DARPA Pentagon-biologen beloven de dood te overwinnen, synthetische replicanten te spawnen en het Amerikaanse leger te voorzien van rijen gehandicapte cyborgs
Begin april kondigde het Amerikaanse Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA, de voorwaartse onderzoeksvleugel van het Pentagon) de opening aan van een nieuwe biotechnologiedivisie, het Biological Technologies Office. Haar missie is om biologie in dienst te stellen van de nationale veiligheid, van het verslaan van epidemieën tot het creëren van synthetische soldaten. Tegelijkertijd werd het budget van de afdeling voor het volgende fiscale jaar aangekondigd - $ 2,9 miljard.
De status van DARPA als een vooraanstaande bron van innovatie valt niet te ontkennen. De essentie van het agentschap is om er voortdurend voor te zorgen dat de Amerikaanse militaire technologie altijd geavanceerder is dan zijn concurrenten. Enkele van de recente initiatieven van het bureau zijn: de creatie van de mensachtige ATLAS-robots en vele andere soorten robotica; slimme prothesen die echte tactiele sensaties overbrengen; het programmeren van kunstmatige neurale netwerken - in feite computers op basis van de cognitieve functies van het menselijk brein. Tegen de achtergrond van deze technologische wonderen, precies overgenomen van de pagina's van de klassieke cyberpunkromans van de jaren tachtig, is het niet langer verrassend om gewoon een soort zelflerende supercomputer te ontwerpen. Als er in de toekomst een volwaardige kunstmatige intelligentie wordt gecreëerd, zal dit niet worden gedaan door IT-bedrijven, maar door de duistere genieën van het Pentagon (die trouwens ook de voorouders van internet zijn).
DARPA heeft al eerder de nodige aandacht besteed aan biotechnologie, maar tot nu toe hadden ze geen toegewijde afdeling om al het onderzoek op dit interdisciplinaire gebied te coördineren. Dit is precies wat de Biotechnology Development Authority, die is opgericht om 'de steeds dynamischer kruispunten van biologie en natuurkunde te verkennen', wil corrigeren.
DARPA-directeur Arathi Prabhakar, die eind maart voor congresleden in het Huis van Afgevaardigden sprak, zei dat "biologie de ultieme vernieuwer van de natuur is, en voor elk bureau dat op innovatie vertrouwt, zou het dwaas zijn om zich niet tot deze meester van complexe relaties voor inspiratie en aanwijzingen."
“Tegenwoordig neemt biologie zijn plaats in tussen de belangrijkste wetenschappen die de toekomst van defensietechnologie vertegenwoordigen … De programma's van het biotechnologiebureau variëren in het breedste bereik: van individuele cellen tot organismen en hun populaties; vanaf het moment waarop het zenuwsignaal wordt doorgegeven tot het moment waarop een nieuw niesvirus zich na een niesbui over de planeet verspreidt. Het biotechnologiebureau zal de uiterst complexe mechanismen van natuurlijke processen bestuderen en aantonen dat ze kunnen worden toegepast voor nationale defensiedoeleinden,”- zei in een persbericht van DARPA.
Russian Planet maakte kennis met de meest veelbelovende programma's van de nieuwe afdeling van de afdeling.
Ah, zeg niet: "Bloed uit een wond." Dit is wild
Een van de prioritaire gebieden van het werk van het biotechnologiebureau is de hightech rehabilitatie van Amerikaanse militaire soldaten na verschillende soorten verwondingen. Volgens het US Army Institute for Surgical Research is bloedverlies de belangrijkste doodsoorzaak op het slagveld. Verschillende DARPA-onderzoeken zijn gericht op het oplossen van dit probleem. Het leger heeft nog steeds niets perfecter dan een eenvoudig gaasverband om het bloeden te stoppen. De effectiviteit is extreem laag, want als het bloed niet stopt, moet het verband vrijwel onmiddellijk worden vervangen. Er is helemaal geen manier om latente bloedingen op zijn plaats te stoppen. Daarom sterven veel soldaten niet alleen op het slagveld, maar ook in transport op weg naar de medische eenheid.
Arati Prabhakar.
Onlangs kondigde startup-bedrijf RevMedx een aangepaste spuit aan die het wondgebied vult met 1-inch chitosan-sponzen die opzwellen en bloedingen blokkeren. Maar alleen uitwendige bloedingen stoppen op deze manier. DARPA-specialisten gingen verder en kondigden de oprichting aan van het zogenaamde "stasissysteem" - tot nu toe is alleen bekend dat dit een "schuimmateriaal" is dat bloedingen zelfs in de buikholte stopt. De FDA zal binnenkort het eerste prototype van een draagbaar injectieapparaat goedkeuren.
Zelfs als het bloedverlies niet kan worden vermeden, zal een andere ontwikkeling van de afdeling het niet zo levensbedreigend maken, waardoor het leger wordt gered van de dreiging van hypoxie veroorzaakt door bloedingen. Wetenschappers werken aan een medicijn op basis van waterstofsulfide, waarvan de injectie de fysiologische processen in het lichaam vertraagt. Bij dierproeven bleek dat waterstofsulfide de behoefte aan organen in zuurstof vermindert, waarvan een acuut tekort bloedverlies veroorzaakt. De injectie van een dergelijke stof zal de tijd die een vechter kan doorbrengen na fataal bloedverlies op het slagveld aanzienlijk verlengen, wachtend op een transfusie. Zo hopen ze dat de soldaat in DARPA zichzelf kan injecteren, in een "slaaptoestand" terechtkomt en kan wachten tot medische hulp is uitgestorven - tot enkele dagen.
Gehandicapte cyborgs
Medewerkers van uitzendbureaus zijn zich terdege bewust van de bijna onbeperkte mogelijkheden die de Amerikaanse autoriteiten hen bieden en hebben geen last van valse bescheidenheid. Een programma voor de ontwikkeling van geavanceerde prothesen wordt bijvoorbeeld zonder problemen "Revolutionizing Prosthetics" genoemd. Het werd gelanceerd in 2006, maar staat nu volledig onder de controle van het biotechbureau.
Al die tijd zijn onderzoekers bezig geweest met het ontwerpen van handprothesen, die vanuit medisch en technisch oogpunt veel moeilijker zijn dan kunstmatige benen. Een van de revolutionaire prothesen, het Arm System Gen-3, is al gelegaliseerd door de FDA. Volgens de website van het bureau waren deze "geavanceerde mechatronische ledematen" de eersten die in de buurt kwamen van de functionaliteit van echte menselijke handen. De doelen van het programma zijn nog uitdagender dan de naam. En DARPA verbergt ze helemaal niet: in de toekomst zullen er geen gehandicapte veteranen in de Verenigde Staten zijn, maar er zullen gehandicapte mensen in de gelederen zijn - alleen robotachtige.
"Als onderdeel van de Prosthetics Revolution wordt de functionaliteit van prothesen voor de bovenste ledematen verbeterd, zodat op een dag militairen die hun armen hebben verloren, weer in dienst kunnen komen", zegt het programma.
Specifieke taken omvatten het maken van door de geest bestuurde prothesen en neurocomputerinterfaces voor geamputeerden en verlamden. Op NPR's Marketplace op 31 maart zei Arati Prabhakar dat biotechnologen al een enorme stap hebben gezet op dit gebied. Vooruitgang in de corticale micro-elektrodetechnologie heeft de verbinding tussen het zenuwstelsel en cybernetische lichaamsdelen zo sterk gemaakt dat gedachtegestuurde prothesen geleidelijk een dagelijkse routine worden, en patiënten die samenwerken, gebruiken al het 'betrouwbare neuro-interfacesysteem' van het Pentagon. Toekomstig onderzoek "zal de capaciteit van perifere interfaces verbeteren om nog meer informatie over ledemaatcontrole te verwerken, wat geamputeerden nog meer functionaliteit zal geven."Neurofysiologen werken eraan om het signaal in beide richtingen te krijgen - zodat de prothese niet alleen door de geest wordt bestuurd, maar zelf tactiele signalen terugstuurt naar het zenuwstelsel, waardoor een gevoel van echte fysieke aanraking ontstaat.
Een gehandicapte persoon met prothetische robotarmen. Foto: DARPA
“We hebben vrijwilligers met verlamming van alle vier de ledematen die hebben ingestemd met een hersenoperatie. Het gaat om het plaatsen van een chip op de cortex die de neuronen van de motorzone aanstuurt en deze omleidt om nieuwe, zeer geavanceerde prothetische robotarmen te besturen. In zekere zin hebben we de deur geopend - de verbinding tussen het menselijk brein en de rest van de wereld. Laat je fantasie de vrije loop om te zien hoe ver dit ons zal brengen”, aldus de directeur van DARPA.
Een apart programma is gewijd aan geheugenherstel. Volgens artsen hebben sinds 2000 meer dan 270.000 Amerikaanse soldaten hoofdletsel van verschillende complexiteit opgelopen, wat heeft geleid tot een verslechtering of volledige disfunctie van het werkgeheugen. Ondanks de omvang van het probleem bestaan er momenteel geen effectieve behandelingen. Om hun geheugen te herstellen, werkt het biotechbureau aan een multidisciplinaire neurotechnologie die "gegevensverwerking, wiskundige modellering en geavanceerde interfaces" combineert. Het resultaat zou een "implanteerbaar neuraal apparaat" moeten zijn dat het geheugen van soldaten zal herstellen door bepaalde hersengebieden te neurostimuleren.
Een ander initiatief is gericht op het uitbannen van posttraumatische stressstoornis (PTSS, "Vietnam Syndroom"), die extreem veel voorkomt onder soldaten die de gevechten hebben doorgemaakt. In de beste gevallen leidt het tot depressie en migraine, in het slechtste geval tot uitbarstingen van agressie onder de terugkerende soldaten of zelfmoord. Moderne benaderingen - medicijnen en psychotherapie - kunnen alleen de ergste symptomen van dit ernstige mentale syndroom verlichten. Militaire artsen hopen ook PTSS volledig te verslaan door een neurostimulator in de hersenen te implanteren.
Als onderdeel van zijn neurowetenschappelijk onderzoek raadpleegt DARPA (althans suggereert dat te geloven) een panel van deskundigen over ethische, juridische en sociale implicaties. Prabhakar sluit niet uit dat een deel van dit onderzoek niet alleen gericht zal zijn op revalidatie, maar ook op het aanpassen van de hersenen van gezonde vechters.
Als we begrijpen hoe de hersenen omgaan met complexe systemen, zullen we misschien begrijpen hoe precies informatie aan een persoon moet worden verstrekt, zodat hij deze beter kan assimileren. Dit zal de toekomst zijn waarin we radicaal nieuwe manieren van interactie zullen leren tussen de complexiteit van het menselijk brein en de complexiteit van de wereld om ons heen', zegt het hoofd van het innovatiebureau.
Mens-machine-interfaces kunnen heel goed worden aangepast om door robots te worden bestuurd. En als ingenieurs vandaag al een hersengestuurde civiele quadrocopter aan het ontwikkelen zijn, waarom verwachten we dan niet dat militaire drones vroeg of laat worden bestuurd via neutroneninterfaces van DARPA?
Mind-gecontroleerde quadcopter.
En ze maakten een replica van synthetisch stof
Het bureau wedt dat de volgende generatie defensietechnologie het voorbeeld van natuurlijk, biologisch leven zal volgen. Synthetische biologie wordt een van de belangrijkste werkgebieden van het biotechnologiebureau - het bureau verwacht een soort krankzinnige genetische plant te lanceren voor de productie van nooit eerder bestaande biologische materialen met onontgonnen eigenschappen op basis van een cocktail van levende cellen, eiwitten en DNA. Het doel is om enerzijds kunstmatige maar levende supermaterialen te creëren die gebruikt zullen worden voor de volgende generatie mechanische en elektrische gadgets, en anderzijds om letterlijk nieuwe levensvormen te creëren met functionaliteit die op dit moment moeilijk voor te stellen is. Maar dit klinkt niet zo fantastisch, aangezien wetenschappers eind maart de oprichting aankondigden van het eerste synthetische "designer"-chromosoom in de geschiedenis van de mensheid.
Bio-ingenieurs vormden een substantieel deel van het personeel van de nieuw geopende onderafdeling. Aangezien "biologische engineering een krachtige technologie is die van invloed kan zijn op vele gebieden" van het menselijk leven, zijn Pentagon-biologen van plan om zorgvuldig een theoretische basis voor te bereiden - geleidelijk "biologische transformatie in technische praktijk, voorbereiding van gereedschappen, technologieën, methodologieën en infrastructuur." Bioengineering-programma's in laboratoria maken gebruik van de nieuwste ontwikkelingen in synthetische biologie, genomica en proteomics, die bijdragen aan de hoge veiligheid van onderzoek en het voorkomen van "ongewenste afgifte van micro-organismen". Blijkbaar heeft DAPRA veel gehoord over de gevaren van een zombie-apocalyps.
Ondanks alle voorzorgsmaatregelen hebben bio-ingenieurs al meer dan ambitieuze projecten aangekondigd. Een van de meest mysterieuze programma's loopt onder de voorlopige titel Biochronicity. Volgens bio-ingenieurs, hoewel "de biologische klok bijna alle functies in het menselijk lichaam regelt", is er nog steeds geen duidelijk idee hoe ze de celcyclus, het metabolisme, veroudering en celdood precies beïnvloeden. Blijkbaar zal de afdeling inbreuk maken op het metabolisme en de veroudering van een persoon, ze onder controle krijgen en het gevechtsvermogen en het uithoudingsvermogen van soldaten aanzienlijk vergroten - zowel in termen van regeneratie na lichamelijk letsel als immuniteit tegen ziekten.
Enkele jaren geleden heeft het DARPA Biodesign-programma, waarin het Pentagon niet minder onsterfelijke synthetische wezens creëert, al een plons gemaakt. Het doel is om de "willekeur van evolutie" te overwinnen: "Biodesign gebruikt een systeem van technische methoden in combinatie met biotechnologie en synthetische chemische technologie om nieuwe bruikbare attributen te creëren. Biodesign zal de onvoorspelbaarheid van natuurlijke evolutionaire ontwikkeling verminderen door middel van genetische manipulatie en moleculaire biologie. Dit gebied omvat kunstmatig gerichte moleculaire reacties die de weerstand tegen celdoodsignalen verhogen (…)”. In het geval dat het plan van het bureau in het meest bedreigende scenario misgaat, zoals meestal het geval is bij horror, hebben geschapen wezens een speciaal triggermolecuul voor zelfvernietiging, dat op afstand kan worden geactiveerd. Zoals de auteur van het technische blog Motherboard schrijft: "Waarom hebben we mechanische robots nodig als je een replica kunt maken om deel te nemen aan oorlogen? We hebben nog niet veel gehoord over potentiële synthetische Pentagon-soldaten, maar volgend jaar wordt nog 19,3 miljoen dollar toegewezen aan het Biodesign-programma."
Een wereld zonder ziekte
De epidemiologische vleugel van het bureau zal zoeken naar manieren om epidemieën te voorkomen en de gevolgen van een hypothetische dodelijke wereldwijde pandemie te verzachten (een ander populair plot van sciencefiction-rampenfilms). Wetenschappers zijn van mening dat de onvoorspelbaarheid van ziekte-uitbraken een duidelijk teken is van ons slechte begrip van de dynamiek van het ontstaan en de verspreiding van epidemieën.
Volgens het Amerikaanse National Institute of Allergy and Infectious Diseases zijn 44% van alle pathogenen die in de afgelopen 20 jaar zijn gemeld, RNA-virussen. Ze worden gekenmerkt door extreem hoge mutatiesnelheden, waardoor ze zich kunnen aanpassen aan een veranderende omgeving, zoals gebeurde tijdens de H1N1-pandemie ("varkensgriep") van 2009. Bovendien kunnen zelfs de sterkste antibiotica nutteloos worden, omdat infecties geleidelijk resistentie tegen geneesmiddelen ontwikkelen, zoals het geval is met de onoverwinnelijke vorm van gonorroe.
Het programma met de klinkende titel "Prophecy" bestudeert de evolutie van virussen om toekomstige virale mutaties te voorspellen. Het uiteindelijke doel is het creëren van "preventieve" medicijnen en vaccins voor ziekten die de mensheid in de toekomst kunnen bedreigen. Biologen gaan de virale evolutie natuurlijk niet op wiskundige modellen voorspellen, maar op een volledig experimentele manier. In feite zal het bureau zich bezighouden met het kweken van virussen. Gevaarlijke pathogenen zullen in het laboratorium worden gekweekt en gediagnosticeerd in alle stadia van mutaties waar ze doorheen gaan. Op basis van deze informatie kan worden voorspeld in welke richting deze of gene ziekte zich zal ontwikkelen. Virologen merken nederig op dat ze in laboratoriumomstandigheden alleen die "virale mutaties zullen proberen te herhalen die van nature al zijn opgetreden en zijn gedocumenteerd" - waarschijnlijk om hen ervan te overtuigen dat ze niet per ongeluk een virus zullen creëren dat niet eens op de planeet bestaat in een natuurlijke omgeving. …
Op de vraag wat het biotechbureau de Heilige Graal heeft, vatte de directeur van DARPA samen: “Dit is een nieuwe klasse materialen met eigenschappen die we nooit eerder zouden hebben gekregen. Dit is een nieuwe manier van interactie met het menselijk brein en het oplossen van de mysteries van cognitieve functies. En we zijn ervan overtuigd dat er al technieken zijn waarmee we de verspreiding van infectieziekten kunnen overtreffen."
