Biossensores de vírus programáveis; resistência aumentada no nível molecular; robôs conscientes que tomam decisões com base em informações conflitantes; Nanorrobôs de tamanho atômico vencendo doenças mortais - esta não é uma resenha de um novo livro de ficção científica, mas o conteúdo de um relatório da DARPA.
A DARPA não se limita a usar o conhecimento científico para criar novas tecnologias - ela se propõe a desafios radicalmente inovadores e desenvolve áreas do conhecimento que ajudarão a resolver esses desafios. A Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa DARPA foi criada em 1958 depois que a União Soviética lançou o Sputnik 1 no espaço. Isso foi uma surpresa total para os americanos, e a missão da DARPA era "prevenir surpresas", bem como estar à frente de outros estados em termos de tecnologia. A DARPA não se limita a usar o conhecimento científico para criar novas tecnologias - ela se propõe a desafios radicalmente inovadores e desenvolve áreas do conhecimento que ajudarão a resolver esses desafios.
O orçamento anual da DARPA é de US $ 3,2 bilhões, o número de funcionários não ultrapassa várias centenas. Como essa pequena organização consegue criar coisas como um drone, um rifle M-16, óptica infravermelha, GPS e a Internet? Anthony J. Tether - chefe da DARPA de 2001-2009 - destaca as seguintes razões para sua eficácia:
1. Equipe interdisciplinar de classe mundial de funcionários e performers. A DARPA busca talentos na indústria, universidades, laboratórios, reunindo especialistas nas áreas teórica e experimental;
2. Terceirização de equipe de suporte;
3. A estrutura plana e não hierárquica garante a troca rápida e livre de informações;
4. Autonomia e liberdade de obstáculos burocráticos;
5. Orientação do projeto. A duração média do projeto é de 3-5 anos.
A criação de um super-soldado - mais rápido, mais forte, mais resiliente, suscetível, resistente a doenças e ao estresse - é o sonho de militares de todo o mundo. O sucesso da DARPA nesta área é notável. Vamos considerar seus projetos com mais detalhes.
Adaptação biológica - mecanismo e implementação
(Adaptação Biológica, Montagem e Fabricação)
O projeto estuda a capacidade dos organismos vivos de se adaptarem a uma ampla gama de condições externas e internas (diferenças de temperatura, privação de sono) e usa mecanismos de adaptação para criar novos materiais restauradores biointerativos, tanto biológicos quanto abióticos. Em 2009, foi realizado um modelo matemático de uma fratura óssea e desenvolvido um material que repete completamente as propriedades mecânicas e a estrutura interna de um osso real.
Tendão (esquerdo) e osso (direito)
Em 2009, foi realizado um modelo matemático de uma fratura óssea e desenvolvido um material que repete completamente as propriedades mecânicas e a estrutura interna de um osso real.
A partir daí, foi criado um adesivo líquido absorvível para restaurar o osso em fraturas e lesões, e está sendo testado em animais. Se uma injeção dessa cola for suficiente para a rápida cicatrização de uma fratura, há esperança de que, com o tempo, o tratamento de outras doenças seja radicalmente simplificado.
Nanoestruturas em biologia
(Nanoestrutura em Biologia)
O prefixo "nano" significa "uma bilionésima parte" (por exemplo, um segundo ou um metro), em biologia, "nanoestruturas" significa moléculas e átomos.
Inseto espião equipado com sensor
Neste projeto DARPA, sensores nanobiológicos são criados para uso externo e nanomotores para uso interno. No primeiro caso, as nanoestruturas se ligam a insetos espiões (registram informações, controlam o movimento); no segundo, eles são colocados no corpo humano para seu diagnóstico e tratamento, e foram desses nanorrobôs no sangue que o futurologista Kurzweil falou quando previu a fusão completa do homem e da máquina em 2045.
Os cientistas da DARPA alcançam as propriedades desejadas das nanoestruturas (especialmente proteínas) não por meio de experimentos microscópicos, mas por cálculos matemáticos.
Neurodispositivos controlados por humanos
(Dispositivos neurais assistidos por humanos)
O programa desenvolve uma estrutura teórica para a compreensão da linguagem do cérebro e busca respostas da neurociência, ciências computacionais e novas ciências dos materiais. Paradoxalmente, para entender a linguagem do cérebro, os cientistas preferem codificá-la.
Um neurônio artificial é uma função matemática que reproduz de forma simplificada a função de uma célula nervosa no cérebro; a entrada de um neurônio artificial é conectada à saída de outro - redes neurais são obtidas. Um dos fundadores da cibernética, Warren Sturgis McCulloch, demonstrou há meio século que as redes neurais (que são, na verdade, programas de computador) são capazes de realizar operações numéricas e lógicas; eles são considerados um tipo de inteligência artificial.
Neurônio - unidade estrutural do cérebro
Normalmente, os fãs de redes neurais seguem o caminho de aumentar o número de neurônios neles, o DARPA foi além - e modelou a memória de curto prazo.
Em 2010, a DARPA trabalhou na decifração da memória de curto e longo prazo em primatas, em 2011 planeja produzir neurointerfaces que estimulam e gravam vários canais de atividade neural no cérebro ao mesmo tempo.
O "código de memória" permitirá restaurar a memória do cérebro danificado de um soldado. Quem sabe, talvez este método de codificação e registro da memória humana ajude as pessoas do futuro a deixar seus corpos envelhecidos sem se arrepender e passar para os artificiais - perfeitos e duráveis?
Wireframe Tissue Engineering
(Engenharia de tecidos livres de andaimes)
Até recentemente, os órgãos bioartificiais eram cultivados em um andaime tridimensional retirado de animais ou de um doador humano. Karsas foi limpo de células do doador, inoculado com células-tronco do paciente e não causou rejeição neste último durante o transplante.
Célula-tronco embrionária de camundongo
Quando os órgãos e tecidos são cultivados no âmbito do programa Frameworkless Tissue Engineering, sua forma é controlada por um método sem contato, por exemplo, por um campo magnético. Isso permite que você contorne as limitações da bioengenharia de andaimes e torna possível controlar simultaneamente uma variedade de tipos de células e tecidos. Os experimentos da DARPA sobre a implantação de músculo esquelético multicelular cultivado pelo método frameless foram bem-sucedidos.
Célula-tronco embrionária sob um microscópio
Isso significa que agora a DARPA tem liberdade para cultivar órgãos bioartificiais das espécies e formas mais inimagináveis, incluindo aquelas não encontradas na natureza? Fique ligado!
Matéria programável
(Matéria programável)
Micro-robô de origami, dobra e desdobra sob comando
"Matéria programável" desenvolve uma nova forma funcional da matéria, cujas partículas são capazes de se agrupar em objetos tridimensionais sob comando. Esses objetos terão todas as propriedades de suas contrapartes usuais e também serão capazes de se "desmontar" de forma independente aos componentes originais. A matéria programável também tem a capacidade de alterar sua forma, propriedades (por exemplo, condutividade elétrica), cor e muito mais.
Avanço em tecnologia biológica e médica
(Tecnologias biológicas e médicas inovadoras)
O objetivo principal do programa: a utilização de tecnologias de microssistemas (eletrônica, microfluidos, fotônica, micromecânica) para uma ampla gama de realizações - desde manipulações celulares até meios de proteção e diagnóstico. As tecnologias de microssistema atingiram maturidade e sofisticação suficientes hoje; A DARPA pretende usá-los para aumentar a velocidade de isolamento, análise e edição do genoma celular em várias dezenas de vezes.
O DNA é um ácido nucléico que armazena informações genéticas
O objetivo do projeto é selecionar apenas uma célula de uma grande população, capturá-la, fazer as alterações necessárias em seu DNA e também, se necessário, multiplicar. O desenvolvimento tem a mais ampla gama de aplicações - da proteção contra armas biológicas à compreensão da natureza dos tumores malignos.
Novos conhecimentos sobre a interação dos fótons com os tecidos do sistema nervoso de mamíferos permitirão a criação de microimplantes fotônicos que irão restaurar a função sensorial e motora de pessoas com lesão medular. Dispositivos auditivos de proteção para soldados também serão criados para melhorar sua audição e abafar os sons altos de tiros. Esses dispositivos reduzirão a incidência de deficiência auditiva e perda no campo de batalha de forma sem precedentes.
Biologia sintética
(Biologia sintética)
O programa desenvolve materiais biológicos revolucionários que podem ser usados em sensores químicos e biológicos, produção de biocombustíveis e neutralização de poluentes. O programa baseia-se na criação de algoritmos para processos biológicos que permitem a criação de sistemas biológicos de complexidade insuperável.
Célula-tronco em uma moldura
Em 2011, está prevista a criação de tecnologias que permitirão aos computadores aprender, tirar conclusões, aplicar conhecimentos adquiridos em experiências anteriores e responder de forma inteligente a coisas que nunca antes encontraram. Novos sistemas terão confiabilidade, autonomia e autoajuste excepcionais, cooperarão com uma pessoa e não exigirão que ela intervenha com muita frequência.
Espera-se que a DARPA invista em seus computadores inteligentes um programa de tolerância para com pessoas que, ao contrário da inteligência artificial, nem sempre se comportam de maneira racional e lógica.
Aprendizagem autossuficiente
(Aprendizagem Bootstrapped)
Os computadores irão adquirir a capacidade de estudar fenômenos complexos da mesma maneira que os humanos: com a ajuda de currículos especiais contendo conceitos de um nível crescente de complexidade. O estudo bem-sucedido de um novo material dependerá da assimilação do conhecimento do nível anterior. Para treinamento, tutoriais, exemplos, padrões de comportamento, simuladores, links serão usados. Isso é extremamente importante para os sistemas militares autônomos, que devem não apenas entender o que fazer e por quê, mas também em quais casos é mais inapropriado fazê-lo.
Robótica confiável
(Robust Robotics)
Diagrama do robô móvel BigDog
As tecnologias avançadas de robótica permitirão às plataformas autônomas (um exemplo de plataforma autônoma - BigDog) perceber, compreender e modelar seu ambiente; mover-se em terrenos imprevisíveis, heterogêneos e perigosos; manusear objetos sem ajuda humana; tomar decisões inteligentes de acordo com as metas programadas; colabore com outros robôs e trabalhe em equipe. Essas habilidades dos robôs móveis ajudarão os soldados em uma variedade de condições: na cidade, no solo, no ar, no espaço, debaixo d'água.
As principais tarefas do robô móvel: realizar de forma independente tarefas no interesse do soldado, navegar no espaço mesmo na ausência de GPS, mover-se por terrenos difíceis, que podem ser montanhas, parcialmente destruídos ou cheios de escombros e escombros da estrada. Também é planejado ensinar o robô a se comportar em um ambiente em mudança, melhorando sua visão e compreensão do ambiente; ele pode até prever as intenções de outros objetos em movimento. A desordem e o ruído não distraem o robô móvel do movimento, ele sempre mantém sua compostura quando outro robô o corta na estrada.
Teste de Robô BigDog Mobile
Já foram criados robôs que podem correr na velocidade de uma pessoa, assim como robôs com quatro rodas e duas mãos (cada um tem cinco dedos, como os humanos). A próxima geração de robôs também terá o sentido do tato.
Computadores bioimitativos
(Computação Biomimética)
Os processos que ocorrem no cérebro de uma criatura viva são modelados e implementados em um "artefato cognitivo", o artefato é colocado em um robô - um representante de uma nova geração de máquinas adaptativas autônomas. Ele será capaz de reconhecer imagens, ajustar seu comportamento dependendo das condições externas e terá a capacidade de cognizar e aprender.
Rede neural modelada artificialmente
Em 2009, já havia um milhão de neurônios modelados, assim como o processo de formação espontânea de grupos neurais com memória de curto prazo. Foi criado um robô semelhante a uma abelha, capaz de ler informações do mundo exterior e atuar nele; o robô foi conectado sem fio a um grupo de computadores simulando o sistema nervoso.
Em 2010, a DARPA já modelou 1 milhão de neurônios tálamo-corticais, tipo de neurônio localizado entre o tálamo e o córtex cerebral e é responsável por transmitir informações dos sentidos. A tarefa é aprimorar os modelos de redes neurais e ensiná-los a tomar decisões com base em informações sobre o ambiente, bem como em "valores internos".
A tarefa para 2011 é criar um robô autônomo com simulação do sistema nervoso, que será capaz de selecionar objetos tridimensionais a partir de imagens mutáveis.
O autor deste material com o coração apertado acompanha a evolução dos robôs e os avanços no campo da modelagem de redes neurais, já que não está longe o dia em que a combinação dessas tecnologias permitirá que a consciência humana seja transferida para o corpo do robô (que, com reparo oportuno, pode existir indefinidamente).
Terapia alternativa
(Terapêutica não convencional)
O projeto desenvolve abordagens únicas e não convencionais para proteger soldados de uma ampla gama de patógenos naturais e de engenharia. Descobriu-se que a invenção de novos medicamentos é menos eficaz nessa luta do que os meios de fortalecer o sistema imunológico humano.
Células de imunidade no epitélio intestinal humano
Usando uma abordagem matemática e bioquímica, os pesquisadores se concentraram em inventar métodos radicalmente novos, rápidos e baratos para a produção de proteínas com as propriedades desejadas, incluindo anticorpos monoclonais (um tipo de células no sistema imunológico). As novas tecnologias reduzirão o tempo de produção de vacinas de vários anos (e até mesmo, em alguns casos, décadas) para semanas.
Assim, com a ajuda do aparelho do sistema imunológico humano artificial, foi criada em pouco tempo uma vacina contra a epidemia de gripe suína (H1N1).
Estão em pauta a sobrevivência em caso de doenças fatais até que a imunidade seja desenvolvida ou o tratamento adequado seja recebido, bem como a necessidade de desenvolver proteção temporária contra doenças das quais a pessoa não tem imunidade alguma.
Os planos para 2011 incluem abordagens inovadoras para combater quaisquer patógenos conhecidos, desconhecidos, naturais ou artificiais, bem como demonstrar que o uso de tecnologias desenvolvidas aumenta a dose letal de um patógeno em 100 vezes.
Proteção externa
(Proteção Externa)
Este programa está desenvolvendo vários meios de proteger os soldados de ataques químicos, biológicos e radiológicos. Um dos materiais comprovados com sucesso é um agente químico autolimpante à base de poliuretano. Estão em desenvolvimento novos tipos de tecidos para trajes de proteção química, nos quais o corpo pode "respirar" e realizar trocas de calor, ficando atrás de uma casca externa quimicamente impermeável.
Quem sabe, talvez, em ternos feitos de tais tecidos, uma pessoa logo será capaz de existir confortavelmente debaixo d'água ou em outros planetas?
Sensores químicos adaptativos ao alvo
(Sensores Químicos Adaptáveis à Missão)
Os sensores modernos ainda não podem combinar sensibilidade (a unidade de medida é o número de partículas por trilhão) e seletividade (ou seja, a capacidade de distinguir entre moléculas de diferentes tipos).
Este programa teve como objetivo criar um sensor químico que contornasse essa limitação, sendo portátil e fácil de usar. Os resultados superaram as expectativas - foi criado um sensor, cuja maior sensibilidade é combinada com seletividade excepcional (praticamente sem erros ao testar misturas de diferentes gases).
Um sensor químico que diagnostica câncer de pulmão ao respirar
Se o DARPA também reduzir o tamanho de seu multissensor revolucionário a um nível atômico (a nanotecnologia permite), ele será capaz de monitorar a saúde de seu dono o tempo todo. Seria bom se o sensor também agendasse consultas e pedisse comida online (neste último caso, há o perigo de ele escolher brócolis e suco de laranja em vez de cerveja e pizza).
Estruturas reconfiguráveis
(Estruturas reconfiguráveis)
Foram desenvolvidos materiais macios que podem se mover, bem como mudar de forma e tamanho, e robôs com propriedades apropriadas foram criados a partir deles. Novos materiais também foram usados para fazer almofadas para pernas e braços (ímãs e espinhos) para permitir escalar paredes de mais de 25 pés (cerca de 9 metros). Ainda não está claro como os robôs macios e os novos dispositivos de escalada irão prolongar a vida humana, mas não há dúvida de que eles irão diversificá-la e, possivelmente, levar ao surgimento de novos esportes, e aqueles que querem economizar em passagens de trem e moradia pode fazer isso. preso ao teto.
Materiais bioderivados
(Materiais Bioderivados)
A área de interesse deste programa estende-se à descoberta de materiais biomoleculares com propriedades elétricas e mecânicas únicas. Novos métodos de biocatálise e criação de bio-modelos para peptídeos, vírus, bacteriófagos filamentosos foram investigados.
Superfícies originais investigadas que possuem propriedades personalizáveis: textura, higroscopicidade, absorção, reflexão / transmissão de luz. Estruturas híbridas orgânico-inorgânicas com propriedades programáveis estão em desenvolvimento, que formarão a base para a criação de sensores de alto desempenho, assim como outros dispositivos com propriedades únicas.
Neovision-2
A visão de humanos e animais tem capacidades excepcionais: reconhecimento, classificação e estudo de novos objetos leva apenas uma fração de segundo, enquanto computadores e robôs ainda têm grande dificuldade. O programa Neovision-2 está desenvolvendo uma abordagem integrada para desenvolver a capacidade das máquinas de reconhecer objetos, reproduzindo a estrutura das vias visuais no cérebro dos mamíferos.
O objetivo do trabalho é criar um sensor cognitivo capaz de coletar, processar, classificar e transmitir informações visuais. O algoritmo para transmissão de sinais visuais de mamíferos já foi esclarecido e está sendo desenvolvido um dispositivo que pode reconhecer mais de 90% dos objetos em 10 categorias diferentes em 5 segundos.
Trabalhos posteriores com o sensor visam reduzir seu tamanho (ele deve se tornar comparável ao aparato visual humano), aumentando sua resistência e confiabilidade. Em última análise, o sensor deve ser capaz de reconhecer objetos de mais de 20 categorias diferentes em menos de 2 segundos, a uma distância de até 4 km.
Obviamente, o DARPA não vai parar por aí, e o próximo sensor já vai ultrapassar a capacidade de visão humana.
Neurotecnologia
(Tecnologias de neurociência)
Neurointerface não invasiva
O programa usa os últimos avanços em neuropsicologia, neuroimagem, biologia molecular e ciências cognitivas para proteger as funções cognitivas de um soldado exposto ao estresse diário, tanto físico quanto mental. As condições adversas no campo de batalha degradam habilidades importantes como memória, aprendizado, tomada de decisões e multitarefa. Assim, a capacidade do lutador de reagir rápida e adequadamente diminui drasticamente.
Os efeitos a longo prazo desse tipo de estresse - tanto moleculares quanto comportamentais - ainda são mal compreendidos. O programa de neurotecnologia usa os mais recentes desenvolvimentos em ciências relacionadas, bem como tecnologias de neurointerface, desenvolvendo modelos moleculares dos efeitos do estresse agudo e crônico em humanos e encontrando maneiras de proteger, manter e restaurar as funções cognitivas do soldado.
No nível molecular e genético, a DARPA estuda quatro tipos principais de estresse (mental, físico, doença e privação de sono), como pode ser medido com precisão e os mecanismos de adaptação e resposta inadequada ao estresse.
Em 2009, o uso dos avanços da neurociência reduziu em 2 vezes a velocidade de treinamento dos soldados. Métodos estão sendo desenvolvidos para melhorar a eficácia da aprendizagem, melhorar a atenção e a memória de trabalho; interfaces neurais devem se tornar mais rápidas e fáceis de usar.
Biodesign
(BioDesign)
Biodesign é o uso da funcionalidade de sistemas vivos. O Biodesign tira proveito dos poderosos insights da natureza, ao mesmo tempo que elimina as consequências indesejáveis e acidentais do desenvolvimento evolutivo por meio da biologia molecular e da engenharia genética.
O programa com um nome tão inócuo estuda - nem mais nem menos - o mecanismo de transmissão do sinal de morte celular e as formas de silenciar esse sinal. Em 2011, serão criadas colônias de células em regeneração que podem existir indefinidamente, diz o relatório; seu DNA conterá um código especial que protege contra falsificação, bem como algo como um número de série, "como uma pistola".
Eu gostaria de acreditar que os hackers chineses ainda conseguirão quebrar o código de segurança das células imortais, liberá-las no mercado em grandes quantidades e disponibilizá-las a todos.
Interface neural confiável
(Tecnologia de interface neural confiável)
Nano-revestimento de implante cerebral
O programa está empenhado no desenvolvimento e aprofundamento de tecnologia que extrai informações do sistema nervoso e as transfere para "aparelhos para aumentar graus de liberdade" (máquinas de graus de liberdade), membros artificiais, por exemplo. A neurointerface não é uma tecnologia nova e tem conseguido decepcionar muitos por ainda não poder superar os mecanismos inventados pela natureza. Mas o DARPA não desanima, estuda o sistema nervoso periférico, expande o número de canais para aumentar a quantidade de informações transmitidas pela neurointerface e desenvolve fundamentalmente novos tipos desses dispositivos. Em 2011, está previsto fazer uma interface neural com uma centena de canais, enquanto no máximo um deve falhar em um ano.
Células imortais, edição de genoma, órgãos e tecidos artificiais, imunidade que funciona perfeitamente, materiais com propriedades fundamentalmente novas, inteligência artificial, robôs e programas conscientes - parece que cada projeto DARPA à sua maneira se aproxima de uma extensão radical da vida humana, em proteínas seja em um corpo, ou em um artificial.
Robusto, humanóide, imortal - talvez seja assim que os ciborgues serão em 2045?
A crescente modelagem da rede neural está preparando o terreno para a transferência da consciência para outro corpo, e a robótica está criando corpos cada vez mais perfeitos. Talvez os biólogos estejam à frente dos matemáticos e físicos, e a edição do genoma, removendo do DNA seções aleatórias, desnecessárias e perigosas que se acumularam nele durante a evolução, acabará se tornando tão comum e acessível quanto ir a um cabeleireiro.
Combinar todas essas tecnologias será como uma reação em cadeia que gera todos os novos avanços na ciência. A DARPA tem conhecimento, habilidades e dinheiro suficientes para fazer isso. Mas por que os militares precisam de um soldado imortal que sobreviverá a seus comandantes e criadores?
Uma pessoa imortal é um projeto igual em seu idealismo à exploração espacial, sua fatalidade, talvez, não tenha igual, e os recursos necessários para a implementação são insignificantes em comparação com o resultado.
Aristóteles, Hegel e Darwin sistematizaram o conhecimento coletado por muitas gerações de seus antecessores, do qual poucas pessoas se lembram. O conhecimento sobre os elementos químicos vem se acumulando há séculos - Mendeleev resumiu-os em sua famosa tabela e entrou para a história. “Se eu enxergasse mais longe do que os outros, era apenas porque estava sobre os ombros dos titãs”, Isaac Newton gostava de repetir.
Tecnologias dispersas que nos aproximam da imortalidade aguardam alguém que as reunirá e os unirá com um objetivo comum. Eu gostaria que a Rússia fizesse isso - um país em busca de sua identidade, onde, apesar de tudo, a escola científica ainda é forte e os idealistas não estão extintos.
