Biosensors de virus programables; augment de la resistència a nivell molecular; robots conscients que prenen decisions basades en informació conflictiva; Nanorobots de mida atòmica que conquereixen malalties mortals: no es tracta d’una revisió d’un nou llibre de ciència ficció, sinó del contingut d’un informe DARPA.
DARPA no només utilitza el coneixement científic per crear noves tecnologies, sinó que es planteja reptes radicalment innovadors i desenvolupa àrees de coneixement que ajudaran a resoldre aquests reptes. L'Agència de Projectes de Recerca Avançada en Defensa (DARPA) es va crear el 1958 després que la Unió Soviètica va llançar Sputnik 1 a l'espai. Això va suposar una completa sorpresa per als nord-americans i la missió de DARPA era "prevenir sorpreses", així com mantenir-se per davant d'altres estats en termes de tecnologia. DARPA no només utilitza el coneixement científic per crear noves tecnologies, sinó que es planteja reptes radicalment innovadors i desenvolupa àrees de coneixement que ajudaran a resoldre aquests reptes.
El pressupost anual de DARPA és de 3.200 milions de dòlars, el nombre d’empleats no supera diversos centenars. Com aconsegueix aquesta petita organització crear coses com un dron, un rifle M-16, òptica d’infrarojos, GPS i Internet? Anthony J. Tether, cap de DARPA del 2001 al 2009, destaca els següents motius de la seva efectivitat:
1. Equip interdisciplinari de personal mundial i intèrprets. DARPA busca talent a la indústria, universitats, laboratoris, reunint experts en camps teòrics i experimentals;
2. Subcontractació de personal de suport;
3. L'estructura plana i no jeràrquica garanteix un intercanvi d'informació lliure i ràpid;
4. Autonomia i llibertat dels obstacles burocràtics;
5. Orientació al projecte. La durada mitjana del projecte és de 3-5 anys.
La creació d’un super-soldat - més ràpid, més fort, més resistent, susceptible, resistent a les malalties i l’estrès - és el somni dels militars de tot el món. L’èxit de DARPA en aquesta àrea és notable. Considerem els seus projectes amb més detall.
Adaptació biològica: mecanisme i implementació
(Adaptació, muntatge i fabricació biològica)
El projecte estudia la capacitat dels organismes vius per adaptar-se a una àmplia gamma de condicions externes i internes (diferències de temperatura, privació del son) i utilitza mecanismes d’adaptació per crear nous materials restauratius biointeractius, tant biològics com abiòtics. El 2009 es va realitzar un model matemàtic d’una fractura òssia i es va desenvolupar un material que repeteix completament les propietats mecàniques i l’estructura interna d’un os real.
Tendó (esquerra) i os (dreta)
El 2009 es va realitzar un model matemàtic d’una fractura òssia i es va desenvolupar un material que repeteix completament les propietats mecàniques i l’estructura interna d’un os real.
Després d'això, es va crear un adhesiu líquid absorbible per restaurar l'os en fractures i lesions, i s'està provant en animals. Si una injecció d'aquesta cola és suficient per curar ràpidament una fractura, hi ha l'esperança que amb el pas del temps el tractament d'altres malalties es simplificarà radicalment.
Nanoestructures en biologia
(Nanoestructura en Biologia)
El prefix "nano" significa "una milmillonèsima part" (per exemple, un segon o un metre), en biologia, "nanoestructures" significa molècules i àtoms.
Insecte espia equipat amb sensors
En aquest projecte DARPA, es creen sensors nanobiològics per a ús extern i nanomotors per a ús intern. En el primer cas, les nanoestructures s’adhereixen als insectes espies (registren informació, controlen el moviment); en el segon, es col·loquen al cos humà per al seu diagnòstic i tractament, i van ser aquests nanorobots a la sang dels que va parlar el futuròleg Kurzweil quan va predir la fusió completa de l’home i la màquina per al 2045.
Els científics de DARPA aconsegueixen les propietats desitjades de les nanoestructures (especialment les proteïnes) no mitjançant experiments al microscopi, sinó mitjançant càlculs matemàtics.
Neurodispositius controlats per humans
(Dispositius neuronals assistits per humans)
El programa desenvolupa un marc teòric per entendre el llenguatge del cervell i busca respostes de les neurociències, les ciències computacionals i les noves ciències dels materials. Paradoxalment, per entendre el llenguatge del cervell, els científics prefereixen codificar-lo.
Una neurona artificial és una funció matemàtica que reprodueix de forma simplificada la funció d’una cèl·lula nerviosa al cervell; l’entrada d’una neurona artificial està connectada a la sortida d’una altra: s’obtenen xarxes neuronals. Un dels fundadors de la cibernètica, Warren Sturgis McCulloch, va demostrar fa mig segle que les xarxes neuronals (que són, de fet, programes d’ordinador) són capaces de realitzar operacions numèriques i lògiques; es consideren un tipus d’intel·ligència artificial.
Neuron: unitat estructural del cervell
Normalment, els fans de les xarxes neuronals segueixen el camí d’augmentar el nombre de neurones que contenen, DARPA ha anat més enllà i ha modelat la memòria a curt termini.
El 2010, DARPA va treballar en el desxiframent de la memòria a curt i llarg termini en primats, el 2011 té previst produir neurointerfícies que estimulen i registren diversos canals d’activitat neuronal al cervell alhora.
El "codi de memòria" permetrà restaurar la memòria al cervell danyat d'un soldat. Qui sap, potser aquest mètode de codificació i enregistrament de la memòria humana ajudarà les persones del futur a deixar els seus cossos envellits sense lamentar-se i passar-se als artificials, perfectes i duradors?
Enginyeria de teixits Wireframe
(Enginyeria de teixits sense bastides)
Fins fa poc, els òrgans bioartificials es cultivaven en una bastida tridimensional extreta d’animals o d’un donant humà. Karsas va ser netejat de cèl·lules donants, inoculat amb les cèl·lules mare del pacient i no va causar rebuig en aquestes darreres durant el trasplantament.
Cèl·lula mare embrionària de ratolí
Quan els òrgans i els teixits es conreen en el marc del programa d’enginyeria de teixits sense marc, la seva forma es controla mitjançant un mètode sense contacte, per exemple, mitjançant un camp magnètic. Això permet evitar les limitacions de la bioenginyeria de bastides i permet controlar simultàniament diversos tipus de cèl·lules i teixits. Els experiments de DARPA sobre la implantació de múscul esquelètic pluricel·lular cultivat pel mètode sense marc van tenir èxit.
Cèl·lula mare embrionària al microscopi
Vol dir això que ara DARPA té la mà lliure per cultivar òrgans bio-artificials de les espècies i formes més inimaginables, inclosos els que no es troben a la natura? Estigueu atents!
Matèria programable
(Matèria programable)
Microbot Origami, es plega i es desplega per ordre
"Matèria programable" desenvolupa una nova forma funcional de matèria, les partícules de la qual són capaces de reunir-se en objectes tridimensionals per ordre. Aquests objectes tindran totes les propietats dels seus homòlegs habituals i també podran "desmuntar-se" independentment dels components originals. La matèria programable també té la capacitat de canviar la seva forma, propietats (per exemple, conductivitat elèctrica), color i molt més.
Avanç en tecnologia biològica i mèdica
(Tecnologies mèdiques i biològiques avançades)
L’objectiu principal del programa: l’ús de tecnologies de microsistemes (electrònica, microfluids, fotònica, micromecànica) per a tota una gamma d’assoliments, des de manipulacions cel·lulars fins a mitjans de protecció i diagnòstic. Les tecnologies de microsistemes han assolit la maduresa i la sofisticació suficients avui en dia; DARPA pretén utilitzar-los per augmentar la velocitat d’aïllament, anàlisi i edició del genoma cel·lular diverses desenes de vegades.
L’ADN és un àcid nucleic que emmagatzema informació genètica
L’objectiu del projecte és seleccionar només una cèl·lula d’una gran població, capturar-la, fer els canvis necessaris en el seu ADN i, si cal, multiplicar-la. El desenvolupament té la més àmplia gamma d’aplicacions, des de la protecció contra les armes biològiques fins a la comprensió de la naturalesa dels tumors malignes.
Els nous coneixements sobre la interacció dels fotons amb els teixits del sistema nerviós dels mamífers permetran crear microimplants fotònics que restaurin la funció sensorial i motora de les persones amb lesió de la medul·la espinal. També es crearan dispositius auditius de protecció per als soldats que milloraran la seva audició mentre ofeguen els sons forts de trets. Aquests dispositius reduiran la incidència de deficiències auditives i pèrdues al camp de batalla sense precedents.
Biologia sintètica
(Biologia sintètica)
El programa desenvolupa materials biològics revolucionaris que es poden utilitzar en sensors químics i biològics, en la producció de biocombustibles i en la neutralització de contaminants. El programa es basa en la creació d’algoritmes per a processos biològics que permetin la creació de sistemes biològics d’una complexitat insuperable.
Cèl·lula mare sobre un marc
El 2011 es preveu crear tecnologies que permetin als ordinadors aprendre, treure conclusions, aplicar els coneixements obtinguts a partir de l’experiència anterior i respondre de manera intel·ligent a coses que mai no havien vist abans. Els nous sistemes tindran una fiabilitat, autonomia, autoajustament excepcionals, cooperaran amb una persona i no requereixen que intervingui massa sovint.
S'espera que DARPA inverti en els seus ordinadors intel·ligents un programa de tolerància envers les persones que, a diferència de la intel·ligència artificial, no sempre es comporten racionalment i lògicament.
Aprenentatge autosostenible
(Aprenentatge inicial)
Els ordinadors adquiriran la capacitat d’estudiar fenòmens complexos de la mateixa manera que ho fan els humans: amb l’ajut de plans d’estudis especials que contenen conceptes d’un nivell de complexitat creixent. L’estudi amb èxit de nou material dependrà de l’assimilació de coneixements del nivell anterior. Per a la formació, s’utilitzaran tutorials, exemples, patrons de comportament, simuladors, enllaços. Això és extremadament important per als sistemes militars autònoms, que no només han d’entendre què fer i per què, sinó també entendre en quins casos és més inadequat fer-ho.
Robòtica fiable
(Robòtica robusta)
Diagrama del robot mòbil BigDog
Les tecnologies avançades de robòtica permetran a les plataformes autònomes (un exemple de plataforma autònoma - BigDog) percebre, comprendre i modelar el seu entorn; moure’s per terrenys imprevisibles, heterogenis i perillosos; manipular objectes sense ajuda humana; prendre decisions intel·ligents d’acord amb els objectius programats; col·laborar amb altres robots i treballar en equip. Aquestes habilitats dels robots mòbils ajudaran els soldats en diverses condicions: a la ciutat, a terra, a l'aire, a l'espai, sota l'aigua.
Les principals tasques del robot mòbil: realitzar tasques de manera independent en interès del soldat, navegar per l’espai fins i tot en absència de GPS, moure’s per terrenys difícils, que poden ser muntanyes, parcialment destruïdes o plenes de runa i restes de la carretera.. També està previst ensenyar al robot a comportar-se en un entorn canviant, millorant la seva visió i comprensió de l’entorn; fins i tot pot predir les intencions d'altres objectes en moviment. El desordre i el soroll no distreuen el moviment del robot mòbil, sinó que sempre mantenen la calma quan un altre robot el talla a la carretera.
Prova del robot mòbil BigDog
Ja s’han creat robots que poden funcionar a la velocitat d’una persona, així com robots amb quatre rodes i dues mans (cadascun té cinc dits, com els humans). La propera generació de robots també tindrà el sentit del tacte.
Ordinadors bioimitatius
(Informàtica biomimètica)
Els processos que es produeixen al cervell d'una criatura viva es modelen i s'implementen en un "artefacte cognitiu", que es col·loca en un robot, un representant d'una nova generació de màquines adaptatives autònomes. Podrà reconèixer imatges, ajustar el seu comportament en funció de les condicions externes i tenir la capacitat de conèixer i aprendre.
Xarxa neuronal modelada artificialment
El 2009, ja es van modelar un milió de neurones, així com el procés de formació espontània de grups neuronals amb memòria a curt termini. S’ha creat un robot similar a una abella, capaç de llegir informació del món exterior i d’actuar-hi; el robot estava connectat sense fils a un grup d’ordinadors que simulaven el sistema nerviós.
El 2010, DARPA ja ha modelat un milió de neurones talamocorticals; aquest tipus de neurona es troba entre el tàlem i l’escorça cerebral i s’encarrega de transmetre informació des dels sentits. La tasca consisteix a millorar els models de xarxes neuronals i ensenyar-los a prendre decisions basades en informació sobre l’entorn, així com en “valors interns”.
La tasca per al 2011 és crear un robot autònom amb una simulació del sistema nerviós, que sigui capaç de seleccionar objectes tridimensionals a partir d’imatges canviants.
L’autor d’aquest material amb el cor enfonsat segueix l’evolució dels robots i el progrés en el camp de la modelització de xarxes neuronals, ja que no és lluny el dia en què la combinació d’aquestes tecnologies permetrà transferir la consciència humana al cos del robot (que, amb una reparació oportuna, pot existir indefinidament).
Teràpia alternativa
(Teràpia no convencional)
El projecte desenvolupa enfocaments únics i no convencionals per protegir els soldats d’una àmplia gamma de patògens d’origen natural i dissenyats. Va resultar que la invenció de nous fàrmacs és menys efectiva en aquesta lluita que els mitjans per enfortir el sistema immunitari humà.
Cèl·lules d’immunitat a l’epiteli intestinal humà
Mitjançant un enfocament matemàtic i bioquímic, els investigadors es van centrar a inventar mètodes radicalment nous, ràpids i econòmics per produir proteïnes amb les propietats desitjades, inclosos els anticossos monoclonals (un tipus de cèl·lules del sistema immunitari). Les noves tecnologies reduiran el temps de producció de vacunes de diversos anys (i fins i tot, en alguns casos, dècades) a setmanes.
Així, amb l’ajut de l’aparell del sistema immunitari humà artificial, es va crear en poc temps una vacuna contra l’epidèmia de la grip porcina (H1N1).
A l’agenda hi ha la supervivència en cas de malalties mortals fins que es desenvolupa la immunitat o es rep un tractament adequat, així com la necessitat de desenvolupar una protecció temporal contra malalties de les quals una persona no té cap immunitat.
Els plans per al 2011 inclouen enfocaments innovadors per combatre qualsevol patogen conegut, desconegut, natural o artificial, a més de demostrar que l’ús de tecnologies desenvolupades augmenta la dosi letal d’un patogen en 100 vegades.
Protecció externa
(Protecció externa)
Aquest programa està desenvolupant diversos mitjans per protegir els soldats contra atacs químics, biològics i radiològics. Un dels materials provats amb èxit és un agent químic autonetejant a base de poliuretà. S'estan desenvolupant nous tipus de teixits per a vestits de protecció química, en què el cos pot "respirar" i dur a terme un intercanvi de calor, estant darrere d'una carcassa exterior químicament impermeable.
Qui sap, potser, en vestits fets amb teles d’aquest tipus, una persona aviat podrà existir còmodament sota l’aigua o en altres planetes?
Sensors químics adaptatius a l'objectiu
(Sensors químics adaptables a la missió)
Els sensors moderns encara no poden combinar la sensibilitat (la unitat de mesura és el nombre de partícules per bilió) i la selectivitat (és a dir, la capacitat de distingir entre molècules de diferents tipus).
Aquest programa tenia com a objectiu crear un sensor químic que evités aquesta limitació alhora que fos portàtil i fàcil d'utilitzar. Els resultats van superar les expectatives: es va crear un sensor, la sensibilitat més alta del qual es combina amb una selectivitat excepcional (pràcticament no hi ha errors en fer proves amb mescles de diferents gasos).
Un sensor químic que diagnostica el càncer de pulmó respirant
Si DARPA també redueix la mida del seu revolucionari multisensor a un nivell atòmic (la nanotecnologia ho permet), podrà controlar la salut del propietari durant tot el dia. Estaria bé que el sensor també programés cites i demanés menjar en línia (en aquest darrer cas, hi ha el perill que triï bròquil i suc de taronja en lloc de cervesa i pizza).
Estructures reconfigurables
(Estructures reconfigurables)
S’han desenvolupat materials tous que es poden moure, així com canviar de forma i mida, i a partir d’aquests s’han creat robots amb propietats adequades. També s’han utilitzat nous materials per fabricar coixinets per a cames i braços (imants i espines) que permeten escalar més de 9 metres de parets. Encara no està clar com els robots suaus i els nous dispositius d’escalada ampliaran la vida humana, però no hi ha dubte que la diversificaran i, possiblement, conduiran a l’aparició de nous esports i aquells que vulguin estalviar en bitllets de tren i habitatge fixat al sostre.
Materials bioderivats
(Materials biodegradats)
L'àrea d'interès d'aquest programa s'estén al descobriment de materials biomoleculars amb propietats elèctriques i mecàniques úniques. S’han investigat nous mètodes de biocatalisi i creació de bio-plantilles per a pèptids, virus i bacteriòfags filamentosos.
S'han investigat superfícies originals que tenen propietats personalitzables: textura, higroscopicitat, absorció, reflexió / transmissió de la llum. S’estan desenvolupant estructures orgàniques-inorgàniques híbrides amb propietats programables, que constituiran la base per a la creació de sensors d’alt rendiment, així com d’altres dispositius amb propietats úniques.
Neovision-2
La visió dels humans i dels animals té unes capacitats excepcionals: el reconeixement, la classificació i l’estudi de nous objectes només triguen una fracció de segon, mentre que els ordinadors i els robots encara tenen grans dificultats. El programa Neovision-2 està desenvolupant un enfocament integrat per desenvolupar la capacitat de les màquines per reconèixer objectes reproduint l’estructura de les vies visuals al cervell dels mamífers.
L’objectiu del treball és crear un sensor cognitiu capaç de recollir, processar, classificar i transmetre informació visual. L’algoritme de transmissió de senyals visuals de mamífers ja s’ha aclarit i s’està desenvolupant un dispositiu que pot reconèixer més del 90% d’objectes en 10 categories diferents en 5 segons.
Un treball addicional sobre el sensor té com a objectiu reduir la seva mida (hauria de ser comparable a l’aparell visual humà), augmentant la seva força i fiabilitat. En última instància, el sensor hauria de ser capaç de reconèixer objectes de més de 20 categories diferents en menys de 2 segons, a una distància de fins a 4 km.
Viouslybviament, DARPA no s’aturarà aquí i el següent sensor ja superarà la capacitat de visió humana.
Neurotecnologia
(Tecnologies de les Neurociències)
Neurointerfície no invasiva
El programa utilitza els últims avenços en neuropsicologia, neuroimatge, biologia molecular i ciències cognitives per protegir les funcions cognitives d’un soldat exposat a l’estrès diari, tant físic com mental. Les dures condicions del camp de batalla degraden habilitats tan importants com la memòria, l’aprenentatge, la presa de decisions i la multitarea. Així, la capacitat del lluitador per reaccionar de forma ràpida i adequada disminueix bruscament.
Els efectes a llarg termini d’aquest tipus d’estrès, tant moleculars com conductuals, encara són poc coneguts. El programa de neurotecnologia utilitza els darrers desenvolupaments en ciències relacionades, així com tecnologies de neurointerfície, desenvolupant models moleculars dels efectes de l’estrès agut i crònic en humans i trobant maneres de protegir, mantenir i restaurar les funcions cognitives del soldat.
A nivell molecular i genètic, DARPA estudia quatre tipus principals d’estrès (mental, físic, malaltia i privació del son), com es pot mesurar amb precisió i els mecanismes d’adaptació i resposta inadequada a l’estrès.
El 2009, l'ús d'avenços en neurociències va reduir la velocitat d'entrenament dels soldats en dues vegades. S’estan desenvolupant mètodes per millorar l’eficàcia de l’aprenentatge, millorar l’atenció i la memòria de treball; les interfícies neuronals haurien de ser més ràpides i fàcils d’utilitzar.
Biodisseny
(BioDesign)
El biodisseny és l’ús de la funcionalitat dels sistemes vius. El biodisseny s’aprofita dels poderosos coneixements de la natura, alhora que elimina les conseqüències no desitjades i accidentals del desenvolupament evolutiu mitjançant la biologia molecular i l’enginyeria genètica.
El programa amb un nom tan inofensiu estudia, ni més ni menys, el mecanisme de transmissió del senyal de mort cel·lular i les formes de silenciar aquest senyal. El 2011 es crearan colònies de cèl·lules regeneradores que puguin existir indefinidament, segons l'informe; el seu ADN contindrà un codi especial que protegeix contra la falsificació, així com alguna cosa com un número de sèrie, "com una pistola".
M'agradaria creure que els pirates informàtics xinesos encara aconseguiran trencar el codi de seguretat de les cèl·lules immortals, llançar-los al mercat en grans quantitats i posar-los a disposició de tothom.
Interfície neuronal fiable
(Tecnologia fiable d’interfície neuronal)
Nanocobertura d’implant cerebral
El programa es dedica al desenvolupament i aprofundiment de la tecnologia que extreu informació del sistema nerviós i la transfereix a "dispositius per augmentar els graus de llibertat" (màquines de grau de llibertat), per exemple, extremitats artificials. La neurointerfície no és una tecnologia nova i ha sabut provocar decepció a molts perquè encara no pot superar els mecanismes inventats per la natura. Però DARPA no es desanima, estudia el sistema nerviós perifèric, amplia el nombre de canals per augmentar la quantitat d'informació transmesa a través de la neurointerfície i desenvolupa fonamentalment nous tipus d'aquests dispositius. El 2011 es preveu fer una interfície neuronal amb un centenar de canals, mentre que no n’hauria de fallar més d’un en un any.
Cèl·lules immortals, edició del genoma, òrgans i teixits artificials, immunitat que funciona perfectament, materials amb propietats fonamentalment noves, intel·ligència artificial, robots conscients i programes; sembla que cada projecte DARPA s’acosta a la seva manera a una extensió radical de la vida humana, en proteïnes. ja sigui en un cos, o en un de artificial.
Robust, humanoide, immortal: potser així serà el cyborg el 2045?
La creixent modelització de xarxes neuronals està preparant l’escenari per a la transferència de consciència a un altre cos i la robòtica crea cossos cada vegada més perfectes. Potser els biòlegs estaran per davant dels matemàtics i físics, i l’edició del genoma, eliminant de l’ADN seccions aleatòries, innecessàries i perilloses que s’hi han acumulat durant l’evolució, acabarà esdevenint tan comuna i accessible com anar a una perruqueria.
Combinar totes aquestes tecnologies serà com una reacció en cadena que genera tots els nous avenços de la ciència. DARPA té prou coneixement, habilitats i diners per fer-ho. Però, per què els militars necessiten un soldat immortal que sobrevisqui tant als seus comandants com als seus creadors?
Una persona immortal és un projecte igual en el seu idealisme a l'exploració espacial, la seva fatalitat, potser, no té igual, i els recursos necessaris per a la seva implementació són insignificants en comparació amb el resultat.
Aristòtil, Hegel i Darwin van sistematitzar el coneixement recollit per moltes generacions dels seus predecessors, que poca gent recorda. Els coneixements sobre elements químics s’han anat acumulant durant segles; Mendeleev els va resumir a la seva famosa taula i va passar a la història. "Si veia més lluny que altres, era només perquè em posava a les espatlles dels titans", li agradava repetir a Isaac Newton.
Les tecnologies disperses que ens acosten a la immortalitat esperen algú que les reunirà i les unirà amb un objectiu comú. M’agradaria que Rússia ho fes: un país a la recerca de la seva identitat, on, malgrat tot, l’escola científica encara és forta i els idealistes no s’han extingit.
