Biocapteurs de virus programmables; endurance accrue au niveau moléculaire; des robots conscients prenant des décisions basées sur des informations contradictoires; Des nanorobots de taille atomique à la conquête de maladies mortelles - ce n'est pas une critique d'un nouveau livre de science-fiction, mais le contenu d'un rapport de la DARPA.
La DARPA n'utilise pas seulement les connaissances scientifiques pour créer de nouvelles technologies - elle se lance des défis radicalement innovants et développe des domaines de connaissances qui aideront à résoudre ces défis. Defense Advanced Research Projects Agency La DARPA a été créée en 1958 après que l'Union soviétique a lancé Spoutnik 1 dans l'espace. Cela a été une surprise totale pour les Américains, et la mission de la DARPA était de "prévenir les surprises", ainsi que de rester en avance sur les autres États en termes de technologie. La DARPA ne se contente pas d'utiliser les connaissances scientifiques pour créer de nouvelles technologies - elle se lance des défis radicalement innovants et développe des domaines de connaissances qui aideront à résoudre ces défis.
Le budget annuel de la DARPA est de 3,2 milliards de dollars, le nombre d'employés ne dépasse pas plusieurs centaines. Comment cette petite organisation parvient-elle à créer des choses telles qu'un drone, un fusil M-16, une optique infrarouge, un GPS et Internet ? Anthony J. Tether - responsable de la DARPA de 2001 à 2009 - souligne les raisons suivantes de son efficacité:
1. Équipe interdisciplinaire de classe mondiale composée d'employés et d'interprètes. La DARPA recherche des talents dans l'industrie, les universités, les laboratoires, réunissant des experts dans les domaines théoriques et expérimentaux;
2. Externalisation du personnel de soutien;
3. La structure plate et non hiérarchique garantit un échange d'informations libre et rapide;
4. Autonomie et affranchissement des obstacles bureaucratiques;
5. Orientation du projet. La durée moyenne des projets est de 3 à 5 ans.
La création d'un super-soldat - plus rapide, plus fort, plus résistant, sensible, résistant aux maladies et au stress - est le rêve des militaires du monde entier. Le succès de la DARPA dans ce domaine est remarquable. Considérons ses projets plus en détail.
Adaptation biologique - mécanisme et mise en œuvre
(Adaptation Biologique, Assemblage et Fabrication)
Le projet étudie la capacité des organismes vivants à s'adapter à un large éventail de conditions externes et internes (différences de température, privation de sommeil) et utilise des mécanismes d'adaptation pour créer de nouveaux matériaux de restauration biointeractifs, à la fois biologiques et abiotiques. En 2009, un modèle mathématique d'une fracture osseuse a été réalisé et un matériau a été développé qui répète complètement les propriétés mécaniques et la structure interne d'un os réel.
Tendon (gauche) et os (droit)
En 2009, un modèle mathématique d'une fracture osseuse a été réalisé et un matériau a été développé qui répète complètement les propriétés mécaniques et la structure interne d'un os réel.
Après cela, un adhésif liquide absorbable a été créé pour restaurer l'os dans les fractures et les blessures, et il est testé sur des animaux. Si une seule injection de cette colle suffit à la guérison rapide d'une fracture, on espère qu'avec le temps, le traitement d'autres maladies sera radicalement simplifié.
Nanostructures en biologie
(Nanostructure en biologie)
Le préfixe "nano" signifie "un milliardième partie" (par exemple, une seconde ou un mètre), en biologie, "nanostructures" signifie molécules et atomes.
Insecte espion équipé de capteurs
Dans ce projet DARPA, des capteurs nanobiologiques sont créés pour un usage externe et des nanomoteurs pour un usage interne. Dans le premier cas, les nanostructures s'attachent aux insectes espions (enregistrement des informations, contrôle des mouvements); dans le second, ils sont placés dans le corps humain pour son diagnostic et son traitement, et ce sont ces nanorobots dans le sang dont parlait le futurologue Kurzweil lorsqu'il prédisait la fusion complète de l'homme et de la machine d'ici 2045.
Les scientifiques de la DARPA obtiennent les propriétés souhaitées des nanostructures (en particulier des protéines) non pas par des expériences au microscope, mais par des calculs mathématiques.
Neurodispositifs contrôlés par l'homme
(Dispositifs neuronaux à assistance humaine)
Le programme développe un cadre théorique pour comprendre le langage du cerveau et cherche des réponses dans les neurosciences, les sciences informatiques et les nouvelles sciences des matériaux. Paradoxalement, pour comprendre le langage du cerveau, les scientifiques préfèrent l'encoder.
Un neurone artificiel est une fonction mathématique qui reproduit sous une forme simplifiée la fonction d'une cellule nerveuse du cerveau; l'entrée d'un neurone artificiel est connectée à la sortie d'un autre - des réseaux de neurones sont obtenus. L'un des fondateurs de la cybernétique, Warren Sturgis McCulloch, a démontré il y a un demi-siècle que les réseaux de neurones (qui sont en fait des programmes informatiques) sont capables d'effectuer des opérations numériques et logiques; ils sont considérés comme un type d'intelligence artificielle.
Neurone - unité structurelle du cerveau
Habituellement, les fans de réseaux de neurones suivent la voie de l'augmentation du nombre de neurones qu'ils contiennent, la DARPA est allée plus loin - et a modélisé la mémoire à court terme.
En 2010, la DARPA a travaillé sur le déchiffrement de la mémoire à court et à long terme chez les primates, en 2011, elle prévoit de produire des neurointerfaces qui stimulent et enregistrent plusieurs canaux d'activité neuronale dans le cerveau à la fois.
Le « code mémoire » permettra de restaurer la mémoire dans le cerveau endommagé d'un soldat. Qui sait, peut-être que cette méthode de codage et d'enregistrement de la mémoire humaine aidera les personnes du futur à quitter leur corps vieillissant sans regret et à passer à un corps artificiel - parfait et durable ?
Ingénierie tissulaire filaire
(Ingénierie tissulaire sans échafaudage)
Jusqu'à récemment, les organes bioartificiels étaient cultivés sur un échafaudage tridimensionnel prélevé sur des animaux ou sur un donneur humain. Karsas a été débarrassée des cellules du donneur, inoculée avec les cellules souches du patient et n'a pas provoqué de rejet chez ces derniers lors de la transplantation.
Cellule souche embryonnaire de souris
Lorsque des organes et des tissus sont cultivés dans le cadre du programme Frameworkless Tissue Engineering, leur forme est contrôlée par une méthode sans contact, par exemple, par un champ magnétique. Cela vous permet de contourner les limites de la bio-ingénierie d'échafaudage et de contrôler simultanément une variété de types de cellules et de tissus. Les expériences de la DARPA sur l'implantation de muscle squelettique multicellulaire cultivé par la méthode sans cadre ont été couronnées de succès.
Cellule souche embryonnaire au microscope
Cela signifie-t-il que la DARPA a désormais carte blanche pour cultiver des organes bio-artificiels des espèces et des formes les plus inimaginables, y compris celles qui ne se trouvent pas dans la nature ? Restez à l'écoute!
Matière programmable
(Matière Programmable)
Micro-robot origami, se plie et se déplie sur commande
"Programmable Matter" développe une nouvelle forme fonctionnelle de matière, dont les particules sont capables de s'assembler en objets tridimensionnels sur commande. Ces objets auront toutes les propriétés de leurs homologues habituels, et pourront également se « désassembler » indépendamment en composants d'origine. La matière programmable a également la capacité de changer sa forme, ses propriétés (par exemple, la conductivité électrique), sa couleur et bien plus encore.
Percée dans la technologie biologique et médicale
(Technologies biologiques et médicales révolutionnaires)
L'objectif principal du programme: l'utilisation des technologies des microsystèmes (électronique, microfluides, photonique, micromécanique) pour toute une gamme de réalisations - des manipulations cellulaires aux moyens de protection et de diagnostic. Les technologies des microsystèmes ont atteint aujourd'hui une maturité et une sophistication suffisantes; La DARPA a l'intention de les utiliser pour augmenter de plusieurs dizaines de fois la vitesse d'isolement, d'analyse et d'édition du génome cellulaire.
L'ADN est un acide nucléique qui stocke l'information génétique
Le but du projet est de ne sélectionner qu'une cellule parmi une population importante, de la capturer, d'apporter les modifications nécessaires à son ADN, et aussi, si nécessaire, de se multiplier. Le développement a le plus large éventail d'applications - de la protection contre les armes biologiques à la compréhension de la nature des tumeurs malignes.
De nouvelles connaissances sur l'interaction des photons avec les tissus du système nerveux des mammifères permettront de créer des microimplants photoniques qui restaureront la fonction sensorielle et motrice des personnes atteintes de lésions de la moelle épinière. Des appareils auditifs de protection pour les soldats seront également créés afin d'améliorer leur audition tout en noyant les bruits forts des coups de feu. Ces appareils réduiront sans précédent l'incidence des déficiences auditives et de la perte auditive sur le champ de bataille.
La biologie de synthèse
(La biologie de synthèse)
Le programme développe des matériaux biologiques révolutionnaires qui peuvent être utilisés dans les capteurs chimiques et biologiques, la production de biocarburants et la neutralisation des polluants. Le programme est basé sur la création d'algorithmes pour les processus biologiques qui permettent la création de systèmes biologiques d'une complexité inégalée.
Cellule souche sur un cadre
En 2011, il est prévu de créer des technologies qui permettront aux ordinateurs d'apprendre, de tirer des conclusions, d'appliquer les connaissances acquises à partir d'expériences antérieures et de répondre intelligemment à des choses qu'ils n'ont jamais rencontrées auparavant. Les nouveaux systèmes auront une fiabilité, une autonomie, un réglage automatique exceptionnels, coopéreront avec une personne et ne nécessiteront pas qu'elle intervienne trop souvent.
On espère que la DARPA investira dans ses ordinateurs intelligents un programme de tolérance envers les personnes qui, contrairement à l'intelligence artificielle, ne se comportent pas toujours de manière rationnelle et logique.
Apprentissage autonome
(Apprentissage amorcé)
Les ordinateurs acquerront la capacité d'étudier des phénomènes complexes de la même manière que les humains: à l'aide de programmes spéciaux contenant des concepts d'un niveau de complexité croissant. La réussite de l'étude du nouveau matériel dépendra de l'assimilation des connaissances du niveau précédent. Pour la formation, des tutoriels, des exemples, des modèles de comportement, des simulateurs, des liens seront utilisés. Ceci est extrêmement important pour les systèmes militaires autonomes, qui doivent non seulement comprendre quoi faire et pourquoi, mais aussi comprendre dans quels cas il est plus inapproprié de le faire.
Robotique fiable
(Robotique robuste)
Schéma du robot mobile BigDog
Les technologies robotiques avancées permettront aux plateformes autonomes (un exemple de plateforme autonome - BigDog) de percevoir, comprendre et modéliser leur environnement; se déplacer sur des terrains imprévisibles, hétérogènes et dangereux; manipuler des objets sans assistance humaine; prendre des décisions intelligentes conformément aux objectifs programmés; collaborer avec d'autres robots et travailler en équipe. Ces capacités des robots mobiles aideront les soldats dans diverses conditions: en ville, au sol, dans les airs, dans l'espace, sous l'eau.
Les principales tâches du robot mobile: effectuer de manière indépendante des tâches dans l'intérêt du soldat, naviguer dans l'espace même en l'absence de GPS, se déplacer sur des terrains difficiles, qui peuvent être des montagnes, partiellement détruites ou pleines de débris et de débris de la route. Il est également prévu d'apprendre au robot à se comporter dans un environnement changeant, améliorant sa vision et sa compréhension de l'environnement; il peut même prédire les intentions d'autres objets en mouvement. L'encombrement et le bruit ne distraient pas le robot mobile du mouvement, il garde toujours son sang-froid lorsqu'un autre robot le coupe sur la route.
Test de robot mobile BigDog
Des robots ont déjà été créés qui peuvent courir à la vitesse d'une personne, ainsi que des robots à quatre roues et deux mains (chacun a cinq doigts, comme les humains). La prochaine génération de robots aura également le sens du toucher.
Ordinateurs bio-imitatifs
(Informatique biomimétique)
Les processus se produisant dans le cerveau d'une créature vivante sont modélisés et mis en œuvre dans un "artefact cognitif", l'artefact est placé dans un robot - un représentant d'une nouvelle génération de machines adaptatives autonomes. Il sera capable de reconnaître des images, d'ajuster son comportement en fonction des conditions extérieures et aura la capacité de connaître et d'apprendre.
Réseau de neurones modélisé artificiellement
En 2009, un million de neurones étaient déjà modélisés, ainsi que le processus de formation spontanée de groupes de neurones à mémoire à court terme. Un robot semblable à une abeille a été créé, capable de lire les informations du monde extérieur et d'y agir; le robot était connecté sans fil à un groupe d'ordinateurs simulant le système nerveux.
En 2010, la DARPA a déjà modélisé 1 million de neurones thalamocorticaux; ce type de neurone est situé entre le thalamus et le cortex cérébral et est chargé de transmettre les informations des sens. La tâche est d'améliorer les modèles de réseaux de neurones et de leur apprendre à prendre des décisions basées sur des informations sur l'environnement, ainsi que sur des "valeurs internes".
La tâche pour 2011 est de créer un robot autonome avec une simulation du système nerveux, qui sera capable de sélectionner des objets en trois dimensions à partir d'images changeantes.
L'auteur de ce matériel au cœur qui coule suit l'évolution des robots et les progrès dans le domaine de la modélisation des réseaux de neurones, puisque le jour n'est pas loin où la combinaison de ces technologies permettra de transférer la conscience humaine dans le corps du robot (qui, avec une réparation rapide, peut exister indéfiniment).
Thérapie alternative
(Thérapeutiques non conventionnelles)
Le projet développe des approches uniques et non conventionnelles pour protéger les soldats contre un large éventail d'agents pathogènes naturels et artificiels. Il s'est avéré que l'invention de nouveaux médicaments est moins efficace dans ce combat que les moyens de renforcer le système immunitaire humain.
Cellules immunitaires dans l'épithélium intestinal humain
En utilisant une approche mathématique et biochimique, les chercheurs se sont concentrés sur l'invention de méthodes radicalement nouvelles, rapides et peu coûteuses pour produire des protéines possédant les propriétés souhaitées, notamment des anticorps monoclonaux (un type de cellules du système immunitaire). Les nouvelles technologies réduiront le temps de production des vaccins de plusieurs années (et même, dans certains cas, des décennies) à quelques semaines.
Ainsi, avec l'aide de l'appareil du système immunitaire humain artificiel, un vaccin contre l'épidémie de grippe porcine (H1N1) a été créé en peu de temps.
À l'ordre du jour, la survie en cas de maladies mortelles jusqu'à ce que l'immunité soit développée ou qu'un traitement approprié soit reçu, ainsi que la nécessité de développer une protection temporaire contre les maladies contre lesquelles une personne n'a aucune immunité.
Les plans pour 2011 comprennent des approches innovantes pour lutter contre tout agent pathogène connu, inconnu, naturel ou artificiel, ainsi que la démonstration que l'utilisation de technologies développées augmente de 100 fois la dose létale d'un agent pathogène.
Protection externe
(Protection externe)
Ce programme développe divers moyens de protéger les soldats contre les attaques chimiques, biologiques et radiologiques. L'un des matériaux éprouvés avec succès est un agent chimique autonettoyant à base de polyuréthane. De nouveaux types de tissus pour combinaisons de protection chimique sont en cours de développement, dans lesquels le corps peut "respirer" et effectuer un échange de chaleur, derrière une coque extérieure chimiquement imperméable.
Qui sait, peut-être, que dans des combinaisons faites de tels tissus, une personne pourra bientôt vivre confortablement sous l'eau ou sur d'autres planètes ?
Capteurs chimiques adaptés à la cible
(Capteurs chimiques adaptables à la mission)
Les capteurs modernes ne peuvent pas encore combiner sensibilité (l'unité de mesure est le nombre de particules par billion) et sélectivité (c'est-à-dire la capacité de distinguer des molécules de types différents).
Ce programme visait à créer un capteur chimique qui contournerait cette limitation tout en étant portable et facile à utiliser. Les résultats ont dépassé les attentes - un capteur a été créé, dont la sensibilité la plus élevée est associée à une sélectivité exceptionnelle (pratiquement aucune erreur lors des tests avec des mélanges de différents gaz).
Un capteur chimique qui diagnostique le cancer du poumon en respirant
Si la DARPA réduit également la taille de son multicapteur révolutionnaire à un niveau atomique (la nanotechnologie le permet), elle pourra surveiller la santé de son propriétaire 24 heures sur 24. Ce serait bien que le capteur planifie également des rendez-vous et commande de la nourriture en ligne (dans ce dernier cas, il y a un risque qu'il choisisse le brocoli et le jus d'orange au lieu de la bière et de la pizza).
Structures reconfigurables
(Structures reconfigurables)
Des matériaux souples ont été développés qui peuvent se déplacer, ainsi que changer de forme et de taille, et des robots avec des propriétés appropriées ont été créés à partir d'eux. De nouveaux matériaux ont également été utilisés pour fabriquer des coussinets pour les jambes et les bras (aimants et épines) pour permettre de grimper sur des murs de 25 pieds (environ 9 mètres). On ne sait pas encore comment les robots mous et les nouveaux appareils d'escalade prolongeront la vie humaine, mais il ne fait aucun doute qu'ils la diversifieront et, éventuellement, conduiront à l'émergence de nouveaux sports, et à ceux qui veulent économiser sur les billets de train et le logement peut le faire fixé au plafond.
Matériaux biodérivés
(Matériaux Biodérivés)
Le domaine d'intérêt de ce programme s'étend à la découverte de matériaux biomoléculaires aux propriétés électriques et mécaniques uniques. De nouvelles méthodes de biocatalyse et de création de bio-modèles pour les peptides, les virus, les bactériophages filamenteux ont été étudiées.
Surfaces originales étudiées qui ont des propriétés personnalisables: texture, hygroscopicité, absorption, réflexion/transmission de la lumière. Des structures hybrides organiques-inorganiques aux propriétés programmables sont en cours de développement, qui serviront de base à la création de capteurs hautes performances, ainsi que d'autres dispositifs aux propriétés uniques.
Néovision-2
La vision des humains et des animaux a des capacités exceptionnelles: la reconnaissance, la classification et l'étude de nouveaux objets ne prennent qu'une fraction de seconde, alors que les ordinateurs et les robots ont encore de grandes difficultés. Le programme Neovision-2 développe une approche intégrée pour développer la capacité des machines à reconnaître des objets en reproduisant la structure des voies visuelles dans le cerveau des mammifères.
L'objectif du travail est de créer un capteur cognitif capable de collecter, traiter, classer et transmettre des informations visuelles. L'algorithme de transmission des signaux visuels des mammifères a déjà été clarifié, et un appareil est en cours de développement qui peut reconnaître plus de 90 % des objets dans 10 catégories différentes en 5 secondes.
Des travaux supplémentaires sur le capteur visent à réduire sa taille (il devrait devenir comparable à l'appareil visuel humain), à augmenter sa résistance et sa fiabilité. À terme, le capteur devrait être capable de reconnaître des objets de plus de 20 catégories différentes en moins de 2 secondes, à une distance allant jusqu'à 4 km.
Évidemment, la DARPA ne s'arrêtera pas là, et le prochain capteur dépassera déjà la capacité de la vision humaine.
Neurotechnologie
(Technologies des neurosciences)
Neurointerface non invasive
Le programme utilise les dernières avancées en neuropsychologie, neuroimagerie, biologie moléculaire et sciences cognitives pour protéger les fonctions cognitives d'un soldat exposé au stress quotidien, tant physique que mental. Les conditions difficiles sur le champ de bataille dégradent des capacités aussi importantes que la mémoire, l'apprentissage, la prise de décision, le multitâche. Ainsi, la capacité du combattant à réagir rapidement et de manière adéquate diminue fortement.
Les effets à long terme de ce type de stress - à la fois moléculaire et comportemental - sont encore mal compris. Le programme de neurotechnologie utilise les derniers développements des sciences connexes, ainsi que les technologies de neurointerface, développant des modèles moléculaires des effets du stress aigu et chronique sur les humains et trouvant des moyens de protéger, maintenir et restaurer les fonctions cognitives du soldat.
Au niveau moléculaire et génétique, la DARPA étudie quatre principaux types de stress (mental, physique, maladie et privation de sommeil), comment il peut être mesuré avec précision, et les mécanismes d'adaptation et de réponse inadéquate au stress.
En 2009, l'utilisation des avancées des neurosciences a réduit de 2 fois la vitesse d'entraînement des soldats. Des méthodes sont en cours de développement pour améliorer l'efficacité de l'apprentissage, améliorer l'attention et la mémoire de travail; les interfaces neuronales devraient devenir plus rapides et plus faciles à utiliser.
Bioconception
(BioDesign)
Le biodesign est l'utilisation de la fonctionnalité des systèmes vivants. Le biodesign tire parti des puissantes connaissances de la nature, tout en éliminant les conséquences indésirables et accidentelles du développement évolutif grâce à la biologie moléculaire et au génie génétique.
Le programme sous un nom aussi anodin étudie - ni plus ni moins - le mécanisme de transmission du signal de mort cellulaire et les moyens de faire taire ce signal. En 2011, des colonies de cellules en régénération seront créées et pourront exister indéfiniment, selon le rapport; leur ADN contiendra un code spécial qui protège contre la contrefaçon, ainsi que quelque chose comme un numéro de série, "comme un pistolet".
J'aimerais croire que les pirates chinois parviendront toujours à déchiffrer le code de sécurité des cellules immortelles, à les mettre sur le marché en grande quantité et à les rendre accessibles à tous.
Interface neuronale fiable
(Technologie d'interface neuronale fiable)
Nanorevêtement d'implant cérébral
Le programme est engagé dans le développement et l'approfondissement de la technologie qui extrait des informations du système nerveux et les transfère vers des « dispositifs pour augmenter les degrés de liberté » (machines à degrés de liberté), des membres artificiels, par exemple. La neurointerface n'est pas une nouvelle technologie, et elle a réussi à décevoir beaucoup de gens car elle ne peut pas encore surpasser les mécanismes inventés par la nature. Mais la DARPA ne se décourage pas, étudie le système nerveux périphérique, augmente le nombre de canaux pour augmenter la quantité d'informations transmises via la neurointerface et développe fondamentalement de nouveaux types de ces dispositifs. En 2011, il est prévu de réaliser une interface neuronale avec une centaine de canaux, alors qu'un seul devrait tomber en panne dans un an.
Cellules immortelles, édition du génome, organes et tissus artificiels, immunité qui fonctionne parfaitement, matériaux aux propriétés fondamentalement nouvelles, intelligence artificielle, robots et programmes conscients - il semble que chaque projet DARPA aborde à sa manière une extension radicale de la vie humaine, en protéine soit dans un corps, soit dans un corps artificiel.
Robustes, humanoïdes, immortels, c'est peut-être à ça que ressembleront les cyborgs en 2045 ?
La modélisation des réseaux de neurones en plein essor prépare le terrain pour le transfert de conscience vers un autre corps, et la robotique crée des corps de plus en plus parfaits. Peut-être que les biologistes seront en avance sur les mathématiciens et les physiciens, et l'édition du génome, en retirant de l'ADN des sections aléatoires, inutiles et dangereuses qui s'y sont accumulées au cours de l'évolution, deviendra finalement aussi courante et accessible que d'aller chez un coiffeur.
La combinaison de toutes ces technologies sera comme une réaction en chaîne qui générera toutes les nouvelles percées scientifiques. La DARPA a suffisamment de connaissances, de compétences et d'argent pour le faire. Mais pourquoi l'armée a-t-elle besoin d'un soldat immortel qui survivra à la fois à ses commandants et à ses créateurs ?
Une personne immortelle est un projet égal dans son idéalisme à l'exploration spatiale, sa fatalité, peut-être, n'a pas d'égal, et les ressources nécessaires à sa mise en œuvre sont insignifiantes en comparaison du résultat.
Aristote, Hegel et Darwin ont systématisé les connaissances accumulées par de nombreuses générations de leurs prédécesseurs, dont peu de gens se souviennent. Les connaissances sur les éléments chimiques s'accumulent depuis des siècles - Mendeleev les a résumés dans son célèbre tableau et est entré dans l'histoire. « Si j'ai vu plus loin que les autres, c'est uniquement parce que je me tenais sur les épaules des titans », aimait répéter Isaac Newton.
Des technologies éparses qui nous rapprochent de l'immortalité attendent quelqu'un qui les rassemblera et les unira dans un but commun. J'aimerais que la Russie le fasse, un pays à la recherche de son identité, où, malgré tout, l'école scientifique est encore forte et les idéalistes ne sont pas éteints.
