Biosensorer fra programmerbare vira; øget udholdenhed på molekylært niveau; bevidste robotter, der træffer beslutninger baseret på modstridende oplysninger; Atomiske nanorobotter, der erobrer dødelige sygdomme - dette er ikke en anmeldelse af en ny science fiction -bog, men indholdet af en DARPA -rapport.
DARPA bruger ikke bare videnskabelig viden til at skabe nye teknologier - det sætter sig radikalt innovative udfordringer og udvikler vidensområder, der vil hjælpe med at løse disse udfordringer. Defense Advanced Research Projects Agency DARPA blev oprettet i 1958 efter Sovjetunionen lancerede Sputnik 1 i rummet. Dette kom som en fuldstændig overraskelse for amerikanerne, og DARPA's mission var at "forhindre overraskelser" samt at være foran andre stater hvad angår teknologi. DARPA bruger ikke bare videnskabelig viden til at skabe nye teknologier - det sætter sig radikalt innovative udfordringer og udvikler vidensområder, der vil hjælpe med at løse disse udfordringer.
Det årlige budget for DARPA er 3,2 milliarder dollar, antallet af ansatte overstiger ikke flere hundrede. Hvordan formår denne lille organisation at skabe ting som en drone, et M-16-gevær, infrarød optik, GPS og Internettet? Anthony J. Tether - chef for DARPA fra 2001-2009 - fremhæver følgende årsager til dets effektivitet:
1. Tværfagligt team af medarbejdere og kunstnere i verdensklasse. DARPA leder efter talent inden for industri, universiteter, laboratorier og samler eksperter inden for teoretiske og eksperimentelle områder;
2. Outsourcing af supportpersonale;
3. Flad, ikke-hierarkisk struktur sikrer fri og hurtig udveksling af oplysninger;
4. Autonomi og frihed fra bureaukratiske forhindringer;
5. Projektorientering. Den gennemsnitlige projektvarighed er 3-5 år.
Oprettelsen af en supersoldat - hurtigere, stærkere, mere modstandsdygtig, modtagelig, modstandsdygtig over for sygdom og stress - er drømmen for militæret i hele verden. DARPAs succes på dette område er bemærkelsesværdig. Lad os overveje hendes projekter mere detaljeret.
Biologisk tilpasning - mekanisme og implementering
(Biologisk tilpasning, samling og fremstilling)
Projektet undersøger levende organismeres evne til at tilpasse sig en lang række ydre og indre forhold (temperaturforskelle, søvnmangel) og anvender tilpasningsmekanismer til at skabe nye biointeraktive genoprettende materialer, både biologiske og abiotiske. I 2009 blev der udført en matematisk model af et knoglebrud, og der blev udviklet et materiale, der fuldstændigt gentager de mekaniske egenskaber og indre struktur af en ægte knogle.
Senen (venstre) og knoglen (højre)
I 2009 blev der udført en matematisk model af et knoglebrud, og der blev udviklet et materiale, der fuldstændigt gentager de mekaniske egenskaber og indre struktur af en ægte knogle.
Derefter blev der oprettet et absorberbart flydende klæbemiddel for at genoprette knogle ved brud og skader, og det testes på dyr. Hvis en injektion af denne lim er nok til hurtig heling af et brud, er der et håb om, at behandlingen af andre sygdomme med tiden vil blive radikalt forenklet.
Nanostrukturer i biologi
(Nanostruktur i biologi)
Præfikset "nano" betyder "en milliarddel" (f.eks. Et sekund eller en meter) i biologi betyder "nanostrukturer" molekyler og atomer.
Sensorudstyret spioninsekt
I dette DARPA -projekt oprettes nanobiologiske sensorer til ekstern brug og nanomotorer til intern brug. I det første tilfælde knytter nanostrukturer sig til spioninsekter (registrere oplysninger, kontrollere bevægelse); i det andet placeres de i menneskekroppen til diagnose og behandling, og det var disse nanorobotter i blodet, som futurologen Kurzweil talte om, da han forudsagde en fuldstændig fusion af menneske og maskine i 2045.
DARPA -forskere opnår de ønskede egenskaber ved nanostrukturer (især proteiner) ikke ved eksperimenter under et mikroskop, men ved matematiske beregninger.
Menneskekontrolleret neurodevices
(Menneskeligt assisterede neurale enheder)
Programmet udvikler en teoretisk ramme for at forstå hjernens sprog og søger svar fra neurovidenskab, beregningsvidenskab og nye materialevidenskaber. Paradoksalt nok foretrækker forskere for at forstå hjernens sprog at kode det.
En kunstig neuron er en matematisk funktion, der i en forenklet form gengiver funktionen af en nervecelle i hjernen; input fra et kunstigt neuron er forbundet til output fra et andet - neurale netværk opnås. En af grundlæggerne af cybernetik, Warren Sturgis McCulloch, demonstrerede for et halvt århundrede siden, at neurale netværk (som faktisk er edb -programmer) er i stand til at udføre numeriske og logiske operationer; de betragtes som en form for kunstig intelligens.
Neuron - strukturel enhed i hjernen
Normalt følger fans af neurale netværk vejen til at øge antallet af neuroner i dem, DARPA er gået længere - og har modelleret korttidshukommelse.
I 2010 arbejdede DARPA med at tyde korttids- og langtidshukommelse i primater, i 2011 planlægger det at producere neurointerfaces, der stimulerer og registrerer flere kanaler for neural aktivitet i hjernen på én gang.
"Hukommelseskoden" gør det muligt at gendanne hukommelsen i en soldats beskadigede hjerne. Hvem ved, måske vil denne metode til kodning og registrering af menneskelig hukommelse hjælpe fremtidens mennesker med at forlade deres aldrende kroppe uden at fortryde og flytte til kunstige - perfekte og holdbare?
Wireframe Tissue Engineering
(Stilladsfri vævsteknik)
Indtil for nylig blev biokunstige organer dyrket på et tredimensionelt stillads taget fra dyr eller en menneskelig donor. Karsas blev ryddet for donorceller, podet med patientens stamceller og forårsagede ikke afvisning hos sidstnævnte under transplantation.
Mus embryonale stamceller
Når organer og væv dyrkes inden for rammerne af programmet Frameworkless Tissue Engineering, styres deres form ved en berøringsfri metode, f.eks. Af et magnetfelt. Dette giver dig mulighed for at omgå begrænsningerne ved stillads bioingeniør og gør det muligt samtidig at kontrollere en række forskellige celle- og vævstyper. DARPA's eksperimenter med implantation af multicellulær skeletmuskulatur dyrket ved den rammeløse metode var vellykkede.
Embryonale stamceller under et mikroskop
Betyder det, at DARPA nu har en fri hånd til at dyrke bio-kunstige organer af de mest ufattelige arter og former, herunder dem, der ikke findes i naturen? Bliv hængende!
Programmerbar sag
(Programmerbar sag)
Origami mikro-robot, folder og udfolder sig på kommando
"Programmable Matter" udvikler en ny funktionel form for stof, hvis partikler er i stand til at samle sig til tredimensionelle objekter på kommando. Disse objekter vil have alle egenskaberne for deres sædvanlige modparter og kan også uafhængigt "adskille" de originale komponenter. Programmerbart stof har også mulighed for at ændre form, egenskaber (f.eks. Elektrisk ledningsevne), farve og meget mere.
Gennembrud inden for biologisk og medicinsk teknologi
(Gennembrud biologiske og medicinske teknologier)
Programmets hovedformål: brug af mikrosystemteknologier (elektronik, mikrofluider, fotonik, mikromekanik) til en lang række præstationer - fra cellulære manipulationer til midler til beskyttelse og diagnostik. Mikrosystemteknologier har nået tilstrækkelig modenhed og raffinement i dag; DARPA har til hensigt at bruge dem til at øge hastigheden på isolering, analyse og redigering af cellens genom flere titalls gange.
DNA er en nukleinsyre, der gemmer genetisk information
Målet med projektet er kun at udvælge en celle fra en stor befolkning, fange den, foretage de nødvendige ændringer i dens DNA og også om nødvendigt formere sig. Udviklingen har det bredeste anvendelsesområde - fra beskyttelse mod biologiske våben til forståelse af maligne tumors art.
Ny viden om fotons interaktion med pattedyrs nervesystemets væv vil gøre det muligt at oprette fotoniske mikroimplantater, der vil genoprette den sensoriske og motoriske funktion hos mennesker med rygmarvsskade. Der vil også blive skabt beskyttende høreapparater til soldater, der vil forbedre deres hørelse, mens de drukner høje lyde af skud. Disse enheder vil reducere forekomsten af høretab og tab på slagmarken uden fortilfælde.
Syntetisk biologi
(Syntetisk biologi)
Programmet udvikler revolutionerende biologiske materialer, der kan bruges i kemiske og biologiske sensorer, produktion af biobrændstoffer og neutralisering af forurenende stoffer. Programmet er baseret på oprettelse af algoritmer til biologiske processer, der tillader oprettelse af biologiske systemer af uovertruffen kompleksitet.
Stamcelle på en ramme
I 2011 er det planlagt at skabe teknologier, der gør det muligt for computere at lære, drage konklusioner, anvende viden fra tidligere erfaringer og intelligent reagere på ting, som de aldrig har stødt på før. Nye systemer vil have enestående pålidelighed, autonomi, selvjustering, samarbejde med en person og kræver ikke, at han griber ind for ofte.
Det håber, at DARPA vil investere i sine intelligente computere et program med tolerance over for mennesker, der i modsætning til kunstig intelligens ikke altid opfører sig rationelt og logisk.
Selvbærende læring
(Bootstrapped Learning)
Computere vil erhverve evnen til at studere komplekse fænomener på samme måde som mennesker gør: ved hjælp af særlige læreplaner, der indeholder begreber om et stigende kompleksitetsniveau. Vellykket undersøgelse af nyt materiale vil afhænge af assimilering af viden om det tidligere niveau. Til træning bruges tutorials, eksempler, adfærdsmønstre, simulatorer, links. Dette er ekstremt vigtigt for autonome militære systemer, som ikke kun skal forstå, hvad de skal gøre og hvorfor, men også forstå i hvilke tilfælde det er mere upassende at gøre det.
Pålidelig robotik
(Robust robotik)
BigDog mobil robotdiagram
Avancerede robotteknologier gør det muligt for autonome platforme (et eksempel på en autonom platform - BigDog) at opfatte, forstå og modellere deres miljø; bevæge sig rundt i uforudsigeligt, heterogent og farligt terræn; håndtere genstande uden menneskelig hjælp; træffe intelligente beslutninger i overensstemmelse med programmerede mål; samarbejde med andre robotter og arbejde som et team. Disse evner med mobile robotter hjælper soldater under forskellige forhold: i byen, på jorden, i luften, i rummet, under vand.
Mobilrobotens hovedopgaver: selvstændigt udføre opgaver i soldatens interesse, navigere i rummet selv i fravær af GPS, bevæge sig gennem vanskeligt terræn, som kan være bjerge, delvist ødelagt eller fuld af affald og affald af vejen. Det er også planlagt at lære robotten at opføre sig i et skiftende miljø, forbedre sin vision og forståelse af miljøet; han kan endda forudsige intentionerne med andre bevægelige objekter. Rod og støj distraherer ikke den mobile robot fra bevægelsen, den bevarer altid sin ro, når en anden robot afbryder den på vejen.
BigDog Mobile Robot Test
Der er allerede skabt robotter, der kan køre med en persons hastighed, samt robotter med fire hjul og to hænder (hver har fem fingre, som mennesker). Den næste generation af robotter vil også have følesansen.
Bioimitative computere
(Biomimetic Computing)
De processer, der forekommer i hjernen hos et levende væsen, er modelleret og implementeret i en "kognitiv artefakt", artefakten er placeret i en robot - en repræsentant for en ny generation af autonome adaptive maskiner. Han vil være i stand til at genkende billeder, justere sin adfærd afhængigt af ydre forhold og have evnen til at kende og lære.
Kunstigt modelleret neuralt netværk
I 2009 blev en million neuroner allerede modelleret, samt processen med spontan dannelse af neurale grupper med korttidshukommelse. Der er skabt en robot, der ligner en bi, der er i stand til at læse information fra omverdenen og handle i den; robotten var trådløst forbundet til en gruppe computere, der simulerede nervesystemet.
I 2010 har DARPA allerede modelleret 1 million thalamokortiske neuroner; denne type neuron er placeret mellem thalamus og hjernebarken og er ansvarlig for at transmittere information fra sanserne. Opgaven er at forbedre modellerne for neurale netværk og lære dem at træffe beslutninger baseret på information om miljøet samt "interne værdier".
Opgaven for 2011 er at skabe en autonom robot med en simulering af nervesystemet, som vil kunne vælge tredimensionelle objekter fra skiftende billeder.
Forfatteren til dette materiale med et synkende hjerte følger udviklingen af robotter og fremskridt inden for modellering af neurale netværk, da dagen ikke er langt væk, hvor kombinationen af disse teknologier vil tillade, at den menneskelige bevidsthed overføres til robotens krop (som med rettidig reparation kan eksistere på ubestemt tid).
Alternativ terapi
(Ukonventionel terapeutik)
Projektet udvikler unikke, ukonventionelle metoder til beskyttelse af soldater mod en lang række naturligt forekommende og konstruerede patogener. Det viste sig, at opfindelsen af nye lægemidler er mindre effektiv i denne kamp end midlerne til at styrke det menneskelige immunsystem.
Immunitetsceller i det humane tarmepitel
Ved hjælp af en matematisk og biokemisk tilgang fokuserede forskerne på at opfinde radikalt nye, hurtige og billige metoder til fremstilling af proteiner med ønskede egenskaber, herunder monoklonale antistoffer (en type celler i immunsystemet). Nye teknologier vil reducere produktionstiden for vacciner fra flere år (og endda i nogle tilfælde årtier) til uger.
Så ved hjælp af apparatet i det kunstige menneskelige immunsystem blev der på kort tid oprettet en vaccine mod svineinfluenza (H1N1) -epidemien.
På dagsordenen er overlevelse i tilfælde af dødelige sygdomme, indtil immunitet udvikles eller passende behandling modtages, samt behovet for at udvikle midlertidig beskyttelse mod sygdomme, som en person slet ikke har immunitet over for.
Planerne for 2011 omfatter innovative tilgange til at imødegå enhver kendt, ukendt, naturlig eller kunstig patogen, samt demonstrere, at brugen af udviklede teknologier øger den dødelige dosis af et patogen med 100 gange.
Ekstern beskyttelse
(Ekstern beskyttelse)
Dette program udvikler forskellige midler til at beskytte soldater mod kemiske, biologiske og radiologiske angreb. Et af de vellykkede materialer er et selvrensende kemisk middel baseret på polyurethan. Nye typer tekstiler til kemiske beskyttelsesdragter er under udvikling, hvor kroppen kan "ånde" og udføre varmeveksling, idet den står bag en kemisk uigennemtrængelig ydre skal.
Hvem ved måske, i dragter af sådanne stoffer, vil en person snart kunne leve bekvemt under vand eller på andre planeter?
Måltilpasningsdygtige kemiske sensorer
(Mission-tilpassbare kemiske sensorer)
Moderne sensorer kan endnu ikke kombinere følsomhed (måleenheden er antallet af partikler pr. Billion) og selektivitet (det vil sige evnen til at skelne mellem molekyler af forskellige typer).
Dette program havde til formål at skabe en kemisk sensor, der ville omgå denne begrænsning, mens den var bærbar og let at bruge. Resultaterne overgik forventningerne - der blev oprettet en sensor, hvis højeste følsomhed kombineres med enestående selektivitet (praktisk talt ingen fejl ved testning med blandinger af forskellige gasser).
En kemisk sensor, der diagnosticerer lungekræft ved vejrtrækning
Hvis DARPA også reducerer størrelsen af sin revolutionerende multisensor til et atomært niveau (nanoteknologi tillader det), vil den være i stand til at overvåge ejerens helbred døgnet rundt. Det ville være rart, hvis sensoren også ville planlægge aftaler og bestille mad online (i sidstnævnte tilfælde er der fare for, at den vælger broccoli og appelsinsaft i stedet for øl og pizza).
Rekonfigurerbare strukturer
(Omkonfigurerbare strukturer)
Der er udviklet bløde materialer, der kan bevæge sig, samt ændre form og størrelse, og der er skabt robotter med passende egenskaber ud fra dem. Nye materialer er også blevet brugt til at lave ben- og armpuder (magneter og torne) for at klatre over 25 fod (ca. 9 meter) vægge. Det er endnu ikke klart, hvordan bløde robotter og nye klatreindretninger vil forlænge menneskelivet, men der er ingen tvivl om, at de vil diversificere det og muligvis føre til fremkomsten af nye sportsgrene og dem, der ønsker at spare på togbilletter og boliger kan gøre det. fastgjort til loftet.
Bioderivative materialer
(Bioderived Materials)
Områdets interesseområde for dette program strækker sig til opdagelsen af biomolekylære materialer med unikke elektriske og mekaniske egenskaber. Nye metoder til biokatalyse og oprettelse af bio-skabeloner til peptider, vira, filamentøse bakteriofager er blevet undersøgt.
Undersøgte originale overflader, der har tilpasselige egenskaber: tekstur, hygroskopicitet, absorption, refleksion / lysoverførsel. Hybride organisk-uorganiske strukturer med programmerbare egenskaber er under udvikling, som vil danne grundlag for oprettelsen af højtydende sensorer samt andre enheder med unikke egenskaber.
Neovision-2
Visionen om mennesker og dyr har enestående muligheder: genkendelse, klassificering og undersøgelse af nye objekter tager kun en brøkdel af et sekund, mens computere og robotter stadig har store vanskeligheder. Neovision-2-programmet udvikler en integreret tilgang til at udvikle maskiners evne til at genkende objekter ved at gengive strukturen af de visuelle veje i pattedyrhjernen.
Formålet med arbejdet er at skabe en kognitiv sensor, der er i stand til at indsamle, behandle, klassificere og transmittere visuel information. Algoritmen til at transmittere visuelle signaler fra pattedyr er allerede klarlagt, og der udvikles en enhed, der kan genkende mere end 90% af objekterne i 10 forskellige kategorier på 5 sekunder.
Yderligere arbejde med sensoren har til formål at reducere dens størrelse (den skal kunne sammenlignes med det menneskelige visuelle apparat), øge dens styrke og pålidelighed. I sidste ende skal sensoren kunne genkende genstande fra mere end 20 forskellige kategorier på mindre end 2 sekunder i en afstand på op til 4 km.
Det er klart, at DARPA ikke stopper der, og den næste sensor vil allerede overgå evnen til menneskeligt syn.
Neuroteknologi
(Neurovidenskabsteknologier)
Ikke-invasiv neurointerface
Programmet bruger de seneste fremskridt inden for neuropsykologi, neuroimaging, molekylærbiologi og kognitive videnskaber til at beskytte de kognitive funktioner hos en soldat udsat for daglig stress, både fysisk og psykisk. De barske forhold på slagmarken forringer så vigtige evner som hukommelse, læring, beslutningstagning, multitasking. Fighterens evne til at reagere hurtigt og tilstrækkeligt falder således kraftigt.
Langtidseffekterne af denne form for stress - både molekylær og adfærdsmæssig - er stadig dårligt forstået. Neuroteknologi -programmet bruger den seneste udvikling inden for beslægtede videnskaber samt neurointerface -teknologier, der udvikler molekylære modeller af virkningerne af akut og kronisk stress på mennesker og finder måder at beskytte, vedligeholde og genoprette soldatens kognitive funktioner.
På molekylært og genetisk niveau studerer DARPA fire hovedtyper af stress (psykisk, fysisk, sygdom og søvnmangel), hvordan det kan måles nøjagtigt, og mekanismerne for tilpasning og utilstrækkelig reaktion på stress.
I 2009 reducerede brugen af fremskridt inden for neurovidenskaben træningshastigheden for soldater med 2 gange. Der udvikles metoder til at forbedre læringens effektivitet, forbedre opmærksomheden og arbejdshukommelsen; neurale grænseflader skal blive hurtigere og lettere at bruge.
Biodesign
(BioDesign)
Biodesign er brugen af funktionaliteten i levende systemer. Biodesign drager fordel af naturens kraftfulde indsigt, samtidig med at de uønskede og utilsigtede konsekvenser af evolutionær udvikling elimineres gennem molekylærbiologi og genteknik.
Programmet under et så uskyldigt navn undersøger - hverken mere eller mindre - mekanismen for transmission af signalet om celledød og måderne til at dæmpe dette signal. I 2011 vil kolonier af regenererende celler blive oprettet, der kan eksistere på ubestemt tid, siger rapporten; deres DNA vil indeholde en særlig kode, der beskytter mod forfalskning, samt noget som et serienummer, "som en pistol."
Jeg vil gerne tro, at kinesiske hackere stadig vil nå at bryde sikkerhedskoden for udødelige celler, frigive dem til markedet i store mængder og gøre dem tilgængelige for alle.
Pålidelig neural grænseflade
(Pålidelig Neural-Interface Technology)
Hjerneimplantat nanocoating
Programmet beskæftiger sig med udvikling og uddybning af teknologi, der udtrækker information fra nervesystemet og overfører det til f.eks. "Anordninger til stigende frihedsgrader" (frihedsgrader), kunstige lemmer. Neurointerface er ikke en ny teknologi, og det har formået at forårsage skuffelse for mange, at den endnu ikke kan overgå de mekanismer, naturen opfinder. Men DARPA frarådes ikke, studerer det perifere nervesystem, udvider antallet af kanaler for at øge mængden af information, der overføres via neurointerface og udvikler fundamentalt nye typer af disse enheder. I 2011 er det planlagt at lave en neural grænseflade med hundrede kanaler, mens ikke mere end en skulle fejle om et år.
Udødelige celler, genomredigering, kunstige organer og væv, immunitet, der fungerer fejlfrit, materialer med grundlæggende nye egenskaber, kunstig intelligens, bevidste robotter og programmer - det ser ud til, at hvert DARPA -projekt på sin egen måde nærmer sig en radikal forlængelse af menneskeliv, i protein hvad enten det er i en krop eller i en kunstig.
Robust, humanoid, udødelig - måske er det sådan cyborgs vil se ud i 2045?
Den blomstrende neurale netværksmodellering sætter scenen for bevidsthedsoverførsel til en anden krop, og robotik skaber stadig mere perfekte kroppe. Måske vil biologer være foran matematikere og fysikere, og genomredigering, fjernelse af tilfældige, unødvendige og farlige sektioner fra DNA, der har akkumuleret i det under evolution, vil i sidste ende blive så almindelig og tilgængelig som at gå til en frisør.
At kombinere alle disse teknologier sammen vil være som en kædereaktion, der genererer alle nye gennembrud inden for videnskaben. DARPA har tilstrækkelig viden, færdigheder og penge til at gøre dette. Men hvorfor har militæret brug for en udødelig soldat, der vil overleve både sine chefer og hans skabere?
En udødelig person er et projekt, der i sin idealisme er lig med udforskning af rummet, dets skæbnesvangre har måske ingen lighed, og de ressourcer, der kræves til implementering, er ubetydelige i sammenligning med resultatet.
Aristoteles, Hegel og Darwin systematiserede den viden, der blev indsamlet af mange generationer af deres forgængere, som få mennesker husker. Viden om kemiske grundstoffer har været akkumuleret i århundreder - Mendeleev opsummerede dem i sit berømte bord og gik i historien. "Hvis jeg så længere end andre, var det kun fordi jeg stod på titanernes skuldre," gentog Isaac Newton gerne.
Spredte teknologier, der bringer os tættere på udødelighed, venter på nogen, der vil bringe dem sammen og forene dem med et fælles mål. Jeg vil gerne have, at Rusland gør dette - et land på jagt efter sin identitet, hvor den videnskabelige skole trods alt stadig er stærk, og idealister ikke er uddøde.
