Biosensores de virus programables; mayor resistencia a nivel molecular; robots conscientes que toman decisiones basadas en información contradictoria; Nanorobots de tamaño atómico que conquistan enfermedades mortales: esta no es una reseña de un nuevo libro de ciencia ficción, sino el contenido de un informe de DARPA.
DARPA no solo utiliza el conocimiento científico para crear nuevas tecnologías, sino que se plantea desafíos radicalmente innovadores y desarrolla áreas de conocimiento que ayudarán a resolver estos desafíos. La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa DARPA se creó en 1958 después de que la Unión Soviética lanzara el Sputnik 1 al espacio. Esto fue una completa sorpresa para los estadounidenses, y la misión de DARPA era "evitar sorpresas", así como mantenerse por delante de otros estados en términos de tecnología. DARPA no solo usa el conocimiento científico para crear nuevas tecnologías, sino que se plantea desafíos radicalmente innovadores y desarrolla áreas de conocimiento que ayudarán a resolver estos desafíos.
El presupuesto anual de DARPA es de $ 3.2 mil millones, el número de empleados no excede varios cientos. ¿Cómo se las arregla esta pequeña organización para crear cosas como un dron, un rifle M-16, óptica infrarroja, GPS e Internet? Anthony J. Tether, director de DARPA de 2001 a 2009, destaca las siguientes razones de su eficacia:
1. Equipo interdisciplinario de personal e intérpretes de clase mundial. DARPA busca talento en la industria, universidades, laboratorios, reuniendo a expertos en campos teóricos y experimentales;
2. Subcontratación de personal de apoyo;
3. La estructura plana y no jerárquica garantiza un intercambio de información rápido y gratuito;
4. Autonomía y ausencia de obstáculos burocráticos;
5. Orientación al proyecto. La duración media del proyecto es de 3-5 años.
La creación de un súper soldado, más rápido, más fuerte, más resistente, susceptible, resistente a las enfermedades y al estrés, es el sueño de los militares de todo el mundo. El éxito de DARPA en esta área es notable. Consideremos sus proyectos con más detalle.
Adaptación biológica: mecanismo e implementación
(Adaptación Biológica, Ensamblaje y Fabricación)
El proyecto estudia la capacidad de los organismos vivos para adaptarse a una amplia gama de condiciones externas e internas (diferencias de temperatura, privación del sueño) y utiliza mecanismos de adaptación para crear nuevos materiales restauradores biointeractivos, tanto biológicos como abióticos. En 2009, se realizó un modelo matemático de una fractura ósea y se desarrolló un material que repite completamente las propiedades mecánicas y la estructura interna de un hueso real.
Tendón (izquierda) y hueso (derecha)
En 2009, se realizó un modelo matemático de una fractura ósea y se desarrolló un material que repite completamente las propiedades mecánicas y la estructura interna de un hueso real.
Después de eso, se creó un adhesivo líquido absorbible para restaurar el hueso en fracturas y lesiones, y se está probando en animales. Si una inyección de este pegamento es suficiente para la curación rápida de una fractura, existe la esperanza de que con el tiempo el tratamiento de otras enfermedades se simplifique radicalmente.
Nanoestructuras en biología
(Nanoestructura en biología)
El prefijo "nano" significa "una milmillonésima parte" (por ejemplo, un segundo o un metro), en biología, "nanoestructuras" significa moléculas y átomos.
Insecto espía equipado con sensor
En este proyecto DARPA, se crean sensores nanobiológicos para uso externo y nanomotores para uso interno. En el primer caso, las nanoestructuras se adhieren a los insectos espías (registran información, controlan el movimiento); en el segundo, se colocan en el cuerpo humano para su diagnóstico y tratamiento, y fueron estos nanorobots en la sangre de los que habló el futurólogo Kurzweil cuando predijo la fusión completa del hombre y la máquina para 2045.
Los científicos de DARPA logran las propiedades deseadas de las nanoestructuras (especialmente las proteínas) no mediante experimentos bajo un microscopio, sino mediante cálculos matemáticos.
Neurodispositivos controlados por humanos
(Dispositivos neuronales asistidos por humanos)
El programa desarrolla un marco teórico para comprender el lenguaje del cerebro y busca respuestas de la neurociencia, las ciencias computacionales y las ciencias de los nuevos materiales. Paradójicamente, para comprender el lenguaje del cerebro, los científicos prefieren codificarlo.
Una neurona artificial es una función matemática que reproduce de forma simplificada la función de una célula nerviosa en el cerebro; la entrada de una neurona artificial está conectada a la salida de otra: se obtienen redes neuronales. Uno de los fundadores de la cibernética, Warren Sturgis McCulloch, demostró hace medio siglo que las redes neuronales (que son, de hecho, programas de computadora) son capaces de realizar operaciones numéricas y lógicas; se consideran un tipo de inteligencia artificial.
Neurona - unidad estructural del cerebro
Por lo general, los fanáticos de las redes neuronales siguen el camino de aumentar la cantidad de neuronas en ellas, DARPA ha ido más allá y ha modelado la memoria a corto plazo.
En 2010, DARPA trabajó en descifrar la memoria a corto y largo plazo en primates, en 2011 planea producir neurointerfaces que estimulen y registren varios canales de actividad neuronal en el cerebro a la vez.
El "código de memoria" permitirá restaurar la memoria en el cerebro dañado de un soldado. Quién sabe, tal vez este método de codificación y registro de la memoria humana ayude a las personas del futuro a dejar sus cuerpos envejecidos sin remordimientos y pasar a otros artificiales, perfectos y duraderos.
Ingeniería de tejidos de estructura metálica
(Ingeniería de tejidos sin andamios)
Hasta hace poco, los órganos bioartificiales se cultivaban en un andamio tridimensional tomado de animales o de un donante humano. Karsas se eliminó de las células del donante, se inoculó con las células madre del paciente y no provocó rechazo en este último durante el trasplante.
Célula madre embrionaria de ratón
Cuando los órganos y tejidos se cultivan en el marco del programa Frameworkless Tissue Engineering, su forma se controla mediante un método sin contacto, por ejemplo, mediante un campo magnético. Esto le permite evitar las limitaciones de la bioingeniería de andamios y hace posible controlar simultáneamente una variedad de tipos de células y tejidos. Los experimentos de DARPA sobre la implantación de músculo esquelético multicelular cultivado mediante el método sin marco tuvieron éxito.
Célula madre embrionaria bajo un microscopio
¿Significa esto que ahora DARPA tiene las manos libres para cultivar órganos bio-artificiales de las especies y formas más inimaginables, incluidas las que no se encuentran en la naturaleza? ¡Manténganse al tanto!
Materia programable
(Materia programable)
Micro-robot de origami, se pliega y se despliega a pedido
La "Materia Programable" desarrolla una nueva forma funcional de materia, cuyas partículas son capaces de ensamblarse en objetos tridimensionales a voluntad. Estos objetos tendrán todas las propiedades de sus contrapartes habituales y también podrán "desmontarse" independientemente de los componentes originales. La materia programable también tiene la capacidad de cambiar su forma, propiedades (por ejemplo, conductividad eléctrica), color y mucho más.
Avance en tecnología biológica y médica
(Tecnologías médicas y biológicas innovadoras)
El objetivo principal del programa: el uso de tecnologías de microsistemas (electrónica, microfluidos, fotónica, micromecánica) para una amplia gama de logros, desde manipulaciones celulares hasta medios de protección y diagnóstico. Las tecnologías de microsistemas han alcanzado la madurez y la sofisticación suficientes en la actualidad; DARPA tiene la intención de usarlos para aumentar la velocidad de aislamiento, análisis y edición del genoma celular en varias decenas de veces.
El ADN es un ácido nucleico que almacena información genética.
El objetivo del proyecto es seleccionar solo una célula de una gran población, capturarla, realizar los cambios necesarios en su ADN y también, si es necesario, multiplicar. El desarrollo tiene la más amplia gama de aplicaciones, desde la protección contra armas biológicas hasta la comprensión de la naturaleza de los tumores malignos.
Los nuevos conocimientos sobre la interacción de los fotones con los tejidos del sistema nervioso de los mamíferos permitirán crear microimplantes fotónicos que restablecerán la función sensorial y motora de las personas con lesión medular. También se crearán dispositivos auditivos de protección para los soldados que mejorarán su audición mientras ahogan los fuertes sonidos de los disparos. Estos dispositivos reducirán la incidencia de discapacidad auditiva y pérdida en el campo de batalla sin precedentes.
Biología sintética
(Biología sintética)
El programa desarrolla materiales biológicos revolucionarios que se pueden utilizar en sensores químicos y biológicos, producción de biocombustibles y neutralización de contaminantes. El programa se basa en la creación de algoritmos para procesos biológicos que permitan la creación de sistemas biológicos de insuperable complejidad.
Célula madre en un marco
En 2011, está previsto crear tecnologías que permitan a las computadoras aprender, sacar conclusiones, aplicar los conocimientos adquiridos en experiencias previas y responder de manera inteligente a cosas que nunca antes habían encontrado. Los nuevos sistemas tendrán una confiabilidad excepcional, autonomía, autoajuste, cooperarán con una persona y no requerirán que intervenga con demasiada frecuencia.
Se espera que DARPA invierta en sus computadoras inteligentes un programa de tolerancia hacia las personas que, a diferencia de la inteligencia artificial, no siempre se comportan de manera racional y lógica.
Aprendizaje autónomo
(Aprendizaje Bootstrapped)
Las computadoras adquirirán la capacidad de estudiar fenómenos complejos de la misma manera que lo hacen los humanos: con la ayuda de planes de estudio especiales que contienen conceptos de un nivel de complejidad creciente. El estudio exitoso de material nuevo dependerá de la asimilación de conocimientos del nivel anterior. Para la formación se utilizarán tutoriales, ejemplos, patrones de comportamiento, simuladores, enlaces. Esto es extremadamente importante para los sistemas militares autónomos, que no solo deben comprender qué hacer y por qué, sino también en qué casos es más inapropiado hacerlo.
Robótica confiable
(Robótica robusta)
Diagrama de robot móvil BigDog
Las tecnologías robóticas avanzadas permitirán a las plataformas autónomas (un ejemplo de una plataforma autónoma, BigDog) percibir, comprender y modelar su entorno; moverse por terrenos impredecibles, heterogéneos y peligrosos; manipular objetos sin ayuda humana; tomar decisiones inteligentes de acuerdo con los objetivos programados; colaborar con otros robots y trabajar en equipo. Estas habilidades de los robots móviles ayudarán a los soldados en una variedad de condiciones: en la ciudad, en el suelo, en el aire, en el espacio, bajo el agua.
Las principales tareas del robot móvil: realizar de forma independiente tareas en interés del soldado, navegar en el espacio incluso en ausencia de GPS, moverse por terrenos difíciles, que pueden ser montañas, parcialmente destruidos o llenos de escombros y escombros de la carretera.. También está previsto enseñar al robot a comportarse en un entorno cambiante, mejorando su visión y comprensión del entorno; incluso puede predecir las intenciones de otros objetos en movimiento. El desorden y el ruido no distraen al robot móvil del movimiento, siempre mantiene la compostura cuando otro robot lo interrumpe en la carretera.
Prueba de robot móvil BigDog
Ya se han creado robots que pueden correr a la velocidad de una persona, así como robots con cuatro ruedas y dos manos (cada uno tiene cinco dedos, como los humanos). La próxima generación de robots también tendrá el sentido del tacto.
Computadoras bioimitativas
(Computación biomimética)
Los procesos que ocurren en el cerebro de una criatura viviente se modelan e implementan en un "artefacto cognitivo", el artefacto se coloca en un robot, un representante de una nueva generación de máquinas adaptativas autónomas. Será capaz de reconocer imágenes, ajustar su comportamiento en función de las condiciones externas y tendrá la capacidad de conocer y aprender.
Red neuronal modelada artificialmente
En 2009 ya se modeló un millón de neuronas, así como el proceso de formación espontánea de grupos neuronales con memoria a corto plazo. Se ha creado un robot similar a una abeja, capaz de leer información del mundo exterior y actuar en él; el robot estaba conectado de forma inalámbrica a un grupo de computadoras que simulaban el sistema nervioso.
En 2010, DARPA ya ha modelado 1 millón de neuronas talamocorticales; este tipo de neurona se ubica entre el tálamo y la corteza cerebral y es la encargada de transmitir información desde los sentidos. La tarea es mejorar los modelos de redes neuronales y enseñarles a tomar decisiones basadas en información sobre el entorno, así como en "valores internos".
La tarea para 2011 es crear un robot autónomo con una simulación del sistema nervioso, que podrá seleccionar objetos tridimensionales a partir de imágenes cambiantes.
El autor de este material con el corazón hundido sigue la evolución de los robots y los avances en el campo del modelado de redes neuronales, ya que no está lejos el día en que la combinación de estas tecnologías permitirá trasladar la conciencia humana al cuerpo del robot (que, con una reparación oportuna, puede existir indefinidamente).
Terapia alternativa
(Terapéutica no convencional)
El proyecto desarrolla enfoques únicos y no convencionales para proteger a los soldados de una amplia gama de patógenos naturales y artificiales. Resultó que la invención de nuevos medicamentos es menos efectiva en esta lucha que los medios para fortalecer el sistema inmunológico humano.
Células de inmunidad en el epitelio intestinal humano.
Utilizando un enfoque matemático y bioquímico, los investigadores se centraron en inventar métodos radicalmente nuevos, rápidos y económicos para producir proteínas con las propiedades deseadas, incluidos los anticuerpos monoclonales (un tipo de células del sistema inmunológico). Las nuevas tecnologías reducirán el tiempo de producción de las vacunas de varios años (e incluso, en algunos casos, décadas) a semanas.
Entonces, con la ayuda del aparato del sistema inmunológico humano artificial, se creó una vacuna contra la epidemia de gripe porcina (H1N1) en poco tiempo.
En la agenda están la supervivencia en caso de enfermedades mortales hasta que se desarrolle la inmunidad o se reciba el tratamiento adecuado, así como la necesidad de desarrollar una protección temporal contra las enfermedades de las que una persona no tiene inmunidad en absoluto.
Los planes para 2011 incluyen enfoques innovadores para contrarrestar cualquier patógeno conocido, desconocido, natural o artificial, así como demostrar que el uso de tecnologías desarrolladas aumenta la dosis letal de un patógeno en 100 veces.
Protección externa
(Protección externa)
Este programa está desarrollando varios medios para proteger a los soldados de ataques químicos, biológicos y radiológicos. Uno de los materiales probados con éxito es un agente químico autolimpiante a base de poliuretano. Se están desarrollando nuevos tipos de tejidos para trajes de protección química, en los que el cuerpo puede "respirar" y realizar intercambios de calor, estando detrás de una capa exterior químicamente impermeable.
¿Quién sabe, quizás, con trajes hechos de tales telas, una persona pronto podrá existir cómodamente bajo el agua o en otros planetas?
Sensores químicos adaptables al objetivo
(Sensores químicos adaptables a la misión)
Los sensores modernos aún no pueden combinar la sensibilidad (la unidad de medida es el número de partículas por billón) y la selectividad (es decir, la capacidad de distinguir entre moléculas de diferentes tipos).
Este programa tenía como objetivo crear un sensor químico que eludiera esta limitación al mismo tiempo que fuera portátil y fácil de usar. Los resultados superaron las expectativas: se creó un sensor, cuya sensibilidad más alta se combina con una selectividad excepcional (prácticamente sin errores al realizar pruebas con mezclas de diferentes gases).
Un sensor químico que diagnostica el cáncer de pulmón mediante la respiración.
Si DARPA también reduce el tamaño de su revolucionario multisensor a un nivel atómico (la nanotecnología lo permite), podrá monitorear la salud de su propietario durante todo el día. Sería bueno si el sensor también programara citas y ordenara comida en línea (en este último caso, existe el peligro de que elija brócoli y jugo de naranja en lugar de cerveza y pizza).
Estructuras reconfigurables
(Estructuras reconfigurables)
Se han desarrollado materiales blandos que pueden moverse, así como cambiar de forma y tamaño, y a partir de ellos se han creado robots con las propiedades adecuadas. También se han utilizado nuevos materiales para hacer almohadillas para piernas y brazos (imanes y espinas) para permitir escalar paredes de más de 25 pies (aproximadamente 9 metros). Aún no está claro cómo los robots blandos y los nuevos dispositivos de escalada extenderán la vida humana, pero no hay duda de que la diversificarán y, posiblemente, conducirán al surgimiento de nuevos deportes, y aquellos que quieran ahorrar en boletos de tren y vivienda. puede hacerlo pegado al techo.
Materiales bioderivados
(Materiales bioderivados)
El área de interés de este programa se extiende al descubrimiento de materiales biomoleculares con propiedades eléctricas y mecánicas únicas. Se han investigado nuevos métodos de biocatálisis y creación de biomoldes para péptidos, virus y bacteriófagos filamentosos.
Superficies originales investigadas que tienen propiedades personalizables: textura, higroscopicidad, absorción, reflexión / transmisión de la luz. Se están desarrollando estructuras híbridas orgánico-inorgánicas con propiedades programables, que formarán la base para la creación de sensores de alto rendimiento, así como otros dispositivos con propiedades únicas.
Neovisión-2
La visión de humanos y animales tiene capacidades excepcionales: el reconocimiento, la clasificación y el estudio de nuevos objetos toma solo una fracción de segundo, mientras que las computadoras y los robots aún tienen grandes dificultades. El programa Neovision-2 está desarrollando un enfoque integrado para desarrollar la capacidad de las máquinas para reconocer objetos mediante la reproducción de la estructura de las vías visuales en el cerebro de los mamíferos.
El objetivo del trabajo es crear un sensor cognitivo capaz de recopilar, procesar, clasificar y transmitir información visual. El algoritmo para transmitir señales visuales de mamíferos ya se ha aclarado y se está desarrollando un dispositivo que puede reconocer más del 90% de los objetos en 10 categorías diferentes en 5 segundos.
El trabajo adicional en el sensor tiene como objetivo reducir su tamaño (debería ser comparable al aparato visual humano), aumentando su resistencia y confiabilidad. En última instancia, el sensor debería poder reconocer objetos de más de 20 categorías diferentes en menos de 2 segundos, a una distancia de hasta 4 km.
Obviamente, DARPA no se detendrá ahí, y el próximo sensor ya superará la capacidad de visión humana.
Neurotecnología
(Tecnologías de neurociencia)
Neurointerfaz no invasiva
El programa utiliza los últimos avances en neuropsicología, neuroimagen, biología molecular y ciencias cognitivas para proteger las funciones cognitivas de un soldado expuesto al estrés diario, tanto físico como mental. Las duras condiciones del campo de batalla degradan habilidades tan importantes como la memoria, el aprendizaje, la toma de decisiones y la multitarea. Por lo tanto, la capacidad del luchador para reaccionar rápida y adecuadamente disminuye drásticamente.
Los efectos a largo plazo de este tipo de estrés, tanto moleculares como conductuales, aún no se conocen bien. El programa de neurotecnología utiliza los últimos avances en ciencias relacionadas, así como tecnologías de neurointerfaz, desarrollando modelos moleculares de los efectos del estrés agudo y crónico en los seres humanos y encontrando formas de proteger, mantener y restaurar las funciones cognitivas del soldado.
A nivel molecular y genético, DARPA estudia cuatro tipos principales de estrés (mental, físico, enfermedad y privación del sueño), cómo se puede medir con precisión y los mecanismos de adaptación y respuesta inadecuada al estrés.
En 2009, el uso de avances en neurociencia redujo 2 veces la velocidad de entrenamiento de los soldados. Se están desarrollando métodos para mejorar la eficacia del aprendizaje, mejorar la atención y la memoria de trabajo; Las interfaces neuronales deberían ser más rápidas y fáciles de usar.
Biodiseño
(BioDiseño)
Biodesign es el uso de la funcionalidad de los sistemas vivos. Biodesign aprovecha los poderosos conocimientos de la naturaleza, al tiempo que elimina las consecuencias no deseadas y accidentales del desarrollo evolutivo a través de la biología molecular y la ingeniería genética.
El programa bajo tan inocuo nombre estudia, ni más ni menos, el mecanismo de transmisión de la señal de muerte celular y las formas de silenciar esta señal. En 2011, se crearán colonias de células en regeneración que pueden existir indefinidamente, dice el informe; su ADN contendrá un código especial que protege contra la falsificación, así como algo así como un número de serie, "como una pistola".
Me gustaría creer que los piratas informáticos chinos aún lograrán romper el código de seguridad de las células inmortales, lanzarlas al mercado en grandes cantidades y ponerlas a disposición de todos.
Interfaz neuronal confiable
(Tecnología de interfaz neuronal confiable)
Nanorecubrimiento de implantes cerebrales
El programa se dedica al desarrollo y profundización de la tecnología que extrae información del sistema nervioso y la transfiere a "dispositivos para aumentar los grados de libertad" (máquinas de grado de libertad), miembros artificiales, por ejemplo. La neurointerfaz no es una tecnología nueva, y ha logrado decepcionar a muchos por no poder superar aún los mecanismos inventados por la naturaleza. Pero DARPA no se desanima, estudia el sistema nervioso periférico, amplía el número de canales para incrementar la cantidad de información transmitida a través de la neurointerfaz y desarrolla fundamentalmente nuevos tipos de estos dispositivos. En 2011, se planea hacer una interfaz neuronal con cien canales, mientras que no más de uno debería fallar en un año.
Células inmortales, edición del genoma, órganos y tejidos artificiales, inmunidad que funciona a la perfección, materiales con propiedades fundamentalmente nuevas, inteligencia artificial, robots y programas conscientes: parece que cada proyecto de DARPA, a su manera, se acerca a una extensión radical de la vida humana, en proteínas. ya sea en un cuerpo o en uno artificial.
Robusto, humanoide, inmortal: ¿tal vez así se verán los cyborgs en 2045?
El modelo de redes neuronales en auge está preparando el escenario para la transferencia de conciencia a otro cuerpo, y la robótica está creando cuerpos cada vez más perfectos. Quizás los biólogos estarán por delante de los matemáticos y físicos, y la edición del genoma, eliminando del ADN secciones aleatorias, innecesarias y peligrosas que se han acumulado en él durante la evolución, eventualmente se volverá tan común y accesible como ir a una peluquería.
Combinar todas estas tecnologías será como una reacción en cadena que generará nuevos avances en la ciencia. DARPA tiene suficientes conocimientos, habilidades y dinero para hacer esto. Pero, ¿por qué los militares necesitan un soldado inmortal que sobrevivirá tanto a sus comandantes como a sus creadores?
Una persona inmortal es un proyecto igual en su idealismo a la exploración espacial, su fatalidad, quizás, no tiene igual, y los recursos necesarios para su implementación son insignificantes en comparación con el resultado.
Aristóteles, Hegel y Darwin sistematizaron el conocimiento recopilado por muchas generaciones de sus predecesores, que pocas personas recuerdan. El conocimiento sobre los elementos químicos se ha ido acumulando durante siglos: Mendeleev los resumió en su famosa tabla y pasó a la historia. “Si vi más lejos que otros, fue solo porque estaba sobre los hombros de los titanes”, le gustaba repetir a Isaac Newton.
Las tecnologías dispersas que nos acercan a la inmortalidad esperan a alguien que las unirá y las unirá con un objetivo común. Me gustaría que Rusia hiciera esto, un país en busca de su identidad, donde, a pesar de todo, la escuela científica sigue siendo fuerte y los idealistas no se han extinguido.
