Biosenzory z programovatelných virů; zvýšená vytrvalost na molekulární úrovni; vědomé roboty rozhodující na základě konfliktních informací; Nanoroboti atomové velikosti dobývající smrtelné choroby - nejedná se o recenzi nové sci -fi knihy, ale o obsah zprávy DARPA.
DARPA nevyužívá pouze vědecké znalosti k vytváření nových technologií - staví si radikálně inovativní výzvy a rozvíjí oblasti znalostí, které tyto výzvy pomohou vyřešit. Agentura DARPA pro obranné pokročilé výzkumné projekty byla vytvořena v roce 1958 poté, co Sovětský svaz vypustil Sputnik 1 do vesmíru. To bylo pro Američany úplným překvapením a posláním DARPA bylo „předcházet překvapením“a také udržet náskok před ostatními státy, pokud jde o technologie. DARPA nevyužívá pouze vědecké znalosti k vytváření nových technologií - staví si radikálně inovativní výzvy a rozvíjí oblasti znalostí, které tyto výzvy pomohou vyřešit.
Roční rozpočet DARPA je 3,2 miliardy USD, počet zaměstnanců nepřesahuje několik stovek. Jak se této malé organizaci daří vytvářet takové věci, jako je dron, puška M-16, infračervená optika, GPS a internet? Anthony J. Tether - vedoucí DARPA v letech 2001-2009 - zdůrazňuje následující důvody své účinnosti:
1. Světový interdisciplinární tým zaměstnanců a umělců. DARPA hledá talenty v průmyslu, univerzitách, laboratořích, spojuje odborníky z teoretických a experimentálních oblastí;
2. Outsourcing podpůrného personálu;
3. Plochá, nehierarchická struktura zajišťuje bezplatnou a rychlou výměnu informací;
4. Autonomie a osvobození od byrokratických překážek;
5. Orientace projektu. Průměrná doba trvání projektu je 3–5 let.
Vytvoření super -vojáka - rychlejšího, silnějšího, odolnějšího, náchylnějšího, odolného vůči chorobám a stresu - je snem armády celého světa. Úspěch DARPA v této oblasti je pozoruhodný. Zvažme její projekty podrobněji.
Biologická adaptace - mechanismus a implementace
(Biologická adaptace, montáž a výroba)
Projekt studuje schopnost živých organismů přizpůsobit se celé řadě vnějších i vnitřních podmínek (teplotní rozdíly, deprivace spánku) a pomocí adaptačních mechanismů vytváří nové biointeraktivní výplňové materiály, biologické i abiotické. V roce 2009 byl proveden matematický model zlomeniny kosti a byl vyvinut materiál, který zcela opakuje mechanické vlastnosti a vnitřní strukturu skutečné kosti.
Šlacha (vlevo) a kost (vpravo)
V roce 2009 byl proveden matematický model zlomeniny kosti a byl vyvinut materiál, který zcela opakuje mechanické vlastnosti a vnitřní strukturu skutečné kosti.
Poté bylo vytvořeno vstřebatelné tekuté lepidlo pro obnovu kostí při zlomeninách a zraněních a testuje se na zvířatech. Pokud k rychlému hojení zlomeniny stačí jedna injekce tohoto lepidla, existuje naděje, že se časem léčba dalších chorob radikálně zjednoduší.
Nanostruktury v biologii
(Nanostruktura v biologii)
Předpona „nano“znamená „jedna miliardtina dílu“(například sekunda nebo metr), v biologii „nanostruktury“znamenají molekuly a atomy.
Špionážní hmyz vybavený senzory
V tomto projektu DARPA jsou nanobiologické senzory vytvořeny pro vnější použití a nanomotory pro vnitřní použití. V prvním případě se nanostruktury připojují ke špionážnímu hmyzu (zaznamenávejte informace, kontrolujte pohyb); ve druhém jsou umístěny do lidského těla pro diagnostiku a léčbu a právě o těchto nanorobotech v krvi hovořil futurolog Kurzweil, když do roku 2045 předpovídal úplnou fúzi člověka a stroje.
Vědci DARPA dosahují požadovaných vlastností nanostruktur (zejména proteinů) nikoli experimenty pod mikroskopem, ale matematickými výpočty.
Lidem ovládaná neurodevices
(Lidská asistovaná neurální zařízení)
Program rozvíjí teoretický rámec pro porozumění jazyku mozku a hledá odpovědi od neurovědy, výpočetních věd a nových materiálových věd. Aby vědci rozuměli jazyku mozku, paradoxně jej raději kódují.
Umělý neuron je matematická funkce, která ve zjednodušené formě reprodukuje funkci nervové buňky v mozku; vstup jednoho umělého neuronu je připojen k výstupu jiného - jsou získány neurální sítě. Jeden ze zakladatelů kybernetiky Warren Sturgis McCulloch před půl stoletím demonstroval, že neuronové sítě (což jsou ve skutečnosti počítačové programy) jsou schopné provádět numerické a logické operace; jsou považováni za druh umělé inteligence.
Neuron - strukturální jednotka mozku
Fanoušci neurálních sítí obvykle sledují cestu zvyšování počtu neuronů v nich, DARPA šel dále - a modeloval krátkodobou paměť.
V roce 2010 DARPA pracovala na dešifrování krátkodobé a dlouhodobé paměti u primátů, v roce 2011 plánuje produkci neurointerface, která stimulují a zaznamenávají několik kanálů nervové aktivity v mozku najednou.
„Paměťový kód“umožní obnovit paměť v poškozeném mozku vojáka. Kdo ví, možná tato metoda kódování a zaznamenávání lidské paměti pomůže lidem budoucnosti opustit svá stárnoucí těla bez lítosti a přejít do umělých - dokonalých a trvanlivých?
Wireframe Tissue Engineering
(Tkáňové inženýrství bez lešení)
Bioartificiální orgány byly donedávna pěstovány na trojrozměrném lešení odebraném zvířatům nebo lidskému dárci. Karsas byl zbaven dárcovských buněk, naočkován kmenovými buňkami pacienta a během transplantace u nich nezpůsobil odmítnutí.
Myší embryonální kmenová buňka
Když jsou orgány a tkáně pěstovány v rámci programu Frameworkless Tissue Engineering, jejich tvar je řízen bezkontaktní metodou, například magnetickým polem. To vám umožní obejít omezení lešení bioinženýrství a umožňuje současně ovládat různé typy buněk a tkání. Experimenty DARPA na implantaci mnohobuněčného kosterního svalu pěstovaného bezrámovou metodou byly úspěšné.
Embryonální kmenové buňky pod mikroskopem
Znamená to, že nyní má DARPA volnou ruku k pěstování bio-umělých orgánů nejnepředstavitelnějších druhů a forem, včetně těch, které se v přírodě nenacházejí? Zůstaňte naladěni!
Programovatelná záležitost
(Programovatelná záležitost)
Mikrobot origami, na povel složí a rozloží
„Programovatelná hmota“vyvíjí novou funkční formu hmoty, jejíž částice jsou schopné se na povel shromáždit do trojrozměrných objektů. Tyto objekty budou mít všechny vlastnosti svých obvyklých protějšků a budou také moci samostatně "rozebrat" na původní součásti. Programovatelná hmota má také schopnost měnit svůj tvar, vlastnosti (například elektrickou vodivost), barvu a mnoho dalšího.
Průlom v biologické a lékařské technologii
(Průlomové biologické a lékařské technologie)
Hlavní cíl programu: využití mikrosystémových technologií (elektronika, mikrofluidy, fotonika, mikromechanika) pro celou řadu úspěchů - od buněčných manipulací po ochranné a diagnostické prostředky. Mikrosystémové technologie dnes dosáhly dostatečné vyspělosti a propracovanosti; DARPA je hodlá použít k několikanásobnému zvýšení rychlosti izolace, analýzy a úpravy buněčného genomu.
DNA je nukleová kyselina, která uchovává genetické informace
Cílem projektu je vybrat pouze jednu buňku z velké populace, zachytit ji, provést nezbytné změny v její DNA a také v případě potřeby množit. Vývoj má nejširší škálu aplikací - od ochrany před biologickými zbraněmi až po pochopení podstaty zhoubných nádorů.
Nové znalosti o interakci fotonů s tkáněmi nervového systému savců umožní vytvořit fotonické mikroimplantáty, které obnoví senzorické a motorické funkce lidí s poraněním míchy. Rovněž budou vytvořena ochranná sluchová zařízení pro vojáky, která zlepší jejich sluch při přehlušení hlasitých zvuků střelby. Tato zařízení bezprecedentně sníží výskyt poškození sluchu a ztrát na bojišti.
Syntetická biologie
(Syntetická biologie)
Program vyvíjí revoluční biologické materiály, které lze použít v chemických a biologických senzorech, výrobě biopaliv a neutralizaci znečišťujících látek. Program je založen na tvorbě algoritmů pro biologické procesy, které umožňují vytváření biologických systémů nepřekonatelné složitosti.
Kmenová buňka na rámu
V roce 2011 se plánuje vytvoření technologií, které umožní počítačům učit se, vyvozovat závěry, aplikovat znalosti získané z předchozích zkušeností a inteligentně reagovat na věci, se kterými se ještě nikdy nesetkali. Nové systémy budou mít výjimečnou spolehlivost, autonomii, automatické ladění, budou spolupracovat s člověkem a nebudou od něj vyžadovat příliš časté zásahy.
Doufá se, že DARPA investuje do svých inteligentních počítačů program tolerance vůči lidem, kteří se na rozdíl od umělé inteligence nechovají vždy racionálně a logicky.
Samonosné učení
(Bootstrapped Learning)
Počítače získají schopnost studovat složité jevy stejným způsobem jako lidé: pomocí speciálních osnov obsahujících pojmy rostoucí úrovně složitosti. Úspěšné studium nového materiálu bude záviset na asimilaci znalostí předchozí úrovně. Pro školení budou použity tutoriály, příklady, vzorce chování, simulátory, odkazy. To je nesmírně důležité pro autonomní vojenské systémy, které musí nejen pochopit, co a proč dělat, ale také pochopit, v jakých případech je to nevhodnější.
Spolehlivá robotika
(Robustní robotika)
Diagram mobilního robota BigDog
Pokročilé robotické technologie umožní autonomním platformám (příklad autonomní platformy - BigDog) vnímat, chápat a modelovat své prostředí; pohybovat se po nepředvídatelném, heterogenním a nebezpečném terénu; manipulovat s předměty bez lidské pomoci; dělat inteligentní rozhodnutí v souladu s naprogramovanými cíli; spolupracovat s ostatními roboty a pracovat jako tým. Tyto schopnosti mobilních robotů pomohou vojákům v různých podmínkách: ve městě, na zemi, ve vzduchu, ve vesmíru, pod vodou.
Hlavní úkoly mobilního robota: samostatně provádět úkoly v zájmu vojáka, navigovat ve vesmíru i bez GPS, pohybovat se obtížným terénem, kterým mohou být hory, částečně zničené nebo plné trosek a úlomků silnice. Plánuje se také naučit robota chovat se v měnícím se prostředí, zlepšit jeho vizi a porozumění prostředí; dokonce dokáže předvídat záměry jiných pohybujících se předmětů. Nepořádek a hluk neodvádějí pozornost mobilního robota od pohybu, vždy si zachová klid, když ho na silnici odřízne jiný robot.
Test mobilního robota BigDog
Byli již vytvořeni roboti, kteří mohou běžet rychlostí člověka, stejně jako roboti se čtyřmi koly a dvěma rukama (každý má pět prstů, jako lidé). Nová generace robotů bude mít také smysl pro dotek.
Bioimitativní počítače
(Biomimetické počítače)
Procesy probíhající v mozku živého tvora jsou modelovány a implementovány do „kognitivního artefaktu“, artefakt je umístěn do robota - zástupce nové generace autonomních adaptivních strojů. Bude schopen rozpoznávat obrazy, upravovat své chování v závislosti na vnějších podmínkách a mít schopnost poznávat a učit se.
Uměle modelovaná neuronová síť
V roce 2009 již bylo vymodelováno milion neuronů a také proces spontánní tvorby neurálních skupin s krátkodobou pamětí. Byl vytvořen robot podobný včele, schopný číst informace z vnějšího světa a působit v něm; robot byl bezdrátově připojen ke skupině počítačů simulujících nervový systém.
V roce 2010 již DARPA vymodelovala 1 milion thalamokortikálních neuronů; tento typ neuronů se nachází mezi thalamem a mozkovou kůrou a je zodpovědný za přenos informací ze smyslů. Úkolem je vylepšit modely neuronových sítí a naučit je rozhodovat se na základě informací o prostředí, ale i „vnitřních hodnotách“.
Úkolem pro rok 2011 je vytvořit autonomního robota se simulací nervového systému, který bude schopen vybírat trojrozměrné objekty ze měnících se obrázků.
Autor tohoto materiálu s potápivým srdcem sleduje vývoj robotů a pokrok v oblasti modelování neuronových sítí, protože není daleko, když kombinace těchto technologií umožní přenos lidského vědomí do těla robota (které při včasné opravě mohou existovat neomezeně).
Alternativní terapie
(Nekonvenční terapeutika)
Projekt rozvíjí jedinečné, nekonvenční přístupy k ochraně vojáků před širokou škálou přirozeně se vyskytujících a upravených patogenů. Ukázalo se, že vynález nových léků je v tomto boji méně účinný než prostředky k posílení lidského imunitního systému.
Buňky imunity v lidském střevním epitelu
Pomocí matematického a biochemického přístupu se vědci zaměřili na vynalézání radikálně nových, rychlých a levných metod produkce proteinů s požadovanými vlastnostmi, včetně monoklonálních protilátek (typ buněk v imunitním systému). Nové technologie zkrátí dobu výroby vakcín z několika let (a v některých případech dokonce desetiletí) na týdny.
Takže za pomoci aparátu umělého lidského imunitního systému byla v krátké době vytvořena vakcína proti epidemii prasečí chřipky (H1N1).
Na pořadu dne je přežití v případě smrtelných chorob, dokud se nevyvine imunita nebo se neobdrží odpovídající léčba, a také potřeba vyvinout dočasnou ochranu před nemocemi, proti kterým člověk vůbec nemá imunitu.
Plány na rok 2011 zahrnují inovativní přístupy k boji proti jakýmkoli známým, neznámým, přírodním nebo umělým patogenům a také ukazují, že použití vyvinutých technologií zvyšuje smrtící dávku patogenu stokrát.
Externí ochrana
(Externí ochrana)
Tento program vyvíjí různé způsoby ochrany vojáků před chemickými, biologickými a radiologickými útoky. Jedním z úspěšně osvědčených materiálů je samočisticí chemický prostředek na bázi polyuretanu. Vyvíjejí se nové druhy tkanin pro obleky pro chemickou ochranu, ve kterých tělo může „dýchat“a provádět výměnu tepla, přičemž je za chemicky nepropustným vnějším pláštěm.
Kdo ví, možná v oblecích vyrobených z takových tkanin bude člověk brzy moci pohodlně existovat pod vodou nebo na jiných planetách?
Cílově adaptivní chemické senzory
(Senzory přizpůsobitelné chemikáliím)
Moderní senzory zatím neumí kombinovat citlivost (měrnou jednotkou je počet částic na bilion) a selektivitu (tedy schopnost rozlišovat mezi molekulami různých typů).
Tento program si dal za cíl vytvořit chemický senzor, který by toto omezení obešel, a přitom by byl přenosný a snadno použitelný. Výsledky předčily očekávání - byl vytvořen senzor, jehož nejvyšší citlivost je kombinována s výjimečnou selektivitou (prakticky žádné chyby při testování směsí různých plynů).
Chemický senzor, který diagnostikuje rakovinu plic dýcháním
Pokud DARPA také zmenší velikost svého revolučního multisenzoru na atomovou úroveň (nanotechnologie to umožňuje), bude moci nepřetržitě sledovat zdraví svého majitele. Bylo by hezké, kdyby senzor také plánoval schůzky a objednával jídlo online (v druhém případě hrozí, že místo piva a pizzy zvolí brokolici a pomerančový džus).
Rekonfigurovatelné struktury
(Rekonfigurovatelné struktury)
Byly vyvinuty měkké materiály, které se mohou pohybovat, stejně jako měnit tvar a velikost, a byli z nich vytvořeni roboti s odpovídajícími vlastnostmi. Nové materiály byly také použity k výrobě chráničů nohou a paží (magnety a trny), které umožňují lezení po stěnách asi 25 metrů. Zatím není jasné, jak měkké roboty a nová horolezecká zařízení prodlouží lidský život, ale není pochyb o tom, že jej diverzifikují a případně povedou ke vzniku nových sportů, a těch, kteří chtějí ušetřit na jízdenkách na vlak a na bydlení může to udělat. připevněno ke stropu.
Bioderivativní materiály
(Bioderived Materials)
Oblast zájmu tohoto programu sahá až k objevu biomolekulárních materiálů s unikátními elektrickými a mechanickými vlastnostmi. Byly zkoumány nové metody biokatalýzy a vytváření bio-šablon pro peptidy, viry, vláknité bakteriofágy.
Zkoumány originální povrchy, které mají přizpůsobitelné vlastnosti: texturu, hygroskopicitu, absorpci, odraz / přenos světla. Ve vývoji jsou hybridní organicko-anorganické struktury s programovatelnými vlastnostmi, které budou tvořit základ pro tvorbu vysoce výkonných senzorů, ale i dalších zařízení s unikátními vlastnostmi.
Neovize-2
Vize lidí a zvířat má výjimečné schopnosti: rozpoznávání, klasifikace a studium nových objektů trvá jen zlomek sekundy, zatímco počítače a roboti mají stále velké potíže. Program Neovision-2 vyvíjí integrovaný přístup k rozvoji schopnosti strojů rozpoznávat objekty reprodukováním struktury vizuálních drah v mozku savců.
Cílem práce je vytvořit kognitivní senzor schopný sbírat, zpracovávat, klasifikovat a přenášet vizuální informace. Algoritmus pro přenos vizuálních signálů savců již byl objasněn a vyvíjí se zařízení, které dokáže rozpoznat více než 90% objektů v 10 různých kategoriích za 5 sekund.
Další práce na senzoru je zaměřena na zmenšení jeho velikosti (mělo by být srovnatelné s lidským zrakovým aparátem), zvýšení jeho síly a spolehlivosti. Nakonec by senzor měl být schopen rozpoznat objekty více než 20 různých kategorií za méně než 2 sekundy na vzdálenost až 4 km.
Tím se DARPA evidentně nezastaví a další senzor již překoná schopnost lidského vidění.
Neurotechnologie
(Neuroscience Technologies)
Neinvazivní neurointerface
Program využívá nejnovější pokroky v neuropsychologii, neuroimagingu, molekulární biologii a kognitivních vědách k ochraně kognitivních funkcí vojáka vystaveného každodennímu stresu, fyzickému i duševnímu. Drsné podmínky na bojišti degradují tak důležité schopnosti, jako je paměť, učení, rozhodování, multitasking. Prudce tak klesá schopnost bojovníka reagovat rychle a adekvátně.
Dlouhodobé účinky tohoto druhu stresu - molekulárního i behaviorálního - jsou stále špatně pochopeny. Program neurotechnologie využívá nejnovější vývoj v příbuzných vědách a také technologie neurointerface, vyvíjí molekulární modely účinků akutního a chronického stresu na člověka a hledá způsoby, jak chránit, udržovat a obnovovat kognitivní funkce vojáka.
Na molekulární a genetické úrovni studuje DARPA čtyři hlavní typy stresu (mentální, fyzický, nemoci a deprivace spánku), jak jej lze přesně měřit a mechanismy adaptace a nedostatečné reakce na stres.
V roce 2009 využití pokroků v neurovědě snížilo rychlost výcviku vojáků dvakrát. Jsou vyvíjeny metody ke zlepšení efektivity učení, zlepšení pozornosti a pracovní paměti; nervová rozhraní by měla být rychlejší a jednodušší na používání.
Biodesign
(BioDesign)
Biodesign je využití funkčnosti živých systémů. Biodesign využívá silných poznatků přírody a zároveň eliminuje nežádoucí a náhodné důsledky evolučního vývoje prostřednictvím molekulární biologie a genetického inženýrství.
Program pod tak neškodným názvem studuje - ani více ani méně - mechanismus přenosu signálu buněčné smrti a způsoby umlčení tohoto signálu. V roce 2011 budou vytvořeny kolonie regenerujících se buněk, které mohou existovat neomezeně dlouho, uvádí zpráva; jejich DNA bude obsahovat speciální kód, který chrání před paděláním, a také něco jako sériové číslo „jako pistole“.
Chtěl bych věřit, že se čínským hackerům ještě podaří prolomit bezpečnostní kód nesmrtelných buněk, uvolnit je ve velkém na trh a zpřístupnit všem.
Spolehlivé neurální rozhraní
(Spolehlivá technologie neurálního rozhraní)
Nanocoating mozkového implantátu
Program se zabývá vývojem a prohlubováním technologie, která získává informace z nervového systému a přenáší je do „zařízení pro zvyšování stupňů volnosti“(stroje se stupněm volnosti), například do umělých končetin. Neurointerface není nová technologie a pro mnohé dokázala způsobit zklamání, že ještě nemůže překonat mechanismy vynalezené přírodou. Ale DARPA se neodradí, studuje periferní nervový systém, rozšiřuje počet kanálů, aby zvýšil množství informací přenášených přes neurointerface a vyvíjí zásadně nové typy těchto zařízení. V roce 2011 se plánuje vytvoření neurálního rozhraní se stovkou kanálů, přičemž za rok by neměl selhat více než jeden.
Nesmrtelné buňky, úpravy genomu, umělé orgány a tkáně, imunita, která funguje bezchybně, materiály se zásadně novými vlastnostmi, umělá inteligence, vědomé roboty a programy - zdá se, že každý projekt DARPA svým způsobem přistupuje k radikálnímu prodloužení lidského života, v bílkovinách ať už v těle, nebo v umělém.
Robustní, humanoidní, nesmrtelní - možná takto budou vypadat kyborgové v roce 2045?
Vzkvétající modelování neurální sítě připravuje půdu pro přenos vědomí do jiného těla a robotika vytváří stále dokonalejší těla. Biologové snad budou mít náskok před matematiky a fyziky a editace genomu, odstraňování náhodných, nepotřebných a nebezpečných sekcí z DNA, které se v ní během evoluce nahromadily, bude nakonec stejně běžné a dostupné jako návštěva kadeřníka.
Kombinace všech těchto technologií dohromady bude jako řetězová reakce, která generuje všechny nové průlomy ve vědě. DARPA na to má dostatek znalostí, dovedností a peněz. Proč ale armáda potřebuje nesmrtelného vojáka, který přežije jak své velitele, tak jeho tvůrce?
Nesmrtelný člověk je projekt, který se svým idealismem rovná průzkumu vesmíru, jeho osudovost snad nemá obdoby a zdroje potřebné k realizaci jsou ve srovnání s výsledkem bezvýznamné.
Aristoteles, Hegel a Darwin systematizovali znalosti shromážděné mnoha generacemi jejich předchůdců, které si pamatuje jen málo lidí. Znalosti o chemických prvcích se hromadí po staletí - Mendělejev je shrnul do své slavné tabulky a zapsal se do historie. "Pokud jsem viděl dále než ostatní, bylo to jen proto, že jsem stál na ramenou titánů," opakoval rád Isaac Newton.
Rozptýlené technologie, které nás přibližují k nesmrtelnosti, čekají na někoho, kdo je spojí a spojí se společným cílem. Chtěl bych, aby to udělalo Rusko - země hledající svou identitu, kde je přes všechno vědecká škola stále silná a idealisté nevymřeli.
