Biosensorer fra programmerbare virus; økt utholdenhet på molekylært nivå; bevisste roboter som tar beslutninger basert på motstridende informasjon; Atomiske nanoroboter som erobrer dødelige sykdommer - dette er ikke en anmeldelse av en ny science fiction -bok, men innholdet i en DARPA -rapport.
DARPA bruker ikke bare vitenskapelig kunnskap til å lage nye teknologier - den setter seg radikalt innovative utfordringer og utvikler kunnskapsområder som vil bidra til å løse disse utfordringene. Defense Advanced Research Projects Agency DARPA ble opprettet i 1958 etter at Sovjetunionen lanserte Sputnik 1 i verdensrommet. Dette kom som en fullstendig overraskelse for amerikanerne, og oppdraget til DARPA var å "forhindre overraskelser", samt å holde seg foran andre stater når det gjelder teknologi. DARPA bruker ikke bare vitenskapelig kunnskap til å lage nye teknologier - den setter seg radikalt innovative utfordringer og utvikler kunnskapsområder som vil bidra til å løse disse utfordringene.
Det årlige budsjettet til DARPA er 3,2 milliarder dollar, antall ansatte overstiger ikke flere hundre. Hvordan klarer denne lille organisasjonen å lage slike ting som en drone, et M-16-rifle, infrarød optikk, GPS og Internett? Anthony J. Tether - leder for DARPA fra 2001-2009 - fremhever følgende årsaker til effektiviteten:
1. Tverrfaglig team av verdensklasse med ansatte og utøvere. DARPA leter etter talent innen industri, universiteter, laboratorier og samler eksperter innen teoretiske og eksperimentelle felt;
2. Outsourcing av støttepersonell;
3. Flat, ikke-hierarkisk struktur sikrer fri og rask utveksling av informasjon;
4. Autonomi og frihet fra byråkratiske hindringer;
5. Prosjektorientering. Gjennomsnittlig prosjektperiode er 3-5 år.
Opprettelsen av en supersoldat - raskere, sterkere, mer spenstig, mottakelig, motstandsdyktig mot sykdom og stress - er drømmen til militæret i hele verden. DARPAs suksess på dette området er bemerkelsesverdig. La oss vurdere prosjektene hennes mer detaljert.
Biologisk tilpasning - mekanisme og implementering
(Biologisk tilpasning, montering og produksjon)
Prosjektet studerer evnen til levende organismer til å tilpasse seg et bredt spekter av ytre og indre forhold (temperaturforskjeller, søvnmangel) og bruker tilpasningsmekanismer for å lage nye biointeraktive restorative materialer, både biologiske og abiotiske. I 2009 ble det utført en matematisk modell av et beinbrudd og det ble utviklet et materiale som fullstendig gjentar de mekaniske egenskapene og indre strukturen til et ekte bein.
Senen (venstre) og beinet (høyre)
I 2009 ble det utført en matematisk modell av et beinbrudd og det ble utviklet et materiale som fullstendig gjentar de mekaniske egenskapene og indre strukturen til et ekte bein.
Etter det ble et absorberbart flytende lim laget for å gjenopprette bein ved brudd og skader, og det testes på dyr. Hvis en injeksjon av dette limet er nok for rask helbredelse av et brudd, er det et håp om at behandling av andre sykdommer over tid vil bli radikalt forenklet.
Nanostrukturer i biologi
(Nanostruktur i biologi)
Prefikset "nano" betyr "en milliarddel" (for eksempel et sekund eller en meter), i biologi, "nanostrukturer" betyr molekyler og atomer.
Sensorutstyrt spioninsekt
I dette DARPA -prosjektet opprettes nanobiologiske sensorer for ekstern bruk og nanomotorer for intern bruk. I det første tilfellet knytter nanostrukturer seg til spioninsekter (registrere informasjon, kontrollere bevegelse); i den andre er de plassert i menneskekroppen for diagnostisering og behandling, og det var disse nanorobotene i blodet som futurologen Kurzweil snakket om da han spådde fullstendig sammensmelting av menneske og maskin innen 2045.
DARPA -forskere oppnår de ønskede egenskapene til nanostrukturer (spesielt proteiner) ikke ved eksperimenter under et mikroskop, men ved matematiske beregninger.
Menneskekontrollert nevroenhet
(Humanassisterte nevrale enheter)
Programmet utvikler et teoretisk rammeverk for å forstå hjernens språk og søker svar fra nevrovitenskap, beregningsvitenskap og nye materialvitenskaper. Paradoksalt nok, for å forstå hjernens språk, foretrekker forskere å kode det.
Et kunstig nevron er en matematisk funksjon som i en forenklet form reproduserer funksjonen til en nervecelle i hjernen; inngangen til ett kunstig nevron er koblet til utgangen fra et annet - det oppnås nevrale nettverk. En av grunnleggerne av kybernetikk, Warren Sturgis McCulloch, demonstrerte for et halvt århundre siden at nevrale nettverk (som faktisk er dataprogrammer) er i stand til å utføre numeriske og logiske operasjoner; de regnes som en type kunstig intelligens.
Neuron - strukturell enhet i hjernen
Vanligvis følger fans av nevrale nettverk veien for å øke antall nevroner i dem, DARPA har gått lenger - og har modellert kortsiktig hukommelse.
I 2010 jobbet DARPA med å dechiffrere kortsiktig og langtidshukommelse hos primater, i 2011 planlegger det å produsere nevrointerfaces som stimulerer og registrerer flere kanaler for nevral aktivitet i hjernen samtidig.
"Minnekoden" vil tillate å gjenopprette minne i den ødelagte hjernen til en soldat. Hvem vet, kanskje vil denne metoden for koding og registrering av menneskelig minne hjelpe fremtidens mennesker til å forlate sine aldrende kropper uten å angre og flytte til kunstige - perfekte og holdbare?
Wireframe Tissue Engineering
(Stillasfri Tissue Engineering)
Inntil nylig ble biokunstige organer dyrket på et tredimensjonalt stillas hentet fra dyr eller en menneskelig donor. Karsas ble fjernet fra donorceller, inokulert med pasientens stamceller og forårsaket ikke avvisning hos sistnevnte under transplantasjon.
Mus embryonale stamceller
Når organer og vev vokser innenfor rammen av programmet Frameworkless Tissue Engineering, styres formen ved hjelp av en kontaktfri metode, for eksempel av et magnetfelt. Dette lar deg omgå begrensningene ved stillasbioingeniør og gjør det mulig å samtidig kontrollere en rekke celle- og vevstyper samtidig. DARPAs eksperimenter med implantasjon av multicellulær skjelettmuskulatur vokst med den rammeløse metoden var vellykkede.
Embryonale stamceller under et mikroskop
Betyr dette at DARPA nå har en fri hånd til å dyrke bio-kunstige organer av de mest utenkelige arter og former, inkludert de som ikke finnes i naturen? Følg med!
Programmerbar sak
(Programmerbar materie)
Origami mikro-robot, bretter seg ut og utfolder seg på kommando
"Programmable Matter" utvikler en ny funksjonell form for materie, hvis partikler er i stand til å samles til tredimensjonale objekter på kommando. Disse objektene vil ha alle egenskapene til sine vanlige kolleger, og kan også uavhengig "demontere" de originale komponentene. Programmerbar materie har også muligheten til å endre form, egenskaper (for eksempel elektrisk ledningsevne), farge og mye mer.
Gjennombrudd innen biologisk og medisinsk teknologi
(Gjennombrudd biologiske og medisinske teknologier)
Programmets hovedmål: bruk av mikrosystemteknologi (elektronikk, mikrofluider, fotonikk, mikromekanikk) for en rekke prestasjoner - fra mobil manipulasjon til beskyttelse og diagnostikk. Mikrosystemteknologier har nådd tilstrekkelig modenhet og raffinement i dag; DARPA har tenkt å bruke dem til å øke hastigheten på isolasjon, analyse og redigering av mobilgenomet flere titalls ganger.
DNA er en nukleinsyre som lagrer genetisk informasjon
Målet med prosjektet er å bare velge en celle fra en stor befolkning, fange den, gjøre nødvendige endringer i DNA -en, og også om nødvendig multiplisere. Utviklingen har det bredeste anvendelsesområdet - fra beskyttelse mot biologiske våpen til å forstå arten av ondartede svulster.
Ny kunnskap om fotons interaksjon med vevet i pattedyrs nervesystem vil gjøre det mulig å lage fotoniske mikroimplantater som vil gjenopprette sensorisk og motorisk funksjon hos mennesker med ryggmargsskade. Det vil også bli laget beskyttende høreapparater for soldater som vil forbedre hørselen mens de drukner høye skuddlyder. Disse enhetene vil redusere forekomsten av hørselshemming og tap på slagmarken uten sidestykke.
Syntetisk biologi
(Syntetisk biologi)
Programmet utvikler revolusjonerende biologiske materialer som kan brukes i kjemiske og biologiske sensorer, produksjon av biodrivstoff og nøytralisering av forurensninger. Programmet er basert på opprettelse av algoritmer for biologiske prosesser som tillater opprettelse av biologiske systemer med uovertruffen kompleksitet.
Stamcelle på en ramme
I 2011 er det planlagt å lage teknologier som lar datamaskiner lære, trekke konklusjoner, anvende kunnskap fra tidligere erfaring og intelligent svare på ting de aldri har møtt før. Nye systemer vil ha eksepsjonell pålitelighet, autonomi, selvjustering, samarbeide med en person og ikke kreve at han griper inn for ofte.
Det er håp om at DARPA vil investere i sine intelligente datamaskiner et program med toleranse overfor mennesker som, i motsetning til kunstig intelligens, ikke alltid oppfører seg rasjonelt og logisk.
Selvbærende læring
(Bootstrapped Learning)
Datamaskiner vil tilegne seg muligheten til å studere komplekse fenomener på samme måte som mennesker gjør: ved hjelp av spesielle læreplaner som inneholder begreper om et økende kompleksitetsnivå. Vellykket studie av nytt materiale vil avhenge av assimilering av kunnskap på forrige nivå. For trening vil opplæringer, eksempler, atferdsmønstre, simulatorer, lenker bli brukt. Dette er ekstremt viktig for autonome militære systemer, som ikke bare må forstå hva de skal gjøre og hvorfor, men også forstå i hvilke tilfeller det er mer upassende å gjøre det.
Pålitelig robotikk
(Robust Robotics)
BigDog mobil robotdiagram
Avansert robotteknologi vil gjøre det mulig for autonome plattformer (et eksempel på en autonom plattform - BigDog) å oppfatte, forstå og modellere sitt miljø; bevege seg rundt uforutsigbart, heterogent og farlig terreng; håndtere gjenstander uten menneskelig hjelp; ta intelligente beslutninger i samsvar med programmerte mål; samarbeide med andre roboter og jobbe som et team. Disse evnene til mobile roboter vil hjelpe soldater under en rekke forhold: i byen, på bakken, i luften, i verdensrommet, under vann.
Hovedoppgavene til den mobile roboten: selvstendig utføre oppgaver av hensyn til soldaten, navigere i verdensrommet selv i fravær av GPS, bevege seg gjennom vanskelig terreng, som kan være fjell, delvis ødelagt eller full av rusk og rusk av veien. Det er også planlagt å lære roboten å oppføre seg i et miljø i endring, forbedre visjonen og forståelsen av miljøet; han kan til og med forutsi intensjonene til andre objekter i bevegelse. Rot og støy distraherer ikke den mobile roboten fra bevegelsen, den beholder alltid roen når en annen robot kutter den av på veien.
BigDog Mobile Robot Test
Det er allerede opprettet roboter som kan kjøre med en persons hastighet, samt roboter med fire hjul og to hender (hver har fem fingre, som mennesker). Neste generasjon roboter vil også ha følelsen av berøring.
Bioimitative datamaskiner
(Biomimetisk databehandling)
Prosessene som skjer i hjernen til en levende skapning er modellert og implementert i en "kognitiv artefakt", artefakten er plassert i en robot - en representant for en ny generasjon autonome adaptive maskiner. Han vil kunne gjenkjenne bilder, justere oppførselen avhengig av ytre forhold og ha evnen til å kjenne og lære.
Kunstig modellert nevralnettverk
I 2009 ble en million nevroner allerede modellert, samt prosessen med spontan dannelse av nevrale grupper med korttidshukommelse. Det er opprettet en robot som ligner en bie, som er i stand til å lese informasjon fra omverdenen og handle i den; roboten var trådløst koblet til en gruppe datamaskiner som simulerte nervesystemet.
I 2010 har DARPA allerede modellert 1 million thalamokortiske nevroner; denne typen nevron ligger mellom thalamus og hjernebarken og er ansvarlig for å overføre informasjon fra sansene. Oppgaven er å forbedre modellene for nevrale nettverk og lære dem å ta beslutninger basert på informasjon om miljøet, så vel som "interne verdier".
Oppgaven for 2011 er å lage en autonom robot med en simulering av nervesystemet, som vil kunne velge tredimensjonale objekter fra skiftende bilder.
Forfatteren av dette materialet med et synkende hjerte følger utviklingen av roboter og fremskritt innen modellering av nevrale nettverk, siden dagen ikke er langt unna da kombinasjonen av disse teknologiene vil tillate den menneskelige bevisstheten å bli overført til robotens kropp (som med rettidig reparasjon kan eksistere på ubestemt tid).
Alternativ terapi
(Ukonvensjonell terapeutikk)
Prosjektet utvikler unike, ukonvensjonelle tilnærminger for å beskytte soldater mot et bredt spekter av naturlig forekommende og konstruerte patogener. Det viste seg at oppfinnelsen av nye medisiner er mindre effektiv i denne kampen enn midler for å styrke det menneskelige immunsystemet.
Immunitetsceller i det menneskelige tarmepitelet
Ved hjelp av en matematisk og biokjemisk tilnærming fokuserte forskerne på å finne radikalt nye, raske og rimelige metoder for å produsere proteiner med ønskede egenskaper, inkludert monoklonale antistoffer (en type celler i immunsystemet). Ny teknologi vil redusere produksjonstiden for vaksiner fra flere år (og til og med i noen tilfeller tiår) til uker.
Så ved hjelp av apparatet til det kunstige menneskelige immunsystemet ble det opprettet en vaksine mot svineinfluensa (H1N1) -epidemien på kort tid.
På agendaen står overlevelse ved dødelige sykdommer inntil immunitet er utviklet eller passende behandling mottas, samt behovet for å utvikle midlertidig beskyttelse mot sykdommer som en person ikke har immunitet i det hele tatt.
Planene for 2011 inkluderer innovative tilnærminger for å bekjempe kjente, ukjente, naturlige eller kunstige patogener, samt demonstrere at bruk av utviklet teknologi øker den dødelige dosen av et patogen med 100 ganger.
Ekstern beskyttelse
(Ekstern beskyttelse)
Dette programmet utvikler forskjellige midler for å beskytte soldater mot kjemiske, biologiske og radiologiske angrep. Et av de vellykkede materialene er et selvrensende kjemisk middel basert på polyuretan. Nye typer tekstiler for kjemiske beskyttelsesdrakter er under utvikling, der kroppen kan "puste" og utføre varmeveksling, bak et kjemisk ugjennomtrengelig ytre skall.
Hvem vet, kanskje i drakter laget av slike stoffer, vil en person snart kunne leve komfortabelt under vann eller på andre planeter?
Måltilpassende kjemiske sensorer
(Mission-Adaptable Chemical Sensors)
Moderne sensorer kan ennå ikke kombinere følsomhet (måleenheten er antall partikler per billion) og selektivitet (det vil si evnen til å skille mellom molekyler av forskjellige typer).
Dette programmet hadde som mål å lage en kjemisk sensor som ville omgå denne begrensningen mens den var bærbar og enkel å bruke. Resultatene overgikk forventningene - en sensor ble opprettet, hvis høyeste følsomhet er kombinert med eksepsjonell selektivitet (praktisk talt ingen feil ved testing med blandinger av forskjellige gasser).
En kjemisk sensor som diagnostiserer lungekreft ved å puste
Hvis DARPA også reduserer størrelsen på den revolusjonerende multisensoren til et atomnivå (nanoteknologi tillater det), vil den kunne overvåke eierens helse døgnet rundt. Det ville være fint hvis sensoren også ville planlegge avtaler og bestille mat på nettet (i sistnevnte tilfelle er det fare for at den velger brokkoli og appelsinjuice i stedet for øl og pizza).
Rekonfigurerbare strukturer
(Rekonfigurerbare strukturer)
Det er utviklet myke materialer som kan bevege seg, samt endre form og størrelse, og roboter med passende egenskaper er laget av dem. Nye materialer har også blitt brukt til å lage ben- og armputer (magneter og torner) for å klatre over 25 fot (ca. 9 meter) vegger. Det er ennå ikke klart hvor myke roboter og nye klatreinnretninger vil forlenge menneskelivet, men det er ingen tvil om at de vil diversifisere det og muligens føre til fremveksten av nye idretter, og de som ønsker å spare på togbilletter og bolig kan gjøre det. festet til taket.
Bioderivative materialer
(Bioderived Materials)
Interesseområdet for dette programmet strekker seg til oppdagelsen av biomolekylære materialer med unike elektriske og mekaniske egenskaper. Nye metoder for biokatalyse og opprettelse av biomaler for peptider, virus, filamentøse bakteriofager har blitt undersøkt.
Undersøkte originale overflater som har tilpassbare egenskaper: tekstur, hygroskopisitet, absorpsjon, refleksjon / lysoverføring. Hybride organisk-uorganiske strukturer med programmerbare egenskaper er under utvikling, som vil danne grunnlaget for etableringen av høyprestasjonssensorer, så vel som andre enheter med unike egenskaper.
Neovision-2
Visjonen om mennesker og dyr har eksepsjonelle evner: gjenkjenning, klassifisering og studie av nye objekter tar bare en brøkdel av et sekund, mens datamaskiner og roboter fortsatt har store problemer. Neovision-2-programmet utvikler en integrert tilnærming til å utvikle maskiners evne til å gjenkjenne objekter ved å gjengi strukturen til de visuelle veiene i pattedyrhjernen.
Målet med arbeidet er å skape en kognitiv sensor som er i stand til å samle, behandle, klassifisere og overføre visuell informasjon. Algoritmen for å overføre visuelle signaler fra pattedyr er allerede avklart, og det utvikles en enhet som kan gjenkjenne mer enn 90% av objektene i 10 forskjellige kategorier på 5 sekunder.
Ytterligere arbeid med sensoren er rettet mot å redusere størrelsen (den skal bli sammenlignbar med det menneskelige visuelle apparatet), øke styrken og påliteligheten. Til syvende og sist skal sensoren kunne gjenkjenne objekter fra mer enn 20 forskjellige kategorier på mindre enn 2 sekunder, i en avstand på opptil 4 km.
Tydeligvis vil DARPA ikke stoppe der, og den neste sensoren vil allerede overgå evnen til menneskelig syn.
Nevroteknologi
(Neuroscience Technologies)
Ikke-invasivt nevrogrensesnitt
Programmet bruker de siste fremskrittene innen nevropsykologi, nevrobilding, molekylærbiologi og kognitive vitenskaper for å beskytte de kognitive funksjonene til en soldat utsatt for daglig stress, både fysisk og psykisk. De harde forholdene på slagmarken forringer viktige evner som hukommelse, læring, beslutningstaking, multitasking. Dermed synker jagerflyets evne til å reagere raskt og tilstrekkelig kraftig.
Langtidseffektene av denne typen stress - både molekylær og atferdsmessig - er fremdeles dårlig forstått. Nevroteknologiprogrammet bruker den siste utviklingen innen beslektede vitenskaper, så vel som nevrogrensesnittteknologi, som utvikler molekylære modeller av virkningene av akutt og kronisk stress på mennesker og finner måter å beskytte, vedlikeholde og gjenopprette soldatens kognitive funksjoner.
På molekylært og genetisk nivå studerer DARPA fire hovedtyper av stress (psykisk, fysisk, sykdom og søvnmangel), hvordan det kan måles nøyaktig, og mekanismene for tilpasning og utilstrekkelig respons på stress.
I 2009 reduserte bruken av fremskritt innen nevrovitenskap treningshastigheten til soldater med 2 ganger. Det utvikles metoder for å forbedre læringens effektivitet, forbedre oppmerksomheten og arbeidsminnet; nevrale grensesnitt skal bli raskere og enklere å bruke.
Biodesign
(BioDesign)
Biodesign er bruk av funksjonaliteten til levende systemer. Biodesign utnytter naturens kraftige innsikt, samtidig som de eliminerer de uønskede og tilfeldige konsekvensene av evolusjonær utvikling gjennom molekylærbiologi og genteknologi.
Programmet under et så uskyldig navn studerer - verken mer eller mindre - mekanismen for overføring av signalet om celledød og måtene å dempe dette signalet. I 2011 vil det bli opprettet kolonier av regenererende celler som kan eksistere på ubestemt tid, sier rapporten; deres DNA vil inneholde en spesiell kode som beskytter mot forfalskning, samt noe som et serienummer, "som en pistol."
Jeg vil tro at kinesiske hackere fortsatt vil klare å bryte sikkerhetskoden til udødelige celler, frigjøre dem til markedet i store mengder og gjøre dem tilgjengelige for alle.
Pålitelig nevrale grensesnitt
(Pålitelig nevralgrensesnittteknologi)
Hjerneimplantat nanokoating
Programmet er engasjert i utvikling og utdypning av teknologi som trekker ut informasjon fra nervesystemet og overfører den til "enheter for å øke frihetsgrader" (frihetsgrader), kunstige lemmer, for eksempel. Neurointerface er ikke en ny teknologi, og den har klart å skape skuffelse for mange at den ennå ikke kan overgå mekanismene som naturen oppfinner. Men DARPA frarådes, studerer det perifere nervesystemet, utvider antall kanaler for å øke mengden informasjon som overføres gjennom nevrogrensesnittet og utvikler fundamentalt nye typer av disse enhetene. I 2011 er det planlagt å lage et nevrale grensesnitt med hundre kanaler, mens ikke mer enn en bør mislykkes om et år.
Udødelige celler, genomredigering, kunstige organer og vev, immunitet som fungerer feilfritt, materialer med grunnleggende nye egenskaper, kunstig intelligens, bevisste roboter og programmer - det ser ut til at hvert DARPA -prosjekt på sin egen måte nærmer seg en radikal forlengelse av menneskeliv, i protein enten i en kropp eller i en kunstig.
Robust, humanoid, udødelig - kanskje er det slik cyborgs vil se ut i 2045?
Den blomstrende nevrale nettverksmodelleringen setter scenen for overføring av bevissthet til en annen kropp, og robotikk skaper stadig mer perfekte kropper. Kanskje biologer vil være foran matematikere og fysikere, og genomredigering, som fjerner fra tilfeldige, unødvendige og farlige seksjoner fra DNA som har samlet seg i det under evolusjonen, vil til slutt bli like vanlig og tilgjengelig som å gå til en frisør.
Å kombinere alle disse teknologiene sammen vil være som en kjedereaksjon som genererer alle nye gjennombrudd i vitenskapen. DARPA har nok kunnskap, ferdigheter og penger til å gjøre dette. Men hvorfor trenger militæret en udødelig soldat som vil overleve både sine sjefer og skapere?
En udødelig person er et prosjekt lik i sin idealisme til romutforskning, dets skjebnesvangre har kanskje ingen likhet, og ressursene som kreves for implementering er ubetydelige i forhold til resultatet.
Aristoteles, Hegel og Darwin systematiserte kunnskapen som ble samlet inn av mange generasjoner av forgjengerne, som få husker. Kunnskap om kjemiske elementer har samlet seg i århundrer - Mendelejev oppsummerte dem i sitt berømte bord og gikk over i historien. "Hvis jeg så lengre enn andre, var det bare fordi jeg sto på titanernes skuldre," sa Isaac Newton gjerne.
Spredt teknologi som bringer oss nærmere udødelighet venter på noen som vil bringe dem sammen og forene dem med et felles mål. Jeg vil at Russland skal gjøre dette - et land på jakt etter sin identitet, der den vitenskapelige skolen til tross for alt fortsatt er sterk og idealister ikke er utdødd.
