10 проектов DARPA, о которых нужно знать всем
Американское агентство передовых оборонных исследовательских проектов DARPA было создано в 1958 году в ответ на запуск советского «Спутника». Цель у агентства была простая: чтобы Америка никогда больше не села в лужу в технологической гонке. Если не говорить о США, то в своей области DARPA с блеском достигло поставленных целей, косвенно или напрямую поспособствовав развитию бесчисленных технологических инноваций, которые изменили миллионы жизней, от «стелсов» до GPS и, конечно, ARPANET, предшественника современного Интернета. Американский военно-промышленный комплекс по-прежнему инвестирует много денег в развитие технологий. Давайте изучим десять современных проектов DARPA, которые могли бы перевернуть наш мир.
Memex
Click to viewВ феврале 2015 года DARPA анонсировало, что работает над созданием поисковой системы для так называемого «глубинного веба», «глубокой паутины» (Deep Web). Большая часть глубинного веба либо недоступна, либо доступна только через зашифрованные сети вроде Tor или 12P. Хотя поисковые системы вроде Google, Bing или Yahoo технически могут расширить индексацию и включить Deep Web, у них есть не так много коммерческих стимулов для осуществления этого. Тем не менее не так давно DARPA объявило о разработке поискового движка Memex.
Большая часть изначального стимула, стоящего за разработкой Memex, заключалась в помощи государственным и правоохранительным органам в поиске по узкому набору интересов и получению больше полезных результатов, чем выдают обычные коммерческие поисковики, например, на тему работорговли, торговли наркотиками и человеческими органами. Будучи первоначально разработанным для правительственного и военного применения, Memex привлекает все больше внимания как потенциальный конкурент Google ввиду своих потенциальных гражданских и коммерческих применений.
Вот как один из членов Memex описал конечные цели проекта:
«Продвинутые технологии рыскания и выскабливания в вебе, с частичкой искусственного интеллекта и машинного обучения, которые будут в состоянии получить практически любую информацию в Интернете в автоматизированном режиме. Наша система однажды станет армией роботов-стажеров, которые будут искать в Интернете за вас, пока вы будут заниматься важными вещами вроде просматривания видео с котиками».
Воспроизведение активной памяти
Задача RAM Replay - RAM в этом случае отвечает за «восстановление активной памяти» - помочь отдельным людям в восстановлении эпизодических воспоминаний и навыков. Ученые надеются разработать способы усиления декларативной (отвечающей за факты и опыт) и процедурной памяти (бессознательная информация, позволяющая индивиду использовать приобретенные навыки).
Исследования на животных показали, что накопленная память бессознательно активируется во время сна и бодрствования в процессе нейронного воспроизведения, который в терминах активности мозга близко воспроизводит паттерны, соответствующие кодированию памяти. DARPA изучает, как активировать процесс этого воспроизведения, частоту активации и время между проявлением каждого воспроизведения после определенной работы памяти с задачами, требующими навыка. Ученые показали, что сенсорные сигналы (например, конкретные запахи) и электрическая стимуляция кожи головы может повлиять на то, как хорошо человек заучивает определенный навык. Понимание этих процессов откроет перед нами физиологические или окружающие факторы, которые влияют на качество приобретения воспоминаний или навыков.
Управляющий программой доктор Джастин Санчес говорит следующее:
«Нетрадиционные методы работы с памятью сегодня присутствуют повсюду, от простой мнемоники до сложных приложений для смартфонов. Но многие из этих методов сосредоточены лишь на некоторых из многих аспектов, которые влияют на память. В долгосрочной перспективе мы надеемся, что RAM Replay будет определять базовые механизмы укрепления памяти и приведет к общему набору решений, применимых к проблеме надежности памяти в мире, все более наполняющимся информацией. Это может принести пользу гражданским лицам и военнослужащим в сферах общего образования, переквалификации и повышении осведомленности в боевых условиях».
Энергетически автономный тактический робот
В 2012 году в Интернете расползлись слухи о том, что военные США работают над жутким плотоядным роботом. К счастью, слухи остались слухами. DARPA разработало робота под названием Energy Autonomous Tactical Robot, или EATR. Разработанный потреблять растительную биомассу для получения энергии, он оснащен захватом и бензопилой для сбора веточек, травинок, бумаги и древесных щепок с целью дальнейшей переработки для получения энергии. Он не нуждается в традиционных источниках энергии, но, впрочем, способен при необходимости черпать энергию из них (бензин, тяжелое топливо, керосин, дизель, пропан, уголь, растительное масло и солнечная энергия). Задача робота - поддерживать боевые группы непосредственно на поле боя, перенося снаряжение и другие материалы, обеспечивая оружием и поддержкой, убирая жертвы и обеспечивая традиционным источником питания.
Родился целый шквал зловещих новостей на тему того, что военные разрабатывают роботов-людоедов для боя. Опасения, что эта технология будет использоваться на людях, беспочвенные, говорит Гарри Шоелл, генеральный директор Cyclone Power Technologies, компании, разрабатывающей робота на деньги DARPA: «Мы полностью понимаем обеспокоенность общественности о футуристических роботах, которые питаются людьми, но это не наша миссия». Компания выбрала «строго вегетарианский» путь для своих роботов.
Можно расслабиться. Кроме того, маловероятно, что на поле боя появятся роботы, питающиеся падалью, так как осквернение мертвых считается военным преступлением. У этой технологии есть ряд потенциальных гражданских применений, например, возможность работы автомобиля на основе пищевых отходов, когда нет денег на бензин.
Сюжетные сети
Поскольку Запад теряет почву в войне идей на фоне развития таких угроз, как ИГИЛ, американские военные становятся крайне заинтересованы в определении того, как истории и сюжеты влияют на человеческое мышление и поведение. Имея это в виду, они разработали программу Narrative Networks, спроектированную, чтобы «брать сюжеты и делать их численно анализируемыми в строгой, прозрачной и проверяемой манере». Ранние исследования были сосредоточены на наблюдении за распространением идей через социальные сети, но теперь проект сместил фокус на анализ микрофациальных движений (едва заметных движений лица) и МРТ-сканирования для определения эффекта, который истории и идеи оказывают на людей.
Из одного документа DARPA:
«Сюжеты оказывают мощное влияние на человеческие мысли, эмоции и поведение и могут быть особенно важными в контексте безопасности. В разрешении конфликтов и антитеррористических сценариях обнаружение нервной реакции, лежащей в основе эмпатии, вызванной историей, может иметь решающее значение».
Некоторые из последних исследований включали студентов, подключенных к МРТ-машинам, которым показывали фильмы Хичкока, а также «Чужих», «Мизери», «Скалолаз» и другие. Результаты показали, что надвигающиеся эмоциональные угрозы приводят к сокращению пространственной и концептуальной осведомленности об окружающем мире.
Конечная цель заключается в создании устройства, которое может тайком обнаружить влияние определенного нарратива на психику человека. Как говорит DARPA, «настоятельно рекомендуются усилия, которые полагаются на отдельные, неинвазивные и необнаружимые датчики». Некоторых беспокоит интерес DARPA к такой технологии, к примеру, антрополога Хью Гастерсона:
«Большинство рациональных людей считают, что мы будем спать спокойней в мире, где никто не занимается военной неврологией. Но для некоторых людей в Пентагоне это слишком вкусно, чтобы игнорировать».
Хищные патогены и эпидемическое прогнозирование
Рост устойчивых к антибиотикам бактерий становится угрозой для мира, в равной степени из-за потенциала использования в террористических атаках и из-за появления новой эпидемии. DARPA решило мыслить нестандартно и выяснить, как заставить бактерий работать на нас, а не против нас. Идея заключается в том, чтобы использовать живые хищные патогены для лечения бактериальных инфекций, вызванных биологическим оружием и антибиотико-резистентных патогенов. Некоторые хищные патогены вроде Bdellovibrio bacteriovorus и Micavibrio aeruginosavorus показали, что охотятся более чем на 100 разных человеческих патогенов, включая некоторые устойчивые к лекарствам. Это потенциально открывает путь к использованию терапевтического лечения на основе хищных микроорганизмов.
По мнению DARPA, есть три вопроса, на которые нужно ответить перед разработкой возможной терапевтической системы на основе хищников: во-первых, будут ли хищные патогены опасны или токсичны для организма хозяина. Во-вторых, насколько эффективные такие патогены против целевых патогенов. Наконец, важно знать, могут ли патогены выработать устойчивость против хищников. Ответив на эти вопросы, мы сможем наверняка проложить путь к эффективному лечению бактерий по сравнению с традиционными методиками.
DARPA также работает над другими программами, чтобы помочь человечеству совладать с вредоносными бактериями. В рамках программы THoR, агентство изучает природу иммунитета носителя (то есть нас), изучая иммунитет и уровень толерантности у людей и животных. По мнению полковника Мэтью Хэпберна, «понимание фундаментальных механизм толерантности и передачи может открыть путь к снижению смертности от мощных угроз вроде резистентных к лечению микробами бактерий».
Также DARPA работает над способами лучшего прогнозирования, как патогены могут эволюционировать и распространяться, надеясь разработать лучшие контрмеры против эпидемий. В 2014 году агентство запустило конкурс CHIKV, в рамках которого команды ученых получили наборы данных, связанных с распространением вируса Chikungunya в Америке. Команда победителей в лице профессора математики Джойслин Лега и ассистент-эпидемиолог Хейди Браун из Аризонского университета смогли последовательно «оценить число, продолжительность и пик случаев заболевания Chikungunya, которые произошли в 2014 и 2015 годах на Карибах». Согласно Хейди, «цель заключается в том, чтобы уметь удержать развитие эпидемии, будучи в состоянии предсказать эволюцию вируса так же, как прогнозисты погоды могут предсказать погоду на завтра».
Современные вакуумные трубки
Вакуумные трубки - это устройства, которые контролируют электричество, направляя ток между двумя или более электродами в вакууме. Изобретенные в 1904 году, они были оплотом многих ранних систем электроники, включая радио, телевидение, радары, записывающее оборудование и компьютеры, пока их не сменили полупроводники, которые были меньше и могли похвастать большей эффективностью и долговечностью. Вакуумные трубки продолжали использоваться в старых телевизорах и мониторах до появления плазменных экранов и светодиодов, а вакуумная трубка, известная как магнетрон, когда-то была важным компонентом радаров и до сих пор присутствует в современных микроволновках. Также вакуумные трубки по-прежнему используют в спутниках связи ввиду их надежности и эффективности на орбите.
Хотя большинство полагает, что солнце вакуумных трубок совсем зашло, DARPA считает, что может вдохнуть новую жизнь в эту технологию с помощью своей пограммы Vacuum Electronic Science and Techology (INVEST). Вакуумные трубки имеют преимущество перед твердотельной электроникой в том, что способны работать при температурах и условиях, которые уничтожат полупроводники. Другое преимущество вакуумных трубок в том, что они могут функционировать при таких высоких частотах и коротких длинах волн (в миллиметровом волновом диапазоне), на которые современные устройства не рассчитаны. Так можно создать радиосигналы, которые будут «громче» и которые будет труднее интерферировать, что, в свою очередь, откроет ряд новых радиочастот в ранее неиспользуемых частях электромагнитного спектра, который стал забиваться в радио- и микроволновом диапазоне из-за распространения коммерческих устройств связи.
Цель программы INVEST - преодолеть технические ограничения производства вакуумных трубок, вроде экзотических материалов, трудоемкого процесса и необходимости точных машин для их производства. Конечная цель - разработать новые методы производства вакуумных трубок, которые, возможно, будут задействовать 3D-принтеры. Это даст военным и гражданским доступ к полосе электромагнитных частот, которую традиционные технологии связи достичь не могут.
Джаз-роботы
В принципе, у нас уже имеются программы искусственного интеллекта, которые могут производить собственную музыку. Они работают за счет анализа выхода людей-композиторов, отмечают похожие характеристики и производят псевдооригинальные произведения на основе анализа. Это круто, но у DARPA есть планы побольше. Хотя современной системе определенно несложно производить искусственную классическую музыку или анализировать любой жанр, производя что-то, что можно слушать, DARPA надеется создать роботов, которые смогут производить и воспроизводить качественный джаз.
Причина, почему был выбран джаз, очевидна: он требует импровизации, и это может помочь ученым научить роботов самостоятельно решать структурированную проблему. Группа ученых из Аризонского университета получила финансирование от DARPA, чтобы научить программное обеспечение с искусственным интеллектом лабать джаз так, чтобы в дальнейшем создать роботов, способных без труда играть вместе с людьми-музыкантами. Для достижения этой цели ИИ должны уметь принимать спонтанные решения в реальном времени, которые будут зависеть от постоянно меняющихся условий, и неважно, будет это поле боя или джаз-клуб.
Руководитель проекта Келланд Томас объясняет процесс так:
«Мы собираемся создать базу данных музыкальной транскрипции: каждое соло Майлза Дэвиса и каждое соло Луиса Армстронга будет разобрано вручную. Мы собираемся разработать методы машинного обучения для анализа этих соло и поиска глубоких отношений между нотами и гармонией, и это будет информировать систему - это будет ее база знаний».
Разработать алгоритмов глубокого обучения, которая позволит существовать джаз-роботам и боевым ИИ быстрого реагирования, будет очень непростой, но в случае успеха перевернет мир. Как минимум, поколение плотоядных роботов к 2030 году сможет слабать нормальный джаз перед ужином.
XS-1
Космический шаттл был разработан на гребне мечты о разработке многоразового космического аппарата, который можно будет запускать снова и снова, но шаттл был многоразовым лишь отчасти. DARPA объединилось с авиационными компаниями Northrop Grumman, Scaled Composites и Virgin Galactic, чтобы создать многоразовый летающий аппарат с вертикальным взлетом и горизонтальной посадкой для экспериментального проекта космического самолета XS-1. Цель - разработка беспилотного космического самолета, который сможет вертикально взлетать в условиях минимальной инфраструктуры, ускоряться до 10 махов или достигать низкой околоземной орбиты, выпускать 1400 килограммов полезного груза и возвращаться на Землю, приземляясь традиционным способом.
DARPA говорит, что программа должна «продемонстрировать технологию, способную изготовить и запустить к границе с космосом многоразовый самолет». Надежда в том, чтобы построить космический самолет, способный достигать орбиты 10 раз за 10 дней, и снизить стоимость каждого полета до 5 миллионов долларов, что в пять раз дешевле, чем сейчас. Проект NASA и Boeing начала 90-х под названием X-37B был передан DARPA в 2004 году и с тех пор частично перехвачен ВВС США в 2006 году. И все же X-37B требует ракету Atlas V для выхода на орбиту.
XS-1 задумывался как улучшенная ракетная система, использующая сверхзвуковое движение для вывода другого аппарата на низкую околоземную орбиту. Работа над космическим самолетом могла бы привести к разработке новых технологий, позволяющих достичь космоса с небывалой легкостью. DARPA сообщало, что «ожидает от исполнителей исследование альтернативных технических подходов с точки зрения технологичности, производительности, дизайна система и стоимости разработки и обслуживания. Они также должны оценить потенциальную пригодность для параллельных применений этой технологии в военных, гражданских и коммерческих целях».
За пределами GPS
Система GPS для навигации и времени имеет важное значение для военных операций и гражданской жизни современности, но у нее есть свои недостатки: она зависит от спутников, восприимчива к помехам и ее можно обмануть. Многие военные операции проводятся в районах, где GPS недоступна и недостижима, и части современной структуры GPS полагаются на российскую систему ГЛОНАСС в некоторых областях. DARPA работает над созданием ряда новых технологий, которые смогут обойти недостатки GPS.
Одна программа является простым обновлением текущей системы, она называется QuASAR. Система GPS полагается на атомные часы, и, вследствие относительности, для движущихся на орбите спутников время идет немного быстрее, чем для стационарных часов на земле. Атомные часы - лучший современный метод для синхронизации системы и поддержания ее в функциональном и точном состоянии. DARPA надеется улучшить текущую систему, исследуя достижения в резонаторах наноэлектромеханических систем и азотные «вакансии» в центрах алмазов, чтобы создать атомные и псевдоатомные сенсоры, работающие близко к стандартным квантовым пределам. Это обеспечит создание более портативных и надежных атомных часов, сделает системы связи менее уязвимыми к заглушке, а GPS-позиционирование - еще более точным.
DARPA также надеется вообще заменить GPS-систему. Документ от 2015 года говорит следующее:
«Необходимость иметь возможность эффективно работать в районах, где GPS недоступна, ненадежна или потенциально уязвима для противника, создает спрос на альтернативные возможности точной синхронизации времени и навигации. Чтобы удовлетворить этот спрос, DARPA инвестирует в кардинально новые технологии, имеющие потенциал обеспечить ориентировку, навигацию и время военным системам качества GPS, включая новые системы инерциального измерения, использующие интерферометрию холодных атомов; самокалибрующиеся гироскопы чиповых размеров, акселерометры и часы; активируемые импульсным лазером атомные часы и источники микроволн».
DARPA изучает методы, не задействующие GPS, для достижения точного позиционирования, навигации и синхронизации времени, чтобы их можно было развернуть на поле боя. Сюда входят инерциальные системы размером с копейку, импульсные лазеры, использование нетрадиционных точек для позиционирования, вроде спутников связи, радио- и телевизионных сигналов, записываемых ударов молний. Как правило, технология, разрабатываемая для надежной системы глобального позиционирования, найдет применение не только в военной сфере, но и в мирных коммуникационных и навигационных системах.
Гремлины
Дроны постепенно становятся все меньше и проворнее, с земли ими может управлять даже ребенок. DARPA хочет поднять ставку от первых дронов, которые можно запускать с земли и возвращать на землю, до первых дронов, которые можно запускать с крупных самолетов. Агентство называет их «гремлинами», то есть «воображаемыми озорными бесами, которые стали талисманами удачи для многих британских пилотов во времена Второй мировой». Они станут недорогими многоразовыми дронами, способными выполнять роли разведчиков, разумных наблюдателей, да и просто следить за обстановкой. Также их можно будет использовать для устранения целей. В теории «гремлины» могут налететь на вражеский самолет, заглушить связь и радар, обескуражить пилота, оставаясь слишком малыми и многочисленными, чтобы их можно было сбить ракетой или пулеметом.
«Гремлинов» придется делать многоразовыми, но долгоживущими, наряду с «недорогим и недолгоживущим носителем». По мнению руководителя программы в DARPA Дэна Патта, «мы не будем выбрасывать весь носитель, двигатель, авионику и полезный груз после каждой миссии, как в случае с ракетами, но и не хотим поддерживать полное обеспечение и затраты, как в случае с современными многоразовыми системами, рассчитанными на десятилетия работы». Также потребуется хороший искусственный интеллект и ориентация в пространстве, чтобы дроны могли вылетать и возвращаться в авианосец, избегая столкновений в процессе операций. Несложно представить также, как небольшие, разумные и более маневренные военные дроны очень скоро проникнут в область гражданских применений.
«Гремлины» - не единственные продвинутые дроны, которые разрабатывает DARPA. Многие считают дроны преимущественно воздухоплавательной технологией, но DARPA планирует расширить ее также и в морские просторы в форме роботизированных морских платформ. Эти глубоководные узлы могли бы рассеяться по океаническому дну, будучи дистанционно управляемыми при необходимости. Затем они могут всплыть наружу, выпустив водные или воздушные снаряды. Такая система позволила бы разместить военное снаряжение на дне моря до востребования.
Некоторые опасаются, что увеличение милитаризации океанов может иметь тяжелые последствия. В докладе института ООН по исследованию проблем разоружения сказано, что эта технология представляет собой новый способ расширения военных действий в ранее относительно «нетронутой» морской среде, что потребует внедрения новых наборов правил и нормативов, которые еще только предстоит разработать:
«Многие мировые конфликты и горячие точки расположены в прибрежных или оспариваемых водах. С ростом уровня моря, изменением погодных условий и других последствий глобального потепления, доступ к ранее непроходимым областям окажется в морской среде и станет стратегическим пунктом для постоянно растущего числа государств.
Военно-морские роботы, столкновение геополитических интересов и нечеткие международные законы и нормы ведения войны в морских условиях могут потенциально привести к трагическим ситуациям, которые могут затронуть всех нас».