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| L'Ufficio Tecnologie Biologiche sviluppa nuovi strumenti per supportare la salute, la forma fisica e l'allenamento dei combattenti in modo che la forza possa esibirsi al massimo delle capacità indipendentemente dalla missione. Tecnologie come i sensori di idrogel incorporati misurano continuamente la chimica del corpo e offrono agli individui e ai comandanti una visibilità in tempo reale sulla prontezza della squadra. |
Di Justin Sanchez e Jacob Jordan
Il potere e la sfida della biologia come base della tecnologia risiedono nella sua adattabilità e resilienza e da questi attributi scaturiscono i semi della sorpresa. La missione della DARPA è quella di dominare la sorpresa, e quindi l'agenzia ha abbracciato la biotecnologia e concentrato i suoi investimenti sulla mitigazione delle minacce alla salute umana e sulla stabilità globale, sul miglioramento dell'addestramento e della prontezza militare e sul ripensamento degli attuali approcci alle tradizionali missioni di difesa. In questo settimo decennio di innovazione basata sul DARPA, l'ufficio di tecnologie biologiche di 4 anni (BTO) è destinato a trasformare la biologia da una specializzazione di nicchia all'interno del Dipartimento della Difesa (DOD) in una fonte fondamentale di capacità ad alto impatto, tra protezione impostata, rilevamento, comando, controllo e comunicazioni.
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| La minaccia di forzare la salute e la prontezza delle malattie infettive è persistente e in evoluzione. BTO sta sviluppando una serie di contromisure a minacce naturali e ingegnerizzate, come le tecnologie per prevedere l'evoluzione e la diffusione virale, contenere malattie all'interno dei giacimenti di animali, interrompere la capacità dei vettori di malattie di trasmettere virus e controllare o rimediare agli effetti dei geni editor. |
Darpa non è solo in questo gioco. A livello generale, la crescente convenienza e accessibilità degli strumenti per modificare i sistemi biologici significa che altre nazioni, e persino individui, hanno le risorse per progettare sistemi e organismi per avere funzioni alterate o nuove.
Considera la drastica riduzione del costo del sequenziamento di un genoma, associato a strumenti ampiamente disponibili per l'editing dei geni. Ora, praticamente qualsiasi persona in qualsiasi luogo potrebbe sperimentare modificazioni genetiche. Gran parte di questa ricerca ha fini positivi, ma tutte le biotecnologie hanno il potenziale per essere a duplice uso. E c'è sempre il rischio di conseguenze indesiderate.
L'applicazione di biotecnologie da parte di un avversario è un'area in cui gli Stati Uniti potrebbero essere più sorpresi come nazione, ma è anche una fonte di grande potenziale, in cui gli Stati Uniti potrebbero sviluppare una serie di nuove sorprese proprie.
L'integrazione delle biotecnologie nelle operazioni DOD richiede uno sforzo deliberato, a partire dalla familiarizzazione dei potenziali utenti finali con le tecnologie emergenti, dalla dimostrazione delle capacità in contesti rilevanti per le missioni DOD e dalla creazione di opportunità per integrare tali capacità nelle organizzazioni DOD. Parte della sfida di DARPA è rompere i sottili preconcetti istituzionali su ciò che è e non è possibile. Una generazione di leader militari cresciuti con una dieta fantascientifica potrebbe essere incline a relegare perpetuamente determinate biotecnologie in un futuro vago. Ma, in effetti, il talentuoso elenco di gestori di programmi e attori della ricerca di BTO non solo opera alle frontiere della scienza, ma pensa oltre, e i semi di quegli strumenti e capacità che potrebbero sembrare fantastici esistono già oggi.
L'importanza emergente delle tecnologie biologiche per la sicurezza nazionale è un importante fattore decisionale per il Dr. Steven Walker, direttore del DARPA. “La biologia percorre ogni aspetto del Dipartimento della Difesa. Le persone che servono, le missioni che svolgono e le tecnologie che facilitano le loro prestazioni esistono tutte in un mondo organico, e stiamo costruendo gli strumenti per interagire con quel mondo in nuovi modi ", ha detto Walker. "Mentre il DOD accelera la sua spinta alla modernizzazione, le tecnologie che escono da BTO potrebbero trasformare il modo in cui i servizi svolgono le loro missioni e DARPA si impegna a facilitare l'integrazione delle capacità biologiche nella forza totale".
Dalla sua istituzione nel 2014, BTO ha ottimizzato il suo approccio, le operazioni e il portafoglio di ricerca per creare opportunità di transizione delle capacità rilevanti per la difesa agli utenti finali militari e, in alcuni casi, alla società in generale. Tale strategia prevede la valutazione di ampie classi di sfide piuttosto che singole minacce, l'ampliamento dell'ambito della biotecnologia a missioni che non hanno tradizionalmente avuto una componente biologica aperta e la riduzione dei vari rischi associati all'adozione delle nuove tecnologie.
Considera la drastica riduzione del costo del sequenziamento di un genoma, associato a strumenti ampiamente disponibili per l'editing dei geni. Ora, praticamente qualsiasi persona in qualsiasi luogo potrebbe sperimentare modificazioni genetiche. Gran parte di questa ricerca ha fini positivi, ma tutte le biotecnologie hanno il potenziale per essere a duplice uso. E c'è sempre il rischio di conseguenze indesiderate.
L'applicazione di biotecnologie da parte di un avversario è un'area in cui gli Stati Uniti potrebbero essere più sorpresi come nazione, ma è anche una fonte di grande potenziale, in cui gli Stati Uniti potrebbero sviluppare una serie di nuove sorprese proprie.
L'integrazione delle biotecnologie nelle operazioni DOD richiede uno sforzo deliberato, a partire dalla familiarizzazione dei potenziali utenti finali con le tecnologie emergenti, dalla dimostrazione delle capacità in contesti rilevanti per le missioni DOD e dalla creazione di opportunità per integrare tali capacità nelle organizzazioni DOD. Parte della sfida di DARPA è rompere i sottili preconcetti istituzionali su ciò che è e non è possibile. Una generazione di leader militari cresciuti con una dieta fantascientifica potrebbe essere incline a relegare perpetuamente determinate biotecnologie in un futuro vago. Ma, in effetti, il talentuoso elenco di gestori di programmi e attori della ricerca di BTO non solo opera alle frontiere della scienza, ma pensa oltre, e i semi di quegli strumenti e capacità che potrebbero sembrare fantastici esistono già oggi.
L'importanza emergente delle tecnologie biologiche per la sicurezza nazionale è un importante fattore decisionale per il Dr. Steven Walker, direttore del DARPA. “La biologia percorre ogni aspetto del Dipartimento della Difesa. Le persone che servono, le missioni che svolgono e le tecnologie che facilitano le loro prestazioni esistono tutte in un mondo organico, e stiamo costruendo gli strumenti per interagire con quel mondo in nuovi modi ", ha detto Walker. "Mentre il DOD accelera la sua spinta alla modernizzazione, le tecnologie che escono da BTO potrebbero trasformare il modo in cui i servizi svolgono le loro missioni e DARPA si impegna a facilitare l'integrazione delle capacità biologiche nella forza totale".
Dalla sua istituzione nel 2014, BTO ha ottimizzato il suo approccio, le operazioni e il portafoglio di ricerca per creare opportunità di transizione delle capacità rilevanti per la difesa agli utenti finali militari e, in alcuni casi, alla società in generale. Tale strategia prevede la valutazione di ampie classi di sfide piuttosto che singole minacce, l'ampliamento dell'ambito della biotecnologia a missioni che non hanno tradizionalmente avuto una componente biologica aperta e la riduzione dei vari rischi associati all'adozione delle nuove tecnologie.
Reinventare gli approcci alle minacce biologiche
Gli Stati Uniti affrontano una potenziale minaccia alla sicurezza nazionale ogni volta che si verifica un nuovo focolaio di malattia infettiva in qualsiasi parte del mondo.
La diffusione nazionale dell'influenza H1N1 nel 2009, la diffusione della Sindrome respiratoria del Medio Oriente in Indiana nel 2013 e la presenza di Ebola in Texas nel 2014 sono i recenti ricordi di questa realtà. Una singola particella virale ha il potere di replicare miliardi di volte, introducendo malattie trasmissibili nelle grandi città, travolgendo i sistemi ospedalieri, incitando al terrore di massa e riducendo drasticamente la prontezza delle nostre funzioni militari, governative ed infrastrutturali, che richiedono tutti una buona salute personale per eseguirli. E in questo mondo connesso, un virus può fare il giro del pianeta su aerei di linea in meno di 36 ore.
Gli Stati Uniti affrontano una potenziale minaccia alla sicurezza nazionale ogni volta che si verifica un nuovo focolaio di malattia infettiva in qualsiasi parte del mondo.
La diffusione nazionale dell'influenza H1N1 nel 2009, la diffusione della Sindrome respiratoria del Medio Oriente in Indiana nel 2013 e la presenza di Ebola in Texas nel 2014 sono i recenti ricordi di questa realtà. Una singola particella virale ha il potere di replicare miliardi di volte, introducendo malattie trasmissibili nelle grandi città, travolgendo i sistemi ospedalieri, incitando al terrore di massa e riducendo drasticamente la prontezza delle nostre funzioni militari, governative ed infrastrutturali, che richiedono tutti una buona salute personale per eseguirli. E in questo mondo connesso, un virus può fare il giro del pianeta su aerei di linea in meno di 36 ore.
I rischi derivanti da focolai naturali sono solo una preoccupazione. I recenti progressi della biologia sintetica e l'editing genetico hanno ridotto le barriere di vecchia data all'ingresso per gli attori nefasti che desiderano sviluppare biotecnologie ingegnerizzate.
In questo modo non è più necessaria una comprensione dettagliata della biologia molecolare, delle capacità di laboratorio bagnato o dell'accesso ai patogeni vivi. La diffusa disponibilità e il costo ridotto del sequenziamento del DNA, e soprattutto la sintesi del DNA, hanno reso possibile la ricostituzione di agenti patogeni sradicati - ricercatori statunitensi e canadesi hanno riferito nel 2017 di aver sintetizzato il virus Horsepox - e di crearne di nuovi. I progressi nell'editing genetico aprono anche la strada a modifiche dirette al genoma umano e alla costruzione di "impulsi genetici" che prevalgono sull'eredità tradizionale nella prole in modi che possono propagare tratti specifici e funzioni biologiche in un'intera popolazione.
Esiste attualmente una discrepanza tra la rapidità con cui le bio-minacce possono emergere e proliferare e i tempi di risposta per lo sviluppo e l'implementazione di contromisure efficaci. Le tecnologie di biodifesa tradizionali sono progettate principalmente per contrastare agenti patogeni noti e, ancora, richiedono tempi di consegna lunghi per sviluppare risposte. Se è possibile creare una contromisura di successo, questa deve essere prodotta in serie e immagazzinata in preparazione a un'emergenza su vasta scala. Questo ciclo richiede abbastanza tempo per minacce note e prevedibili. Può essere tragicamente lento quando si tratta di agenti patogeni sconosciuti, che possono diffondersi su scale pandemiche prima che i ricercatori possano escogitare contromisure.
In questo modo non è più necessaria una comprensione dettagliata della biologia molecolare, delle capacità di laboratorio bagnato o dell'accesso ai patogeni vivi. La diffusa disponibilità e il costo ridotto del sequenziamento del DNA, e soprattutto la sintesi del DNA, hanno reso possibile la ricostituzione di agenti patogeni sradicati - ricercatori statunitensi e canadesi hanno riferito nel 2017 di aver sintetizzato il virus Horsepox - e di crearne di nuovi. I progressi nell'editing genetico aprono anche la strada a modifiche dirette al genoma umano e alla costruzione di "impulsi genetici" che prevalgono sull'eredità tradizionale nella prole in modi che possono propagare tratti specifici e funzioni biologiche in un'intera popolazione.
Esiste attualmente una discrepanza tra la rapidità con cui le bio-minacce possono emergere e proliferare e i tempi di risposta per lo sviluppo e l'implementazione di contromisure efficaci. Le tecnologie di biodifesa tradizionali sono progettate principalmente per contrastare agenti patogeni noti e, ancora, richiedono tempi di consegna lunghi per sviluppare risposte. Se è possibile creare una contromisura di successo, questa deve essere prodotta in serie e immagazzinata in preparazione a un'emergenza su vasta scala. Questo ciclo richiede abbastanza tempo per minacce note e prevedibili. Può essere tragicamente lento quando si tratta di agenti patogeni sconosciuti, che possono diffondersi su scale pandemiche prima che i ricercatori possano escogitare contromisure.
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| Il programma Advanced Plant Technologies considera gli impianti come sensori discreti e autosufficienti in grado di rilevare segnali di interesse e segnalarli attraverso risposte programmate e monitorate a distanza agli stimoli ambientali. |
Consapevole di questa dinamica sensibile al tempo, DARPA struttura le sue contromisure mediche in R&S per perseguire piattaforme tecnologiche generalizzabili e potenzialmente pericolose che possono essere personalizzate su richiesta, piuttosto che creare soluzioni una tantum per affrontare le singole minacce non appena emergono. Il vaccino antinfluenzale deve essere riformulato ogni anno perché il virus dell'influenza muta, quindi la comunità medica gioca sempre di recupero. Immagina se, in preparazione per la prossima stagione influenzale - o peggio, il prossimo scoppio di Ebola o Zika - uno strumento terapeutico esistente potesse essere rapidamente e facilmente personalizzato per combattere il patogeno specifico, fermando l'epidemia sulle sue tracce. Questo tipo di incendio tecnologico potrebbe eliminare i rischi per la sicurezza nazionale causati dalle malattie infettive.
Il programma Pandemic Prevention Platform (P3) di BTO racchiude in sé uno di questi approcci, con l'ambizioso obiettivo di fermare una pandemia in 60 giorni o meno.
Si basa sulla ricerca pionieristica DARPA sulla terapia codificata da geni ed è progettato per ottenere una maggiore potenza ed efficienza terapeutica rispetto alle contromisure tradizionali utilizzando il corpo umano come bioreattore.
Quando gli individui sono esposti ai patogeni, i loro corpi rispondono producendo anticorpi protettivi e altre risposte immunologiche. Alcuni di questi sono forti e altamente protettivi, mentre altri sono deboli e quasi inefficaci. P3 mira a fornire il codice genetico per gli anticorpi più potenti direttamente in una persona che necessita di protezione in modo che possano produrre i propri agenti di difesa in situ. Questo approccio elude approcci più lenti, tradizionali, basati su vaccini o protocolli di produzione bioterapica che coinvolgono uova di gallina, animali o piante. Utilizzato in combinazione con altri metodi di screening ad alto rendimento per identificare le terapie antivirus, tutto ciò che è necessario per combattere un virus noto, emergente o ingegnerizzato è il codice genetico (la sua sequenza di nucleotidi A, T, G e C) di un anticorpo efficace. Traducendo il codice genetico di quell'anticorpo in un terapeutico prodotto direttamente dalle cellule all'interno del corpo, i ricercatori possono ridurre drasticamente il tempo dall'identificazione del virus alla creazione di una contromisura efficace e approvata e, in definitiva, aprire la strada alla distribuzione tempestiva delle contromisure all'interno la finestra temporale prima di un'epidemia può infuriarsi in una pandemia.
Il gestore del programma P3, Col. Matt Hepburn, M.D., sta ora lavorando per tradurre una prova iniziale del concetto in una capacità dispiegata superando i restanti colli di bottiglia nel processo. "Stiamo lavorando per dimostrare la capacità di aumentare rapidamente le quantità di virus necessarie per testare e valutare le terapie, identificare gli anticorpi e aumentarne la potenza entro le prime settimane di un focolaio e ridimensionare i metodi per fornire trattamenti agli esseri umani", ha affermato Hepburn.
Il programma Pandemic Prevention Platform (P3) di BTO racchiude in sé uno di questi approcci, con l'ambizioso obiettivo di fermare una pandemia in 60 giorni o meno.
Si basa sulla ricerca pionieristica DARPA sulla terapia codificata da geni ed è progettato per ottenere una maggiore potenza ed efficienza terapeutica rispetto alle contromisure tradizionali utilizzando il corpo umano come bioreattore.
Quando gli individui sono esposti ai patogeni, i loro corpi rispondono producendo anticorpi protettivi e altre risposte immunologiche. Alcuni di questi sono forti e altamente protettivi, mentre altri sono deboli e quasi inefficaci. P3 mira a fornire il codice genetico per gli anticorpi più potenti direttamente in una persona che necessita di protezione in modo che possano produrre i propri agenti di difesa in situ. Questo approccio elude approcci più lenti, tradizionali, basati su vaccini o protocolli di produzione bioterapica che coinvolgono uova di gallina, animali o piante. Utilizzato in combinazione con altri metodi di screening ad alto rendimento per identificare le terapie antivirus, tutto ciò che è necessario per combattere un virus noto, emergente o ingegnerizzato è il codice genetico (la sua sequenza di nucleotidi A, T, G e C) di un anticorpo efficace. Traducendo il codice genetico di quell'anticorpo in un terapeutico prodotto direttamente dalle cellule all'interno del corpo, i ricercatori possono ridurre drasticamente il tempo dall'identificazione del virus alla creazione di una contromisura efficace e approvata e, in definitiva, aprire la strada alla distribuzione tempestiva delle contromisure all'interno la finestra temporale prima di un'epidemia può infuriarsi in una pandemia.
Il gestore del programma P3, Col. Matt Hepburn, M.D., sta ora lavorando per tradurre una prova iniziale del concetto in una capacità dispiegata superando i restanti colli di bottiglia nel processo. "Stiamo lavorando per dimostrare la capacità di aumentare rapidamente le quantità di virus necessarie per testare e valutare le terapie, identificare gli anticorpi e aumentarne la potenza entro le prime settimane di un focolaio e ridimensionare i metodi per fornire trattamenti agli esseri umani", ha affermato Hepburn.
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| Il programma Persistent Aquatic Living Sensors promette di portare nuove risorse alla sfida di rilevare e caratterizzare i veicoli sottomarini in acque strategiche. |
Passando dalla scoperta alle capacità del mondo reale
La chiave della visione di BTO è che le capacità biotecnologiche hanno un ruolo nel DOD ben oltre la difesa della salute umana e della guerra biologica. Al centro di questa visione sono le crescenti interazioni tra i campi dell'editing genetico, della scienza dei materiali, dell'intelligenza artificiale e di altre specializzazioni.
I problemi di vecchia data della sicurezza nazionale stanno crescendo in complessità e stanno iniziando a spingersi contro i limiti dell'ingegneria tradizionale in una varietà di contesti operativi. Sia a terra che in mare, il DOD impiega persone e attrezzature per mantenere un overmatch militare in spazi vasti e diversi. E le persone che svolgono queste missioni devono ora interagire più frequentemente con sistemi autonomi o semi-autonomi che lavorano a velocità più elevate di quanto gli umani possano elaborare senza assistenza.
Gli approcci della biotecnologia stanno iniziando a presentare un'alternativa interessante a soluzioni che in precedenza erano basate esclusivamente sull'ingegneria, perché a differenza dei sistemi elettrici e meccanici, i sistemi biologici sono persistenti, adattabili, autonomi, efficienti dal punto di vista energetico e discreti quando distribuiti nei loro ambienti nativi. Il team di responsabili e programmi del programma BTO - un gruppo di scienziati e ingegneri della vita - ha deciso di evolvere le capacità di sicurezza nazionale abbracciando quelle proprietà uniche.
Il Dr. Blake Bextine, un entomologo di formazione che si è unito alla DARPA nel 2016, ha capito che le piante potevano integrare i tradizionali sensori militari in ambienti complessi per rilevare segnali di interesse. "Le piante sono molto in sintonia con l'ambiente circostante e manifestano naturalmente risposte fisiologiche a stimoli come luce e temperatura, quindi DARPA ha chiesto se è possibile riprogrammare quelle capacità di rilevazione e segnalazione di stimoli come agenti patogeni e agenti di minaccia", ha affermato Bextine.
Vuole applicare gli ultimi progressi nelle tecnologie di modifica del genoma per sviluppare persistenti sensori vegetali che non solo rilevano e segnalano segnali di interesse - ovvero minacce chimiche, biologiche, radiologiche, nucleari ed esplosive (CBRNE) - ma che sono anche abbastanza robusto per sopravvivere sul posto e riprodursi. Progettando anche questi meccanismi di risposta dei sistemi che possono essere monitorati a distanza utilizzando l'hardware esistente a terra, aereo o spaziale, questa nuova tecnologia basata su impianti potrebbe in definitiva ridurre il rischio per le truppe ora incaricate di mantenere i tradizionali sensori basati su hardware in contestazione le zone.
Molti dei ricercatori che lavorano con BTO non sono abituati a pensare al proprio lavoro nel contesto della sicurezza nazionale. "DARPA ha risvegliato le comunità dell'agricoltura e dell'orticoltura verso opportunità che prima non esistevano", ha affermato Bextine. "Ora che abbiamo creato queste connessioni con i mondi della difesa e dell'intelligence, sono entusiasta di vedere cos'altro possono contribuire i biologi."
BTO sta mettendo concetti simili per lavorare nel settore marittimo.
"Proiettare potere e mantenere la consapevolezza negli oceani è sempre stato fondamentale per la sicurezza nazionale, ma la vasta scala e l'ambiente aspro sono una fonte infinita di sfide", ha affermato il dott. Lori Adornato, chimico e scienziato oceanico che ha aderito al DARPA nel 2017. " La biologia offre nuove opportunità a DOD per ottenere risultati migliori con meno risorse. "
Quest'anno Adornato ha lanciato il programma Persistent Aquatic Living Sensors con la visione di attingere alle capacità di rilevamento naturali degli organismi marini per aiutare a rilevare, rintracciare e monitorare sottomarini avversari, veicoli sottomarini senza pilota e subacquei. Nella vera forma DARPA, il suo concetto prende segnali una volta considerati rumori di fondo e li trasforma in una nuova modalità di rilevamento.
"Gli operatori del sonar sui sottomarini spesso sentono i gamberi e altri organismi diventare attivi quando le navi passano e hanno lavorato per anni per ridurre al minimo quei segnali. DARPA ha chiesto: "Bene, non possiamo usare quei segnali a nostro vantaggio?", Ha spiegato Adornato.
In altri settori in cui opera DOD, è la biologia umana che potrebbe entrare in gioco. I membri del servizio controllano già complessi sistemi militari in circostanze stressanti e, in futuro, il ritmo e la complessità delle missioni aumenteranno solo quando più sistemi semi-autonomi entreranno online. BTO sta sviluppando tecnologie che possono aiutare il personale a operare in modo più collaborativo e intuitivo con questi sistemi e a prendere decisioni informate a velocità tatticamente rilevanti.
La chiave della visione di BTO è che le capacità biotecnologiche hanno un ruolo nel DOD ben oltre la difesa della salute umana e della guerra biologica. Al centro di questa visione sono le crescenti interazioni tra i campi dell'editing genetico, della scienza dei materiali, dell'intelligenza artificiale e di altre specializzazioni.
I problemi di vecchia data della sicurezza nazionale stanno crescendo in complessità e stanno iniziando a spingersi contro i limiti dell'ingegneria tradizionale in una varietà di contesti operativi. Sia a terra che in mare, il DOD impiega persone e attrezzature per mantenere un overmatch militare in spazi vasti e diversi. E le persone che svolgono queste missioni devono ora interagire più frequentemente con sistemi autonomi o semi-autonomi che lavorano a velocità più elevate di quanto gli umani possano elaborare senza assistenza.
Gli approcci della biotecnologia stanno iniziando a presentare un'alternativa interessante a soluzioni che in precedenza erano basate esclusivamente sull'ingegneria, perché a differenza dei sistemi elettrici e meccanici, i sistemi biologici sono persistenti, adattabili, autonomi, efficienti dal punto di vista energetico e discreti quando distribuiti nei loro ambienti nativi. Il team di responsabili e programmi del programma BTO - un gruppo di scienziati e ingegneri della vita - ha deciso di evolvere le capacità di sicurezza nazionale abbracciando quelle proprietà uniche.
Il Dr. Blake Bextine, un entomologo di formazione che si è unito alla DARPA nel 2016, ha capito che le piante potevano integrare i tradizionali sensori militari in ambienti complessi per rilevare segnali di interesse. "Le piante sono molto in sintonia con l'ambiente circostante e manifestano naturalmente risposte fisiologiche a stimoli come luce e temperatura, quindi DARPA ha chiesto se è possibile riprogrammare quelle capacità di rilevazione e segnalazione di stimoli come agenti patogeni e agenti di minaccia", ha affermato Bextine.
Vuole applicare gli ultimi progressi nelle tecnologie di modifica del genoma per sviluppare persistenti sensori vegetali che non solo rilevano e segnalano segnali di interesse - ovvero minacce chimiche, biologiche, radiologiche, nucleari ed esplosive (CBRNE) - ma che sono anche abbastanza robusto per sopravvivere sul posto e riprodursi. Progettando anche questi meccanismi di risposta dei sistemi che possono essere monitorati a distanza utilizzando l'hardware esistente a terra, aereo o spaziale, questa nuova tecnologia basata su impianti potrebbe in definitiva ridurre il rischio per le truppe ora incaricate di mantenere i tradizionali sensori basati su hardware in contestazione le zone.
Molti dei ricercatori che lavorano con BTO non sono abituati a pensare al proprio lavoro nel contesto della sicurezza nazionale. "DARPA ha risvegliato le comunità dell'agricoltura e dell'orticoltura verso opportunità che prima non esistevano", ha affermato Bextine. "Ora che abbiamo creato queste connessioni con i mondi della difesa e dell'intelligence, sono entusiasta di vedere cos'altro possono contribuire i biologi."
BTO sta mettendo concetti simili per lavorare nel settore marittimo.
"Proiettare potere e mantenere la consapevolezza negli oceani è sempre stato fondamentale per la sicurezza nazionale, ma la vasta scala e l'ambiente aspro sono una fonte infinita di sfide", ha affermato il dott. Lori Adornato, chimico e scienziato oceanico che ha aderito al DARPA nel 2017. " La biologia offre nuove opportunità a DOD per ottenere risultati migliori con meno risorse. "
Quest'anno Adornato ha lanciato il programma Persistent Aquatic Living Sensors con la visione di attingere alle capacità di rilevamento naturali degli organismi marini per aiutare a rilevare, rintracciare e monitorare sottomarini avversari, veicoli sottomarini senza pilota e subacquei. Nella vera forma DARPA, il suo concetto prende segnali una volta considerati rumori di fondo e li trasforma in una nuova modalità di rilevamento.
"Gli operatori del sonar sui sottomarini spesso sentono i gamberi e altri organismi diventare attivi quando le navi passano e hanno lavorato per anni per ridurre al minimo quei segnali. DARPA ha chiesto: "Bene, non possiamo usare quei segnali a nostro vantaggio?", Ha spiegato Adornato.
In altri settori in cui opera DOD, è la biologia umana che potrebbe entrare in gioco. I membri del servizio controllano già complessi sistemi militari in circostanze stressanti e, in futuro, il ritmo e la complessità delle missioni aumenteranno solo quando più sistemi semi-autonomi entreranno online. BTO sta sviluppando tecnologie che possono aiutare il personale a operare in modo più collaborativo e intuitivo con questi sistemi e a prendere decisioni informate a velocità tatticamente rilevanti.
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| Con l'aumentare del ritmo e della complessità dei combattimenti moderni, i combattenti richiedono nuovi strumenti per aiutarli a rimanere coinvolti in modo significativo. BTO continua a dimostrare nuove funzionalità per l'interfacciamento intuitivo con sistemi complessi. Ad esempio, tecnologie emergenti come le interfacce neurali non invasive potrebbero, in futuro, consentire ai piloti di controllare gruppi di velivoli senza pilota fornendo comandi di alto livello e mantenendo il controllo mentre i sistemi si adattano a condizioni in rapida evoluzione per completare la missione. |
Basandosi su una ricca storia di scoperte finanziate dalla DARPA, gli artisti che supportano il portafoglio di ricerche sul cervello di BTO stanno offrendo strumenti e metodi sempre più sofisticati per consentire al cervello di una persona di comunicare con dispositivi esterni [vedi "Portare la neurotecnologia nel nuovo territorio"].
DARPA ha dimostrato il controllo neurale diretto di un arto robotico, il ripristino della sensazione tattile a un paziente paralizzato, il miglioramento della memoria a breve termine e l'accelerazione dei tempi di allenamento.
Queste anteprime del potere della neurotecnologia hanno coinvolto principalmente dispositivi impiantati chirurgicamente e finora sono stati diretti a ripristinare la funzionalità per le persone che hanno subito gli effetti di lesioni o malattie. Ci vorranno ulteriori scoperte per spostare la neurotecnologia in un fattore di forma che lo rende ampiamente applicabile alle operazioni DOD, anche per l'esecuzione di missioni tattiche e la pianificazione strategica.
Il dottor Al Emondi, neuroscienziato e ingegnere elettrico, si è unito alla BTO l'anno scorso per affrontare questa sfida. "Il nostro obiettivo n. 1 è quello di sviluppare collegamenti di comunicazione con il cervello che non richiedono un intervento chirurgico", ha affermato Emondi. "Un'interfaccia neurale ad alte prestazioni e non invasiva aprirebbe possibilità come addestramento immersivo, nuove forme di interazione con i sistemi di intelligenza artificiale, miglioramento della consapevolezza situazionale e analisi dell'intelligenza e gestione delle attività distribuita con macchine per accelerare il processo decisionale tattico e liberare le funzioni cognitive per la pianificazione strategica. È una tecnologia potenzialmente fondamentale per la prossima generazione di sistemi DOD".
Costruire partenariati, controllare i rischi e massimizzare i benefici
Per i sistemi avanzati di biotecnologia come le interfacce neurali e gli editor di geni, il percorso che dimostra la capacità dell'utente finale non è né semplice né diretto. BTO struttura i suoi programmi per ridurre sistematicamente varie forme di rischio per facilitare tale transizione. Dall'agevolazione della revisione normativa all'attrazione di ulteriori investimenti all'avvio del dialogo su potenziali preoccupazioni legali ed etiche, i responsabili del programma BTO guidano le loro tecnologie fino a quando possono prosperare dopo la fine del coinvolgimento di DARPA.
Dal punto di vista etico, i dirigenti della DARPA e i gestori dei programmi comprendono che qualsiasi tecnologia può essere utilizzata nel bene o nel male. Che si tratti di energia nucleare o di Internet, una capacità sviluppata per uno scopo può essere facilmente assegnata a un altro in un modo che alla fine influisce sulla società nel suo insieme. DARPA prevede che le tecnologie biologiche permetteranno soprattutto molti aspetti della sicurezza nazionale e del mondo commerciale. In previsione dell'uso futuro degli strumenti e delle capacità che sviluppa, BTO enfatizza la trasparenza, la condivisione dei dati e la pubblicazione dei risultati e avvia discussioni critiche sulle implicazioni etiche, legali e sociali (ELSI) della ricerca attiva e proposta.
DARPA ha dimostrato il controllo neurale diretto di un arto robotico, il ripristino della sensazione tattile a un paziente paralizzato, il miglioramento della memoria a breve termine e l'accelerazione dei tempi di allenamento.
Queste anteprime del potere della neurotecnologia hanno coinvolto principalmente dispositivi impiantati chirurgicamente e finora sono stati diretti a ripristinare la funzionalità per le persone che hanno subito gli effetti di lesioni o malattie. Ci vorranno ulteriori scoperte per spostare la neurotecnologia in un fattore di forma che lo rende ampiamente applicabile alle operazioni DOD, anche per l'esecuzione di missioni tattiche e la pianificazione strategica.
Il dottor Al Emondi, neuroscienziato e ingegnere elettrico, si è unito alla BTO l'anno scorso per affrontare questa sfida. "Il nostro obiettivo n. 1 è quello di sviluppare collegamenti di comunicazione con il cervello che non richiedono un intervento chirurgico", ha affermato Emondi. "Un'interfaccia neurale ad alte prestazioni e non invasiva aprirebbe possibilità come addestramento immersivo, nuove forme di interazione con i sistemi di intelligenza artificiale, miglioramento della consapevolezza situazionale e analisi dell'intelligenza e gestione delle attività distribuita con macchine per accelerare il processo decisionale tattico e liberare le funzioni cognitive per la pianificazione strategica. È una tecnologia potenzialmente fondamentale per la prossima generazione di sistemi DOD".
Costruire partenariati, controllare i rischi e massimizzare i benefici
Per i sistemi avanzati di biotecnologia come le interfacce neurali e gli editor di geni, il percorso che dimostra la capacità dell'utente finale non è né semplice né diretto. BTO struttura i suoi programmi per ridurre sistematicamente varie forme di rischio per facilitare tale transizione. Dall'agevolazione della revisione normativa all'attrazione di ulteriori investimenti all'avvio del dialogo su potenziali preoccupazioni legali ed etiche, i responsabili del programma BTO guidano le loro tecnologie fino a quando possono prosperare dopo la fine del coinvolgimento di DARPA.
Dal punto di vista etico, i dirigenti della DARPA e i gestori dei programmi comprendono che qualsiasi tecnologia può essere utilizzata nel bene o nel male. Che si tratti di energia nucleare o di Internet, una capacità sviluppata per uno scopo può essere facilmente assegnata a un altro in un modo che alla fine influisce sulla società nel suo insieme. DARPA prevede che le tecnologie biologiche permetteranno soprattutto molti aspetti della sicurezza nazionale e del mondo commerciale. In previsione dell'uso futuro degli strumenti e delle capacità che sviluppa, BTO enfatizza la trasparenza, la condivisione dei dati e la pubblicazione dei risultati e avvia discussioni critiche sulle implicazioni etiche, legali e sociali (ELSI) della ricerca attiva e proposta.
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| Programmi come Biological Control, Biostasis, BRICS, ElectRx, HAPTIX e Neural Engineering System Design gettano le basi per potenti nuove funzionalità per preservare la salute delle truppe, facilitare il recupero e ripristinare la funzione. |
In tutte le fasi dei programmi BTO, incluso lo sviluppo iniziale dei concetti del programma, i responsabili del programma si consultano con consulenti ELSI indipendenti e non pagati per valutare potenziali preoccupazioni, fornire feedback sui piani di ricerca proposti e sui risultati non appena disponibili e partecipare alle riunioni del programma con i ricercatori. Inoltre, questi consulenti aiutano a condividere idee DARPA con la più ampia comunità di ricerca in modo che altri possano unirsi al dialogo sulle tecnologie che potrebbero trovare ampia applicazione.
Operare alle frontiere della scienza e della tecnologia significa che BTO e i suoi partner di ricerca sono tra i primi a confrontarsi con le implicazioni di nuove capacità e spesso non esiste una guida chiara su come affrontare le preoccupazioni. Poiché non è un'opzione per stare lontano da quegli spazi, mentre BTO esplora questa terra in incognita, cerca di dare l'esempio su come incorporare le norme etiche nella ricerca.
In pratica, BTO forma partenariati tra agenzie all'inizio del ciclo di vita del programma per garantire che lo sviluppo tecnologico segua un percorso rilevante per le autorità di regolamentazione e i potenziali utenti finali.
Organizzazioni come la Environmental Protection Agency, la Food and Drug Administration e il Department of Agriculture prestano esperienza su farmaci, dispositivi medici e tecnologie che coinvolgono piante e animali. Tali interazioni forniscono preziose indicazioni su come facilitare la revisione normativa, mentre l'Agenzia per la riduzione delle minacce alla difesa e l'Autorità di ricerca e sviluppo avanzata biomedica forniscono percorsi tangibili per spostare le tecnologie sviluppate dalla BTO in test operativi e valutazione.
Al di là di queste relazioni intragovernative, BTO ha bisogno dell'aiuto di aziende, università, venture capitalist e imprenditori per affinare le tecnologie e spostare le innovazioni verso i membri del servizio, i pazienti e i consumatori. Poiché molte biotecnologie sono così nuove, nonostante i primi risultati promettenti, potrebbero essere ancora diversi anni prima che un prodotto maturo sia pronto per l'integrazione diretta nelle operazioni DOD. Nel frattempo, i tempi potrebbero essere maturi per un'impresa commerciale per investire ulteriori fondi di ricerca e sviluppo in un'applicazione per i consumatori. BTO mira a interagire con i potenziali partner commerciali di transizione nelle primissime opportunità possibili nel ciclo di sviluppo tecnologico per informare la ricerca precoce e aumentare le possibilità di creare un prodotto che possa andare oltre il banco di laboratorio.
Guardando oltre l'orizzonte
I futuri programmi BTO e le aree di interesse continueranno a integrare più da vicino le biotecnologie e la sicurezza nazionale. Attraverso i suoi investimenti esplorativi e dimostrazioni tecnologiche, BTO cerca di stabilire nuove e più potenti basi tecniche per una vasta gamma di missioni e sfide DOD critiche.
Tuttavia, BTO non può riuscire da solo. Le collaborazioni che sono state formate fino ad ora diventeranno più importanti solo quando la biologia ingegnerizzata rivelerà il suo pieno potenziale e BTO non vede l'ora di impegnare i servizi militari, integrarsi con il complesso industriale-commerciale e della difesa e approfondire i suoi collegamenti con i non-DOD agenzie per aumentare l'uso di soluzioni biologiche.
DARPA ha aperto le porte a una vasta gamma di opportunità per il Dipartimento della Difesa. Deve cogliere l'attimo, considerare le missioni nel nuovo contesto di ciò che sta diventando possibile con la biologia e lavorare con i collaboratori per sviluppare capacità che prima esistevano solo nella fantascienza.
Dopotutto, la biologia si adatta a prosperare e qualsiasi sistema che si evolve può diventare una fonte di sorpresa. DARPA e il DOD hanno finalmente gli strumenti per lavorare con la biologia e sfruttare questo potenziale.
Operare alle frontiere della scienza e della tecnologia significa che BTO e i suoi partner di ricerca sono tra i primi a confrontarsi con le implicazioni di nuove capacità e spesso non esiste una guida chiara su come affrontare le preoccupazioni. Poiché non è un'opzione per stare lontano da quegli spazi, mentre BTO esplora questa terra in incognita, cerca di dare l'esempio su come incorporare le norme etiche nella ricerca.
In pratica, BTO forma partenariati tra agenzie all'inizio del ciclo di vita del programma per garantire che lo sviluppo tecnologico segua un percorso rilevante per le autorità di regolamentazione e i potenziali utenti finali.
Organizzazioni come la Environmental Protection Agency, la Food and Drug Administration e il Department of Agriculture prestano esperienza su farmaci, dispositivi medici e tecnologie che coinvolgono piante e animali. Tali interazioni forniscono preziose indicazioni su come facilitare la revisione normativa, mentre l'Agenzia per la riduzione delle minacce alla difesa e l'Autorità di ricerca e sviluppo avanzata biomedica forniscono percorsi tangibili per spostare le tecnologie sviluppate dalla BTO in test operativi e valutazione.
Al di là di queste relazioni intragovernative, BTO ha bisogno dell'aiuto di aziende, università, venture capitalist e imprenditori per affinare le tecnologie e spostare le innovazioni verso i membri del servizio, i pazienti e i consumatori. Poiché molte biotecnologie sono così nuove, nonostante i primi risultati promettenti, potrebbero essere ancora diversi anni prima che un prodotto maturo sia pronto per l'integrazione diretta nelle operazioni DOD. Nel frattempo, i tempi potrebbero essere maturi per un'impresa commerciale per investire ulteriori fondi di ricerca e sviluppo in un'applicazione per i consumatori. BTO mira a interagire con i potenziali partner commerciali di transizione nelle primissime opportunità possibili nel ciclo di sviluppo tecnologico per informare la ricerca precoce e aumentare le possibilità di creare un prodotto che possa andare oltre il banco di laboratorio.
Guardando oltre l'orizzonte
I futuri programmi BTO e le aree di interesse continueranno a integrare più da vicino le biotecnologie e la sicurezza nazionale. Attraverso i suoi investimenti esplorativi e dimostrazioni tecnologiche, BTO cerca di stabilire nuove e più potenti basi tecniche per una vasta gamma di missioni e sfide DOD critiche.
Tuttavia, BTO non può riuscire da solo. Le collaborazioni che sono state formate fino ad ora diventeranno più importanti solo quando la biologia ingegnerizzata rivelerà il suo pieno potenziale e BTO non vede l'ora di impegnare i servizi militari, integrarsi con il complesso industriale-commerciale e della difesa e approfondire i suoi collegamenti con i non-DOD agenzie per aumentare l'uso di soluzioni biologiche.
DARPA ha aperto le porte a una vasta gamma di opportunità per il Dipartimento della Difesa. Deve cogliere l'attimo, considerare le missioni nel nuovo contesto di ciò che sta diventando possibile con la biologia e lavorare con i collaboratori per sviluppare capacità che prima esistevano solo nella fantascienza.
Dopotutto, la biologia si adatta a prosperare e qualsiasi sistema che si evolve può diventare una fonte di sorpresa. DARPA e il DOD hanno finalmente gli strumenti per lavorare con la biologia e sfruttare questo potenziale.
Articolo tratto dalla brochure della DARPA del 2018 per il sessantennale dalla sua fondazione; documento in PDF che puoi scaricare qui sotto.
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