom slučaju, nanostrukture se vezuju za špijunske insekte (bilježe informacije, kontroliraju kretanje); u drugom, oni se stavljaju u ljudsko tijelo radi dijagnoze i liječenja, a o tim nanorobotima u krvi govorio je futurolog Kurzweil kada je predvidio potpunu fuziju čovjeka i stroja do 2045.
Naučnici DARPA -e postižu željena svojstva nanostruktura (posebno proteina) ne eksperimentima pod mikroskopom, već matematičkim proračunima.
Neuro uređaji kojima upravljaju ljudi
(Neuronski uređaji uz pomoć čovjeka)
Program razvija teorijski okvir za razumijevanje jezika mozga i traži odgovore iz neuroznanosti, računalnih znanosti i novih znanosti o materijalima. Paradoksalno, ali kako bi razumjeli jezik mozga, naučnici ga radije kodiraju.
Umjetni neuron je matematička funkcija koja u pojednostavljenom obliku reproducira funkciju živčane stanice u mozgu; ulaz jednog umjetnog neurona povezan je s izlazom drugog - dobivaju se neuronske mreže. Jedan od osnivača kibernetike, Warren Sturgis McCulloch, demonstrirao je prije pola stoljeća da su neuronske mreže (koje su, u stvari, računarski programi) sposobne za obavljanje numeričkih i logičkih operacija; smatraju se vrstom umjetne inteligencije.
Neuron - strukturna jedinica mozga
Obično ljubitelji neuronskih mreža slijede put povećanja broja neurona u njima, DARPA je otišla dalje - i modelirala je kratkoročno pamćenje.
DARPA je 2010. radila na dešifriranju kratkoročne i dugoročne memorije kod primata, 2011. planira proizvesti neuro interfejse koji stimuliraju i bilježe nekoliko kanala neuronske aktivnosti u mozgu odjednom.
"Memorijski kod" omogućit će obnavljanje memorije u oštećenom mozgu vojnika. Tko zna, možda će ova metoda kodiranja i snimanja ljudske memorije pomoći budućim ljudima da bez žaljenja ostave svoja ostarjela tijela i pređu u umjetna - savršena i izdržljiva?
Inženjering žičanog tkiva
(Inženjering tkiva bez skela)
Do nedavno su bio-umjetni organi uzgajani na trodimenzionalnoj skeli uzetoj od životinja ili davatelja čovjeka. Karsas je očišćen od donorskih stanica, inokuliran pacijentovim matičnim stanicama i nije uzrokovao odbacivanje u potonjem tijekom transplantacije.
Mišićeva embrionalna matična ćelija
Kada se organi i tkiva uzgajaju u okviru programa Frameworkless Tissue Engineering program, njihov oblik se kontrolira beskontaktnom metodom, na primjer, magnetskim poljem. To vam omogućuje da zaobiđete ograničenja bioinženjeringa skele i omogućuje istovremenu kontrolu različitih vrsta ćelija i tkiva. DARPA -ini eksperimenti na implantaciji višećelijskog skeletnog mišića uzgojenog metodom bez okvira bili su uspješni.
Embrionalne matične ćelije pod mikroskopom
Znači li to da sada DARPA ima slobodne ruke za uzgoj bio-umjetnih organa najnezamislivijih vrsta i oblika, uključujući i one koje nema u prirodi? Ostanite s nama!
Materija koja se može programirati
(Programabilna materija)
Origami mikro-robot, sklapa se i rasklapa po naredbi
"Programabilna materija" razvija novi funkcionalni oblik materije čije se čestice mogu sastaviti u trodimenzionalne objekte po naredbi. Ovi objekti će imati sva svojstva svojih uobičajenih kolega, a moći će i samostalno "rastaviti" originalne komponente. Programabilna materija također ima mogućnost mijenjanja oblika, svojstava (na primjer, električne provodljivosti), boje i još mnogo toga.
Napredak u biološkoj i medicinskoj tehnologiji
(Revolucionarne biološke i medicinske tehnologije)
Glavni cilj programa: upotreba mikrosistemskih tehnologija (elektronika, mikrofluidi, fotonika, mikromehanika) za čitav niz postignuća - od ćelijskih manipulacija do sredstava zaštite i dijagnostike. Tehnologije mikrosistema danas su dostigle dovoljnu zrelost i sofisticiranost; DARPA ih namjerava koristiti za povećanje brzine izolacije, analize i uređivanja staničnog genoma za nekoliko desetina puta.
DNK je nukleinska kiselina koja čuva genetske informacije
Cilj projekta je izabrati samo jednu ćeliju iz velike populacije, uhvatiti je, unijeti potrebne promjene u njenu DNK, a po potrebi i pomnožiti. Razvoj ima najširi raspon primjena - od zaštite od biološkog oružja do razumijevanja prirode malignih tumora.
Nova saznanja o interakciji fotona s tkivima nervnog sistema sisavaca omogućit će stvaranje fotonskih mikroimplantata koji će obnoviti senzornu i motoričku funkciju ljudi s ozljedom kičmene moždine. Bit će stvoreni i zaštitni slušni aparati za vojnike koji će poboljšati njihov sluh dok utapaju glasne zvukove pucnjave. Ovi uređaji će bez presedana smanjiti učestalost oštećenja sluha i gubitka na bojnom polju.
Sintetička biologija
(Sintetička biologija)
Program razvija revolucionarne biološke materijale koji se mogu koristiti u kemijskim i biološkim senzorima, proizvodnji biogoriva i neutraliziranju zagađujućih tvari. Program se temelji na stvaranju algoritama za biološke procese koji omogućuju stvaranje bioloških sistema neprevaziđene složenosti.
Matična ćelija na okviru
U 2011. godini planira se stvaranje tehnologija koje će omogućiti računarima da uče, donose zaključke, primjenjuju znanja stečena iz prethodnog iskustva i inteligentno odgovaraju na stvari s kojima se nikada prije nisu susreli. Novi sistemi će imati izuzetnu pouzdanost, autonomiju, samopodešavanje, sarađivati će sa osobom i neće zahtijevati da interveniše prečesto.
Nadamo se da će DARPA u svoje inteligentne računare uložiti program tolerancije prema ljudima koji se, za razliku od umjetne inteligencije, ne ponašaju uvijek racionalno i logično.
Samostalno učenje
(Bootstrapped Learning)
Računari će steći sposobnost proučavanja složenih pojava na isti način kao i ljudi: uz pomoć posebnih nastavnih programa koji sadrže koncepte sve veće složenosti. Uspješno proučavanje novog materijala ovisit će o usvajanju znanja prethodnog nivoa. Za obuku će se koristiti vodiči, primjeri, obrasci ponašanja, simulatori, veze. Ovo je izuzetno važno za autonomne vojne sisteme, koji moraju ne samo razumjeti šta i zašto učiniti, već i razumjeti u kojim je slučajevima to neprikladnije učiniti.
Pouzdana robotika
(Robust Robotics)
BigDog dijagram mobilnog robota
Napredne tehnologije robotike omogućit će autonomnim platformama (primjer autonomne platforme - BigDog) da percipiraju, razumiju i modeliraju svoje okruženje; kretanje po nepredvidivom, heterogenom i opasnom terenu; rukovati predmetima bez ljudske pomoći; donositi inteligentne odluke u skladu sa programiranim ciljevima; surađivati s drugim robotima i raditi kao tim. Ove sposobnosti mobilnih robota pomoći će vojnicima u različitim uvjetima: u gradu, na zemlji, u zraku, u svemiru, pod vodom.
Glavni zadaci mobilnog robota: samostalno izvršavaju zadatke u interesu vojnika, kreću se u svemiru čak i u nedostatku GPS -a, kreću se teškim terenom, koji može biti planina, djelomično uništen ili pun krhotina i ruševina s ceste. Planirano je i naučiti robota da se ponaša u promjenjivom okruženju, poboljšavajući njegovu viziju i razumijevanje okruženja; čak može predvidjeti namjere drugih objekata u pokretu. Nered i buka ne ometaju mobilnog robota u kretanju, on uvijek zadržava smirenost kada ga drugi robot presiječe na cesti.
BigDog Test mobilnog robota
Već su stvoreni roboti koji mogu trčati brzinom čovjeka, kao i roboti s četiri kotača i dvije ruke (svaki ima pet prstiju, poput ljudi). Nova generacija robota također će imati osjećaj dodira.
Bio-imitacijski računari
(Biomimetičko računarstvo)
Procesi koji se javljaju u mozgu živog bića modelirani su i implementirani u "kognitivni artefakt", artefakt je smješten u robota - predstavnika nove generacije autonomnih adaptivnih strojeva. Moći će prepoznati slike, prilagoditi svoje ponašanje ovisno o vanjskim uvjetima i moći će spoznati i učiti.
Umjetno modelirana neuronska mreža
U 2009. godini već je modelirano milion neurona, kao i proces spontanog formiranja neuronskih grupa sa kratkotrajnom memorijom. Stvoren je robot sličan pčeli, sposoban čitati informacije iz vanjskog svijeta i djelovati u njemu; robot je bio bežično povezan sa grupom računara koji simuliraju nervni sistem.
U 2010. DARPA je već modelirala 1 milijun talamokortikalnih neurona; ova vrsta neurona nalazi se između talamusa i moždane kore i odgovorna je za prijenos informacija iz osjetila. Zadatak je poboljšati modele neuronskih mreža i naučiti ih da donose odluke na osnovu informacija o okolini, kao i "unutrašnjih vrijednosti".
Zadatak za 2011. je stvaranje autonomnog robota sa simulacijom nervnog sistema, koji će moći da bira trodimenzionalne objekte iz slika koje se mijenjaju.
Autor ovog materijala koji tone srca prati evoluciju robota i napredak na polju modeliranja neuronskih mreža, jer nije daleko dan kada će kombinacija ovih tehnologija omogućiti da se ljudska svijest prenese u tijelo robota (koji uz pravovremenu popravku mogu postojati neograničeno dugo).
Alternativna terapija
(Nekonvencionalna terapija)
Projekt razvija jedinstvene, nekonvencionalne pristupe u zaštiti vojnika od širokog spektra patogena koji se pojavljuju u prirodi. Pokazalo se da je pronalazak novih lijekova manje učinkovit u ovoj borbi od sredstava za jačanje ljudskog imunološkog sistema.
Imunitetske ćelije u epitelu ljudskog creva
Koristeći matematički i biokemijski pristup, istraživači su se fokusirali na pronalazak radikalno novih, brzih i jeftinih metoda za proizvodnju proteina sa željenim svojstvima, uključujući monoklonska antitijela (vrsta ćelija u imunološkom sistemu). Nove tehnologije će skratiti vrijeme proizvodnje cjepiva sa nekoliko godina (pa čak, u nekim slučajevima, i desetljeća) na sedmice.
Tako je uz pomoć aparata umjetnog ljudskog imunološkog sistema u kratkom vremenu stvoreno cjepivo protiv epidemije svinjskog gripa (H1N1).
Na dnevnom redu su preživljavanje u slučaju smrtonosnih bolesti dok se ne razvije imunitet ili ne pristupi odgovarajućem liječenju, kao i potreba za razvijanjem privremene zaštite od bolesti od kojih osoba uopće nema imunitet.
Planovi za 2011. uključuju inovativne pristupe u suzbijanju svih poznatih, nepoznatih, prirodnih ili umjetnih patogena, kao i pokazivanje da upotreba razvijenih tehnologija povećava smrtonosnu dozu patogena 100 puta.
Vanjska zaštita
(Vanjska zaštita)
Ovaj program razvija različita sredstva za zaštitu vojnika od hemijskih, bioloških i radioloških napada. Jedan od uspješno dokazanih materijala je kemijsko sredstvo za samočišćenje na bazi poliuretana. U razvoju su nove vrste tkanina za odijela za kemijsku zaštitu, u kojima tijelo može "disati" i provoditi izmjenu topline, iza kemijski nepropusne vanjske ljuske.
Tko zna, možda će osoba u odijelima od takvih materijala uskoro moći udobno postojati pod vodom ili na drugim planetama?
Hemijski senzori prilagođeni meti
(Hemijski senzori prilagodljivi misiji)
Moderni senzori još ne mogu kombinirati osjetljivost (mjerna jedinica je broj čestica na bilijun) i selektivnost (odnosno sposobnost razlikovanja molekula različitih vrsta).
Cilj ovog programa bio je stvoriti kemijski senzor koji bi zaobišao ovo ograničenje, a istovremeno bio prenosiv i jednostavan za upotrebu. Rezultati su premašili očekivanja - stvoren je senzor čija je najveća osjetljivost u kombinaciji s izuzetnom selektivnošću (praktički nema grešaka pri testiranju sa smjesama različitih plinova).
Hemijski senzor koji dijagnosticira rak pluća disanjem
Ako DARPA također smanji veličinu svog revolucionarnog multisenzora na atomsku razinu (nanotehnologija to dopušta), moći će nadzirati zdravlje svog vlasnika danonoćno. Bilo bi lijepo kada bi senzor zakazao sastanke i naručio hranu putem interneta (u ovom drugom slučaju postoji opasnost da umjesto piva i pizze odabere brokoli i sok od naranče).
Rekonfigurabilne strukture
(Rekonfigurabilne strukture)
Razvijeni su meki materijali koji se mogu kretati, kao i mijenjati oblik i veličinu, a od njih su stvoreni roboti s odgovarajućim svojstvima. Novi materijali su također korišteni za izradu jastučića za noge i ruke (magneti i trnje) kako bi se omogućilo penjanje preko zidova od 25 stopa (oko 9 metara). Još nije jasno kako će meki roboti i nove sprave za penjanje produžiti ljudski život, ali nema sumnje da će ga diverzificirati i, vjerojatno, dovesti do pojave novih sportova, te onih koji žele uštedjeti na kartama za vlak i stanovanju može to učiniti, pričvršćen za plafon.
Bio -derivativni materijali
(Bio derivirani materijali)
Područje interesa ovog programa proteže se do otkrića biomolekularnih materijala s jedinstvenim električnim i mehaničkim svojstvima. Istražene su nove metode biokatalize i stvaranja bio-šablona za peptide, viruse, nitaste bakteriofage.
Istražene izvorne površine koje imaju prilagodljiva svojstva: teksturu, higroskopnost, apsorpciju, refleksiju / prijenos svjetlosti. Hibridne organsko-anorganske strukture sa programabilnim svojstvima su u razvoju, što će predstavljati osnovu za stvaranje senzora visokih performansi, kao i drugih uređaja sa jedinstvenim svojstvima.
Neovision-2
Vizija ljudi i životinja ima izuzetne sposobnosti: prepoznavanje, klasifikacija i proučavanje novih objekata traje samo djelić sekunde, dok računari i roboti i dalje imaju velikih poteškoća. Program Neovision-2 razvija integrirani pristup razvoju sposobnosti mašina da prepoznaju objekte reprodukcijom strukture vizuelnih puteva u mozgu sisara.
Cilj rada je stvoriti kognitivni senzor sposoban za prikupljanje, obradu, klasifikaciju i prijenos vizualnih informacija. Algoritam za prijenos vizualnih signala sisavaca već je razjašnjen i razvija se uređaj koji može prepoznati više od 90% objekata u 10 različitih kategorija u 5 sekundi.
Daljnji rad na senzoru ima za cilj smanjenje njegove veličine (trebao bi se usporediti s ljudskim vidnim aparatom), povećanje njegove snage i pouzdanosti. Na kraju, senzor bi trebao moći prepoznati objekte više od 20 različitih kategorija za manje od 2 sekunde, na udaljenosti do 4 km.
Očigledno, DARPA se tu neće zaustaviti, a sljedeći senzor će već premašiti sposobnosti ljudskog vida.
Neurotehnologija
(Neuroscience Technologies)
Neinvazivni neurointerfejs
Program koristi najnovija dostignuća u neuropsihologiji, neuroslikama, molekularnoj biologiji i kognitivnim naukama kako bi zaštitio kognitivne funkcije vojnika izloženog svakodnevnom stresu, fizičkom i mentalnom. Oštri uslovi na bojnom polju degradiraju tako važne sposobnosti kao što su pamćenje, učenje, donošenje odluka, obavljanje više zadataka. Stoga sposobnost borca da brzo i adekvatno reagira naglo opada.
Dugoročni učinci ove vrste stresa - i molekularni i bihevioralni - još uvijek se slabo razumiju. Program neurotehnologije koristi najnovija dostignuća u srodnim naukama, kao i tehnologije neuro interfejsa, razvijajući molekularne modele efekata akutnog i hroničnog stresa na ljude i pronalazeći načine za zaštitu, održavanje i obnavljanje kognitivnih funkcija vojnika.
Na molekularnom i genetskom nivou, DARPA proučava četiri glavne vrste stresa (mentalni, fizički, bolest i nedostatak sna), kako se može precizno izmjeriti, te mehanizme prilagođavanja i neadekvatan odgovor na stres.
U 2009. upotreba napretka u neuronauci smanjila je brzinu obuke vojnika za 2 puta. Razvijaju se metode za poboljšanje efikasnosti učenja, poboljšanje pažnje i radne memorije; neuronska sučelja bi trebala postati brža i lakša za upotrebu.
Biodizajn
(BioDesign)
Biodizajn je upotreba funkcionalnosti živih sistema. Biodizajn koristi moćne uvide u prirodu, dok eliminira neželjene i slučajne posljedice evolucijskog razvoja kroz molekularnu biologiju i genetski inženjering.
Program pod tako bezazlenim imenom proučava - ni manje ni više - mehanizam prijenosa signala stanične smrti i načine utišavanja ovog signala. U 2011. će se stvoriti kolonije regenerirajućih ćelija koje mogu postojati neograničeno dugo, kaže se u izvještaju; njihov DNK će sadržavati poseban kod koji štiti od krivotvorenja, kao i nešto poput serijskog broja, "poput pištolja".
Volio bih vjerovati da će kineski hakeri ipak uspjeti probiti sigurnosni kod besmrtnih ćelija, pustiti ih na tržište u velikim količinama i učiniti dostupnim svima.
Pouzdan neuronski interfejs
(Pouzdana tehnologija neuronskog interfejsa)
Nano premaz implantata mozga
Program se bavi razvojem i produbljivanjem tehnologije koja izvlači informacije iz nervnog sistema i prenosi ih na "uređaje za povećanje stepena slobode" (mašine za stepen slobode), na primjer, na umjetne udove. Neurointerfejs nije nova tehnologija i uspio je izazvati razočaranje kod mnogih što još uvijek ne može nadmašiti mehanizme koje je izmislila priroda. Ali DARPA nije obeshrabrena, proučava periferni nervni sistem, proširuje broj kanala kako bi povećala količinu informacija koja se prenosi putem neuro interfejsa i razvija fundamentalno nove tipove ovih uređaja. U 2011. godini planirano je stvaranje neuronskog interfejsa sa stotinu kanala, dok ne bi više od jednog trebalo otkazati za godinu dana.
Besmrtne ćelije, uređivanje genoma, umjetni organi i tkiva, imunitet koji radi besprijekorno, materijali s fundamentalno novim svojstvima, umjetna inteligencija, svjesni roboti i programi - čini se da se svaki DARPA projekt na svoj način približava radikalnom produženju ljudskog života, u proteinima bilo u telu, bilo u veštačkom.
Robusni, humanoidni, besmrtni - možda će ovako kiborzi izgledati 2045. godine?
Modeliranje neuronskih mreža u usponu postavlja pozornicu za prijenos svijesti u drugo tijelo, a robotika stvara sve savršenija tijela. Možda će biolozi biti ispred matematičara i fizičara, pa će uređivanje genoma, uklanjanjem iz DNK nasumičnih, nepotrebnih i opasnih dijelova koji su se u njemu nakupili tijekom evolucije, na kraju postati uobičajeno i dostupno poput odlaska frizeru.
Kombiniranje svih ovih tehnologija zajedno bit će poput lančane reakcije koja generira sve nove otkriće u znanosti. DARPA ima dovoljno znanja, vještina i novca za to. Ali zašto je vojsci potreban besmrtni vojnik koji će nadživjeti i svoje zapovjednike i svoje tvorce?
Besmrtna osoba projekt je po svom idealizmu jednak istraživanju svemira, njegovoj sudbini možda nema ravne, a resursi potrebni za implementaciju beznačajni su u usporedbi s rezultatima.
Aristotel, Hegel i Darwin sistematizirali su znanje koje su sakupile mnoge generacije njihovih prethodnika, a kojeg se malo ljudi sjeća. Znanje o hemijskim elementima gomilalo se stoljećima - Mendeljejev ih je sažeo u svoju poznatu tablicu i ušao u istoriju. "Ako sam vidio dalje od drugih, to je bilo samo zato što sam stajao na ramenima titana", volio je ponavljati Isaac Newton.
Raštrkane tehnologije koje nas približavaju besmrtnosti čekaju nekoga ko će ih spojiti i ujediniti sa zajedničkim ciljem. Volio bih da to učini Rusija - zemlja u potrazi za svojim identitetom, u kojoj je, unatoč svemu, znanstvena škola još uvijek jaka i idealisti nisu izumrli.
