Биосензори от програмируеми вируси; повишена издръжливост на молекулярно ниво; съзнателни роботи, вземащи решения въз основа на противоречива информация; Нанороботи с атомни размери, побеждаващи смъртоносни болести - това не е преглед на нова книга за научна фантастика, а съдържанието на доклад на DARPA.
DARPA не просто използва научни знания за създаване на нови технологии - той си поставя радикално иновативни предизвикателства и развива области на знание, които ще помогнат за решаването на тези предизвикателства. Агенцията за напреднали изследователски проекти в областта на отбраната DARPA е създадена през 1958 г., след като Съветският съюз изстреля Sputnik 1 в космоса. Това стана пълна изненада за американците, а мисията на DARPA беше да „предотврати изненадите“, както и да изпревари технологично другите държави. DARPA не просто използва научни знания за създаване на нови технологии - тя си поставя радикално иновативни предизвикателства и развива области на знание, които ще помогнат за решаването на тези предизвикателства.
Годишният бюджет на DARPA е 3,2 милиарда долара, броят на служителите не надвишава няколкостотин. Как тази малка организация успява да създаде такива неща като дрон, пушка М-16, инфрачервена оптика, GPS и интернет? Антъни Дж. Тетер - ръководител на DARPA от 2001-2009 г. - подчертава следните причини за ефективността му:
1. Интердисциплинарен екип от световна класа от персонал и изпълнители. DARPA търси таланти в индустрията, университетите, лабораториите, събирайки експерти в теоретични и експериментални области;
2. Аутсорсинг на помощен персонал;
3. Плоската, не йерархична структура осигурява свободен и бърз обмен на информация;
4. Автономия и свобода от бюрократични пречки;
5. Ориентация на проекта. Средната продължителност на проекта е 3-5 години.
Създаването на супер -войник - по -бърз, по -силен, по -устойчив, податлив, устойчив на болести и стрес - е мечтата на армията на целия свят. Успехът на DARPA в тази област е забележителен. Нека разгледаме нейните проекти по -подробно.
Биологична адаптация - механизъм и изпълнение
(Биологична адаптация, монтаж и производство)
Проектът изучава способността на живите организми да се адаптират към широк спектър от външни и вътрешни условия (температурни разлики, недоспиване) и използва адаптационни механизми за създаване на нови биоинтерактивни възстановителни материали, биологични и абиотични. През 2009 г. е извършен математически модел на костна фрактура и е разработен материал, който напълно повтаря механичните свойства и вътрешната структура на истинска кост.
Сухожилие (вляво) и кост (вдясно)
През 2009 г. е извършен математически модел на костна фрактура и е разработен материал, който напълно повтаря механичните свойства и вътрешната структура на истинска кост.
След това беше създадено абсорбиращо се течно лепило за възстановяване на костите при фрактури и наранявания и се тества върху животни. Ако една инжекция от това лепило е достатъчна за бързо заздравяване на фрактура, има надежда, че с течение на времето лечението на други заболявания ще бъде коренно опростено.
Наноструктури в биологията
(Наноструктура в биологията)
Префиксът "нано" означава "една милиардна част" (например секунда или метър), в биологията "наноструктури" означава молекули и атоми.
Шпионско насекомо, оборудвано със сензор
В този проект DARPA са създадени нанобиологични сензори за външна употреба и наномотори за вътрешна употреба. В първия случай наноструктурите се прикрепят към шпионски насекоми (записват информация, контролират движението); във втория, те се поставят в човешкото тяло за диагностицирането и лечението му и именно за тези нанороботи в кръвта говори футурологът Курцвайл, когато прогнозира пълното сливане на човек и машина до 2045 г.
Учените от DARPA постигат желаните свойства на наноструктурите (особено протеините) не чрез експерименти под микроскоп, а чрез математически изчисления.
Невроустройства, контролирани от човека
(Невронни устройства, подпомагани от човека)
Програмата разработва теоретична рамка за разбиране на езика на мозъка и търси отговори от неврологията, изчислителните науки и новите материални науки. Парадоксално, но за да разберат езика на мозъка, учените предпочитат да го кодират.
Изкуственият неврон е математическа функция, която възпроизвежда в опростена форма функцията на нервна клетка в мозъка; входът на един изкуствен неврон е свързан с изхода на друг - получават се невронни мрежи. Един от основателите на кибернетиката, Уорън Стърджис Маккълох, демонстрира преди половин век, че невронните мрежи (които всъщност са компютърни програми) са способни да извършват числени и логически операции; те се считат за вид изкуствен интелект.
Неврон - структурна единица на мозъка
Обикновено феновете на невронните мрежи следват пътя за увеличаване на броя на невроните в тях, DARPA отиде по -далеч - и моделира краткосрочната памет.
През 2010 г. DARPA работи по дешифриране на краткосрочната и дългосрочната памет при приматите, през 2011 г. планира да произвежда невроинтерфейси, които стимулират и записват няколко канала на невронна активност в мозъка наведнъж.
"Кодът на паметта" ще позволи да се възстанови паметта в увредения мозък на войник. Кой знае, може би този метод за кодиране и запис на човешката памет ще помогне на хората на бъдещето да напуснат остаряващите си тела без съжаление и да се преместят в изкуствени - перфектни и издръжливи?
Инженеринг на каркасна тъкан
(Инженеринг на тъкани без скелета)
Доскоро био изкуствени органи се отглеждаха върху триизмерно скеле, взето от животни или човешки донор. Karsas се изчиства от донорски клетки, инокулира се със стволовите клетки на пациента и не причинява отхвърляне в последните по време на трансплантацията.
Ембрионална стволова клетка на мишка
Когато органи и тъкани се отглеждат в рамките на програмата за безрамково тъканно инженерство, тяхната форма се контролира чрез безконтактен метод, например чрез магнитно поле. Това ви позволява да заобиколите ограниченията на биоинженерството на скелето и дава възможност едновременно да контролирате различни видове клетки и тъкани. Експериментите на DARPA за имплантиране на многоклетъчни скелетни мускули, отглеждани по безрамков метод, бяха успешни.
Ембрионални стволови клетки под микроскоп
Означава ли това, че сега DARPA има свободни ръце да отглежда био-изкуствени органи от най-невъобразимите видове и форми, включително тези, които не се срещат в природата? Останете на линия!
Програмируем въпрос
(Програмируема материя)
Микро-робот оригами, сгъва се и се разгъва по команда
„Програмируема материя“разработва нова функционална форма на материя, чиито частици могат да се сглобяват в триизмерни обекти по команда. Тези обекти ще имат всички свойства на обичайните си колеги, а също така ще могат самостоятелно да "разглобяват" оригиналните компоненти. Програмируемата материя също има способността да променя своята форма, свойства (например електрическа проводимост), цвят и много други.
Пробив в биологичните и медицинските технологии
(Пробивни биологични и медицински технологии)
Основната цел на програмата: използването на микросистемни технологии (електроника, микрофлуиди, фотоника, микромеханика) за цял набор от постижения - от клетъчни манипулации до средства за защита и диагностика. Микросистемните технологии са достигнали достатъчна зрялост и сложност днес; DARPA възнамерява да ги използва за увеличаване на скоростта на изолиране, анализ и редактиране на клетъчния геном няколко десетки пъти.
ДНК е нуклеинова киселина, която съхранява генетична информация
Целта на проекта е да се избере само една клетка от голяма популация, да се улови, да се направят необходимите промени в нейната ДНК, а също и, ако е необходимо, да се умножи. Разработката има най -широк спектър от приложения - от защита срещу биологични оръжия до разбиране на природата на злокачествените тумори.
Новите знания за взаимодействието на фотоните с тъканите на нервната система на бозайниците ще направят възможно създаването на фотонни микроимпланти, които ще възстановят сензорната и двигателната функция на хората с увреждане на гръбначния мозък. Ще бъдат създадени и защитни слухови апарати за войници, които ще подобрят слуха им, докато заглушават силните звуци на стрелба. Тези устройства ще намалят безпрецедентно честотата на увреждане на слуха и загуба на бойното поле.
Синтетична биология
(Синтетична биология)
Програмата разработва революционни биологични материали, които могат да се използват в химически и биологични сензори, производство на биогорива и неутрализиране на замърсителите. Програмата се основава на създаването на алгоритми за биологични процеси, които позволяват създаването на биологични системи с ненадмината сложност.
Стволови клетки на рамка
През 2011 г. се планира създаването на технологии, които ще позволят на компютрите да учат, да правят заключения, да прилагат знанията, придобити от предишния опит и интелигентно да реагират на неща, които никога не са срещали досега. Новите системи ще имат изключителна надеждност, автономност, самонастройка, ще си сътрудничат с човек и не изискват той да се намесва твърде често.
Надяваме се, че DARPA ще инвестира в своите интелигентни компютри програма за толерантност към хората, които за разлика от изкуствения интелект не винаги се държат рационално и логично.
Самоподдържащо се обучение
(Bootstrapped Learning)
Компютрите ще придобият способността да изучават сложни явления по същия начин, както хората: с помощта на специални учебни програми, съдържащи понятия с нарастващо ниво на сложност. Успешното изучаване на нов материал ще зависи от усвояването на знания от предишното ниво. За обучение ще се използват уроци, примери, модели на поведение, симулатори, връзки. Това е изключително важно за автономните военни системи, които трябва не само да разбират какво да правят и защо, но и да разбират в кои случаи е по -неподходящо да се прави.
Надеждна роботика
(Здрава роботика)
Схема за мобилен робот на BigDog
Разширените роботизирани технологии ще позволят на автономните платформи (пример за автономна платформа - BigDog) да възприемат, разбират и моделират своята среда; да се движите по непредсказуем, разнороден и опасен терен; боравете с предмети без човешка помощ; вземайте интелигентни решения в съответствие с програмираните цели; да си сътрудничат с други роботи и да работят в екип. Тези способности на мобилните роботи ще помогнат на войниците в различни условия: в града, на земята, във въздуха, в космоса, под водата.
Основните задачи на мобилния робот: независимо изпълняват задачи в интерес на войника, навигират в космоса дори при липса на GPS, преминават през труден терен, който може да бъде планина, частично разрушен или пълен с отломки и отломки от пътя. Планира се също така да се научи роботът да се държи в променяща се среда, подобрявайки неговата визия и разбиране за околната среда; той дори може да предскаже намеренията на други движещи се обекти. Безредиците и шумът не отвличат вниманието на мобилния робот от движението, той винаги запазва спокойствие, когато друг робот го прекъсне на пътя.
Тест за мобилен робот BigDog
Вече са създадени роботи, които могат да работят със скоростта на човек, както и роботи с четири колела и две ръце (всеки има по пет пръста, като хората). Следващото поколение роботи също ще има усещане за допир.
Биоимитационни компютри
(Биомиметични изчисления)
Процесите, протичащи в мозъка на живо същество, са моделирани и внедрени в „познавателен артефакт“, артефактът е поставен в робот - представител на ново поколение автономни адаптивни машини. Той ще може да разпознава образи, да коригира поведението си в зависимост от външните условия и да има способността да познава и учи.
Изкуствено моделирана невронна мрежа
През 2009 г. милион неврони вече бяха моделирани, както и процесът на спонтанно образуване на невронни групи с краткосрочна памет. Създаден е робот, подобен на пчела, способен да чете информация от външния свят и да действа в него; роботът беше безжично свързан към група компютри, симулиращи нервната система.
През 2010 г. DARPA вече е моделирала 1 милион таламокортикални неврони; този тип неврон се намира между таламуса и мозъчната кора и е отговорен за предаването на информация от сетивата. Задачата е да се усъвършенстват моделите на невронните мрежи и да се научат да вземат решения въз основа на информация за околната среда, както и „вътрешни ценности“.
Задачата за 2011 г. е да се създаде автономен робот със симулация на нервната система, който да може да избира триизмерни обекти от променящите се картини.
Авторът на този материал с потъващо сърце следи еволюцията на роботите и напредъка в областта на моделирането на невронни мрежи, тъй като не е далеч денят, когато комбинацията от тези технологии ще позволи на човешкото съзнание да бъде пренесено в тялото на робота (които при своевременен ремонт могат да съществуват за неопределено време).
Алтернативна терапия
(Нетрадиционна терапия)
Проектът разработва уникални, нетрадиционни подходи за защита на войниците от широк спектър от естествено срещащи се и създадени патогени. Оказа се, че изобретяването на нови лекарства е по -малко ефективно в тази борба от средствата за укрепване на човешката имунна система.
Имунни клетки в чревния епител на човека
Използвайки математически и биохимичен подход, изследователите се фокусираха върху измислянето на коренно нови, бързи и евтини методи за производство на протеини с желани свойства, включително моноклонални антитела (вид клетки в имунната система). Новите технологии ще намалят времето за производство на ваксини от няколко години (и дори, в някои случаи, десетилетия) до седмици.
И така, с помощта на апарата на изкуствената човешка имунна система, за кратко време беше създадена ваксина срещу епидемията от свински грип (H1N1).
На дневен ред са оцеляването в случай на смъртоносни заболявания, докато не се развие имунитет или се получи подходящо лечение, както и необходимостта от разработване на временна защита срещу заболявания, от които човек изобщо няма имунитет.
Плановете за 2011 г. включват иновативни подходи за борба с всички известни, неизвестни, естествени или изкуствени патогени, както и демонстриране, че използването на разработени технологии увеличава смъртоносната доза на патоген 100 пъти.
Външна защита
(Външна защита)
Тази програма разработва различни средства за защита на войниците от химически, биологични и радиологични атаки. Един от успешно доказаните материали е самопочистващ се химически агент на базата на полиуретан. Разработват се нови видове тъкани за костюми за химическа защита, в които тялото може да „диша“и да извършва топлообмен, като се намира зад химически непроницаема външна обвивка.
Кой знае, може би в костюми, изработени от такива тъкани, човек скоро ще може удобно да съществува под вода или на други планети?
Химически сензори, адаптирани към целта
(Адаптивни за мисията химически сензори)
Съвременните сензори все още не могат да комбинират чувствителност (мерната единица е броят на частиците на трилион) и селективност (тоест способността да се прави разлика между молекули от различен тип).
Тази програма имаше за цел да създаде химически сензор, който да заобиколи това ограничение, като същевременно е преносим и лесен за използване. Резултатите надминаха очакванията - създаден е сензор, чиято най -висока чувствителност е съчетана с изключителна селективност (практически няма грешки при тестване със смеси от различни газове).
Химически сензор, който диагностицира рак на белия дроб чрез дишане
Ако DARPA също намали размера на своя революционен мултисензор до атомно ниво (нанотехнологиите позволяват), той ще може да следи здравето на собственика си денонощно. Би било хубаво сензорът също да насрочи срещи и да поръча храна онлайн (във втория случай съществува опасност да избере броколи и портокалов сок вместо бира и пица).
Преконфигурируеми структури
(Преконфигурируеми структури)
Разработени са меки материали, които могат да се движат, както и да променят формата и размера, а от тях са създадени роботи с подходящи свойства. Нови материали също са използвани за направата на подложки за крака и ръце (магнити и тръни), за да позволят изкачване на стени над 25 фута (около 9 метра). Все още не е ясно как меките роботи и новите устройства за катерене ще удължат човешкия живот, но няма съмнение, че те ще го разнообразят и евентуално ще доведат до появата на нови спортове и тези, които искат да спестят от билети за влакове и жилища може да го направи.прикрепен към тавана.
Биопроизводни материали
(Биопроизводни материали)
Областта на интерес на тази програма се простира до откриването на биомолекулни материали с уникални електрически и механични свойства. Изследвани са нови методи за биокатализа и създаване на био-шаблони за пептиди, вируси, нишковидни бактериофаги.
Изследвани оригинални повърхности, които имат персонализирани свойства: текстура, хигроскопичност, абсорбция, отражение / предаване на светлина. Разработват се хибридни органично-неорганични структури с програмируеми свойства, които ще бъдат в основата на създаването на високоефективни сензори, както и на други устройства с уникални свойства.
Neovision-2
Визията на хората и животните има изключителни възможности: разпознаването, класифицирането и изучаването на нови обекти отнема само част от секундата, докато компютрите и роботите все още имат големи трудности. Програмата Neovision-2 разработва интегриран подход за развитие на способността на машините да разпознават обекти чрез възпроизвеждане на структурата на зрителните пътища в мозъка на бозайниците.
Целта на работата е да се създаде познавателен сензор, способен да събира, обработва, класифицира и предава визуална информация. Алгоритъмът за предаване на визуални сигнали на бозайници вече е изяснен и се разработва устройство, което може да разпознае повече от 90% от обектите в 10 различни категории за 5 секунди.
По -нататъшната работа по сензора е насочена към намаляване на неговия размер (той трябва да стане сравним с човешкия визуален апарат), увеличаване на неговата здравина и надеждност. В крайна сметка сензорът трябва да може да разпознава обекти от повече от 20 различни категории за по -малко от 2 секунди, на разстояние до 4 км.
Очевидно DARPA няма да спре дотук и следващият сензор вече ще надмине способността на човешкото зрение.
Невротехнологии
(Невронаучни технологии)
Неинвазивен невроинтерфейс
Програмата използва най -новите постижения в невропсихологията, невроизображенията, молекулярната биология и когнитивните науки, за да защити когнитивните функции на войник, изложен на ежедневен стрес, както физически, така и психически. Тежките условия на бойното поле деградират такива важни способности като памет, учене, вземане на решения, многозадачност. Така способността на боеца да реагира бързо и адекватно рязко спада.
Дългосрочните ефекти от този вид стрес - както молекулен, така и поведенчески - все още са слабо разбрани. Програмата за невротехнологии използва най -новите разработки в сродните науки, както и технологии за невроинтерфейс, разработвайки молекулярни модели на ефектите от острия и хроничен стрес върху хората и намирането на начини за защита, поддържане и възстановяване на когнитивните функции на войника.
На молекулярно и генетично ниво DARPA изучава четири основни вида стрес (психически, физически, болест и недоспиване), как може да се измери точно и механизмите на адаптация и неадекватна реакция на стреса.
През 2009 г. използването на напредъка в неврологията намали скоростта на обучение на войниците 2 пъти. Разработват се методи за подобряване на ефективността на обучението, подобряване на вниманието и работната памет; невронните интерфейси трябва да станат по -бързи и по -лесни за използване.
Биодизайн
(BioDesign)
Биодизайнът е използването на функционалността на живите системи. Биодизайнът се възползва от мощните прозрения на природата, като същевременно елиминира нежеланите и случайни последици от еволюционното развитие чрез молекулярна биология и генно инженерство.
Програмата под такова безобидно име изучава - нито повече, нито по -малко - механизма на предаване на сигнала за клетъчна смърт и начините за заглушаване на този сигнал. През 2011 г. ще бъдат създадени колонии от регенериращи клетки, които могат да съществуват за неопределено време, се казва в доклада; тяхната ДНК ще съдържа специален код, който предпазва от фалшифициране, както и нещо като сериен номер, „като пистолет“.
Бих искал да повярвам, че китайските хакери все пак ще успеят да разбият кода за сигурност на безсмъртните клетки, да ги пуснат на пазара в големи количества и да ги направят достъпни за всички.
Надежден невронен интерфейс
(Надеждна технология за невронни интерфейси)
Нанопокритие на мозъчни импланти
Програмата се занимава с разработването и задълбочаването на технологиите, които извличат информация от нервната система и я прехвърлят към „устройства за увеличаване на степента на свобода“(машини за степен на свобода), изкуствени крайници, например. Невроинтерфейсът не е нова технология и той успя да предизвика разочарование у мнозина, че все още не може да надмине механизмите, измислени от природата. Но DARPA не се обезкуражава, изучава периферната нервна система, разширява броя на каналите, за да увеличи количеството информация, предавана през невроинтерфейса, и разработва фундаментално нови видове тези устройства. През 2011 г. се планира да се направи невронен интерфейс със сто канала, като не повече от един трябва да се провали за една година.
Безсмъртни клетки, редактиране на геноми, изкуствени органи и тъкани, имунитет, който работи безупречно, материали с фундаментално нови свойства, изкуствен интелект, съзнателни роботи и програми - изглежда, че всеки проект DARPA по свой начин се доближава до радикално удължаване на човешкия живот, в протеин дали в тяло, или в изкуствено.
Здрав, хуманоиден, безсмъртен - може би така ще изглеждат киборгите през 2045 г.?
Процъфтяващото моделиране на невронни мрежи създава почвата за прехвърляне на съзнанието в друго тяло, а роботиката създава все по -съвършени тела. Може би биолозите ще изпреварят математиците и физиците, а редактирането на генома, премахвайки от ДНК случайни, ненужни и опасни участъци, които са се натрупали в него по време на еволюцията, в крайна сметка ще стане толкова често срещано и достъпно, колкото ходенето на фризьор.
Комбинирането на всички тези технологии заедно ще бъде като верижна реакция, която генерира всички нови пробиви в науката. DARPA има достатъчно знания, умения и пари, за да направи това. Но защо военните се нуждаят от безсмъртен войник, който ще надживее както своите командири, така и създателите си?
Безсмъртният човек е проект, равен по своя идеализъм на изследването на космоса, съдбоносността му може би няма равен, а ресурсите, необходими за изпълнение, са незначителни в сравнение с резултата.
Аристотел, Хегел и Дарвин систематизират знанията, събрани от много поколения на техните предшественици, които малко хора помнят. Знанията за химичните елементи се трупат от векове - Менделеев ги обобщи в своята известна таблица и влезе в историята. „Ако видях по -далеч от другите, това беше само защото стоях на раменете на титаните“, обичаше да повтаря Исак Нютон.
Разпръснатите технологии, които ни приближават до безсмъртието, очакват някой, който ще ги събере и обедини с обща цел. Бих искал Русия да направи това - страна в търсене на своята идентичност, където въпреки всичко научната школа все още е силна и идеалистите не изчезват.
