Передовые технологии DARPA Идеи для российской космонавтики

1. Передовые технологии DARPA Идеи для российской космонавтики

3. Инфраструктура исследований и разработок Министерства обороны США Национальные оборонные лаборатории и центры • Ливерморская лаборатория • Национальная лаборатория в Лос-Аламосе • Лаборатория Линкольна • Исследовательский центр Сухопутных войск США • …. Управления по размещению госзаказа на оборонные исследования в университетах и корпорациях • Управление научно-исследовательских работ ВВС • Управление исследований ВМС • Научно-исследовательское управление Сухопутных войск • Управление передовых оборонных исследовательских проектов • Управление исследований и разработок Инженерного корпуса Сухопутных войск • Управление исследований и разработок Агентства национальной безопасности • * Управление медицинских исследований и медицинской техники Сухопутных войск • * Программа изучения рационализаторских предложений для небольших фирм * Исключительно университетские проекты

4. DARPA в системе оборонных НИОКР США SBTT Управление исследований ВМС SBIR Управление научно-исследовательских работ ВВС Научно-исследовательское управление Сухопутных войск Национальные лаборатории и научные центры видов войск ВС Управление исследований и разработок Инженерного корпуса Управление исследований и разработок Агентства национальной безопасности Управление медицинских исследований и медицинской техники СВ Управление передовых оборонных исследований корпорации, университеты малый бизнес Технологичный бизнес Общественные структуры

5. DARPA Управление передовых оборонных исследовательских проектов создано в 1958 году с целью предотвращения внезапного для США появления новых технических средств вооруженной борьбы и поддержки прорывных исследований в интересах обороны. Главный вопрос, на который должны ответить все программы DARPA: соответствуют ли они качественно новому передовому уровню, и действительно ли окажут долгосрочный эффект на Министерство обороны и войска под флагом США?

6. DARPA: основные задачи Поддержание технологического превосходства США в военной области Предотвращение внезапного появления технологий способных представлять угрозу для национальной безопасности США Организация финансирования революционных и высокорентабельных фундаментальных исследований, вызывающих коренные изменения в военном деле Обеспечение практического использования вооруженными силами результатов, полученных в ходе этих исследований

7. DARPA: стратегические направления

8. Бюджет DARPA

9. Организационная структура DARPA • Администрация (21) • - офис директора (6) • контакты с ВС (3) • спец.помощники (6) • внешние связи (4) • представительство ВВС (2) Адаптивные системы (всего 14, 3 pm) Оборонные исследования (всего 24, 15 pm) Инновации в информационных технологиях (всего 29, 19 pm) Микросистемные технологии (всего 23, 16 pm) Стратегические технологии (всего 26, 16 pm) Тактические технологии (всего 21, 14 pm)

10. Технологические отделы Технологические отделысосредоточивают свои усилия на получении новых знаний и разработке компонентов технологий, которые могут иметь важное значение для использования в интересах национальной безопасности • Отдел оборонных исследований • естественные науки • материалы • биология • математика • эффективность обучения человека • технологии защиты от биологического оружия • Отдел технологий микросистем • основы фундаментальных наук • электроника • оптоэлектроника • микроэлектромеханические системы (МЭМС) • алгоритмы • интеграция микросистем • архитектура построения и применение микросистем

11. Системные отделы Системные отделы реализуют программы разработки технологий, которые в дальнейшем могут быть использованы в специальных военных системах и занимаются решением проблем военной тематики • Отдел тактических технологий • перспективные системы оружия; • наземные, воздушные, космические, морские платформы; • беспилотные системы; • перспективные космические системы; • лазерные системы; • нанесение высокоточных ударов • Отдел стратегических технологий • системы связи, стратегические и тактические сети, кибертехнологии • глобальная тактическая разведка и наблюдение • космические датчики и конструкции • обеспечение достоверности информации • обнаружение и определение характеристик подземных сооружений • защита от химического и биологического оружия; • морские операции • действия объединенных сил • действия в экстремальных условия

12. Прикладные отделы Прикладные отделы реализуют программы разработки новых информационных технологий и универсальных платформ с использованием достижений, получаемых из широкого диапазона развивающихся технологических и социальных направлений. • Отдел инноваций в информационных технологиях • интеллектуальные системы • когнитивные системы • системы управления и контроля • обработка лингвистической информации • Высокопроизводительные и высокоприоритетные вычисления • датчики и обработка данных • саморазвивающиеся технологии • самоформирующиеся, самоконфигурирующиеся сети • защита информационного пространства • Отдел адаптивных систем • динамичные программы с повторяющимися циклами разработки • проведение систематичных строгих оценок • изучение новых методик заключения контрактов • развитие крепких взаимосвязей

13. Какие технологии могут быть разработаны (усовершенствованы) на основе предложенных идей? Что нового она может внести в возможности перспективных средств вооруженной борьбы, в управление и строительство ВС? Способны ли специалисты достигнуть поставленных целей, обеспечить получение заявленных результатов? Кто может быть потребителем полученных результатов? Критерии отбора новых программ Что должно быть сделано, чтобы разработка завершилась успешно? 5 3 1 4 2 6 Сколько будет стоить выполнение программы исследований и разработок?

14. Методология проведения исследований Создание технологической базы и отдельных элементов ВВТ Промышленная разработка ВВТ Демонстрация перспективных технических концепций Постановка образца на вооружение Производство малых партий ВВТ Обеспечивающие научно-технологические программы Демонстрация технологий на уровне концепций систем оружия Демонстрация технологий на уровне концепций систем оружия Производство образца ВВТ DARPA Другие случаи Демонстрация технологий на уровне концепций систем оружия Демонстрация перспективных технических концепций Постановка образца на вооружение

15. Основные результаты DARPAc 1960 г. по настоящее время Ракета-ловушка воздушного базирования MALD Глобальная система определения местоположения GPS БЛА «Предатор» Машина-робот TMR Автоматическая винтовка М-16 Технология ARPANet (база для создания Интернет) Неохлаждаемый инфракрасный датчик Истребитель по технологии «стелт» (F-117) Комплект пехотинца будущего Проект Vela Hotel 1960 г. 1970 г. 1980 г. 1990 г. 2000 г. Радиолокационная система разведки и целеуказания JSTARS Ударный БЛА UCAV БЛА «Глобал Хок» Автоматизи-рованный переводчик Ракета-носитель «Сатурн» ОТР ATACMS Ракета-носитель «Таурас» Истребитель JSF (F-35) Авиационный боеприпас BAT Наземная РЛС слежения Командный пункт будущего Опытовый корабль по технологии «стелт» Sea Shadow

16. In-Q-Tel Венчурный фонд In-Q-Tel создан в феврале 1999 года по инициативе ЦРУ и финансируется из его бюджета. 1999-2006 К 2006 г. фонд рассмотрел 5800 бизнес-планов, инвестировал около 150 млн. USD в 90 компаний, внедрил 130 технологических решений в систему работы ЦРУ.

17. In-Q-Tel: примеры проинвестированных проектов

18. In-Q-Tel: сравнение с участниками рынка Сферы деятельности: • Информационная безопасность • Использование сети Internet • Распределенная архитектура • Генерация знаний In-Q-Tel ускоряет доступ разведывательного сообщества к передовым IT-технологиям.

19. In-Q-Tel: управление проектами Коммерческие старт-апы Университеты Государственные НИЦ Развитие бизнеса / коммерциализация Передача технологии в ЦРУ Основной акцент – на коммерциализуемых проектах. Решение об инвестировании принимается на основе трех факторов: • Финансовый прогноз развития компании, сделанный на основе ТЭО с учетом всех рисков; • Фактор полезности рассматриваемых технологий для задач ЦРУ с учетом рисков передачи технологии; • Система распределение доступных средств и человеческих ресурсов. Продажа бизнеса Покупатели проинвестированных компаний:

20. Инфраструктура нового поколения 2009 г. 2007 г. 2001 г. Вовлечение в решение задач обороны и безопасности государства самых широких слоев общества – от венчурных инвесторов и крупных университетских объединений, до современных социальных сетей и технологий коллективного общественного разума.

21. Intelligence Advanced Research Projects Activity Задачей IARPA является организация НИОКР при взаимодействии со сложившимся в США Разведывательным Сообществом (IntelligenceCommunity - IC), которое в расширенном понимании включает в себя не только 16 национальных разведок, но и дополнительно 1271 государственных организаций, 1931 коммерческих компаний, и включающих в себя около 854 000 граждан США. • Приоритетные технологии: • Инновационные системы сбора данных из многих источников, ранжирование и оценка достоверности источников; • Интеллектуальный анализ, использование технологий виртуальных миров, использование социально-культурных и языковых факторов в обработке данных; • Системы информационной безопасности.

22. Стратегией Программы стимулирования венчурных проектов в обороне является привлечение венчурных инвесторов для взаимодействия с малыми инновационными предприятиями, разработчиками новых технологий, использование которых будет способствовать достижению задач Минобороны. • информационные технологии • биотехнологии • энергетика • нанотехнологии и новые материалы • аэрокосмические технологии Партнерами программы в настоящее время являются более 20 венчурных фондов: Paladin Capital Group, Greylock Partners, GSR Partners, RockPort Capital Partners, Battery Ventures, Lightspeed Venture Partners, JAFCO Ventures и др.

23. AdvancedResearchProjectsAgency - Energy Агентство передовых исследований в области энергетики - новое агентство в структуре Министерства энергетики США, созданное в целях финансирования научных исследований и разработок перспективных энергетических технологий. Миссией ARPA-E является разработке новых энергетических технологий, которые должны привести к значительному понижению импорта энергоносителей, снижению выбросов (в том числе парниковых газов) и повышению энергоэффективности. С точки зрения построения исследовательской работы и организационной структуры ARPA-E создано по образцу DARPA. Несмотря на то, что ARPA-E создано по образцу DARPA, при проектировании агентства активно применялась и афишировалась одна из новейших форм стимулирования новых технологий – технология коллективного общественного разума (hive mind), которая является продолжением ранее разработанных форм вовлечения широких масс граждан в решение задач обороны и безопасности государства.

24. Новые идеи Откуда новые идеи? • Коммуникации • Crowdsourcing • А как же security?

25. Новые идеи Сначала - КТО, а потом ЧТО. Джим Коллинз, Good to Great

26. Новые идеи: результат коммуникаций • Университеты (MIT, BU, Stanford) • Крупныепромышленные корпорации (Boeing, Raytheon) • Малые инновационные предприятия(Boston Dynamics) • Общественные организации (The Association of Old Crows - технологии РЭБ, психологические операции и дезинформации.) Поиск потенциальных исполнителей работ по контрактам Научно-технические конференции, семинары, круглые столы Консуль-тации в отрасли Head hunting поиск лучших менеджеров программ Web:darpa.mil, YouTube, Facebook, iTunes, Twitter

27. Новые идеи: crowdsourcing Краудсорсинг (англ. crowdsourcing, crowd — «толпа» и sourcing — «использование ресурсов») — передача определённых производственных функций неопределённому кругу лиц на основании публичной оферты, не подразумевающей заключение трудового договора. Термин впервые введён писателем ДжеффомХауи (JeffHowe) и редактором журнала Wired Марком Робинсоном (MarkRobinson). 

28. Новые идеи: crowdsourcing

29. Новые идеи: crowdsourcing Defense OSINT. Резервистами подписываются индивидуальные контракты на определенное количество часов работы в месяц, каждый получает бесплатное аппаратное и программное обеспечение, с ними проводятся специализированные шестичасовые online-курсы. При этом выданные компьютеры могут быть установлены в любом удобном для работы и оговоренном в контракте месте, в том числе и дома. Очевидно и то, что через эти аппаратные средства, являющиеся по сути ПЭВМ для служебного пользования, обеспечивается и доступ в Интернет. Привлекаемые резервисты не получают никакого денежного поощрения, но они могут рассчитывать на благодарность от командования, медали за заслуги и достижения (ArmyAchievementMedal, ArmyCommendationMedal и MeritoriousServiceMedal) и даже на продвижение по службе.

30. Новые идеи: crowdsourcing DARPA Network Challenge

31. Новые идеи: crowdsourcing Health Проект "Сохраним 100 тысяч жизней" стоимостью $8,5 млн. и продолжительностью 12 мес. позволил сократить число смертей от предотвратимых врачебных ошибок в США на 100 тыс. в год (25%). Суть проекта – выработать с помощью crowdsourcing (участвовал персонал 3 тыс. госпиталей США (75% всех госпиталей) набор простых, понятных и не требующих особых знаний и/или усилий рекомендаций для обслуживающего медицинского персонала госпиталей. 

32. Новые идеи: crowdsourcing LC-MS Combo - масс-спектрометр жидкостной хроматографии высокого разрешения. 

33. Новые идеи: crowdsourcing Crowdsourcing: коллективные предсказания

34. Новые идеи: crowdsourcing Unconventional Warfighters В настоящее время только 1% населения США работает на оборону страны. В своем новом бюджете на 2011 год DARPA выделяет 25 млн. долл. на создание инструментов, которые позволят вовлечь в оборонную сферу остальные 99% граждан.  ..DARPA ищет «футуристов, изобретателей, любителей (даже поверхностных) военной тематики, которые могут взглянуть на войну с нетрадиционной точки зрения». Миллионы людей в США готовы предложить свои навыки и время для помощи государственным структурам в случаях стихийных бедствий вроде землетрясения Гаити или политического кризиса. Разумеется, есть еще большее количество людей, готовых внести свой вклад в национальную безопасность.

35. Новые идеи: crowdsourcing • Примеры из российской практики: • Witology– www.witology.com • Проект «Сбербанк-21» - определение видение офиса Сбербанка в 21 веке • «DesignThinkingLab 2011» - прототип для ВТБ24 за девять дней

36. Новые идеи: crowdsourcing Структура успеха Эффективно сочетать существующие идеи Ставить четкие цели Предлагать людям предпринимать маленькие, но эффективные шаги Использовать интуитивно понятные инструменты Вовлечение сообщества

37. Security • Теневые зоны • Национальные лаборатории, секретные статьи бюджетов, коллаборацияс другими ведомствами • Избыточность • Финансирование внешних проектов и программ, невозможность выделения информации о стратегических направлениях • Дезинформация • Неотличимая от реальности дезинформация о перспективных направлениях и достижениях (новые идеи 2011 года).

38. Живые фабрики Living Foundries

39. Living Foundries: мечта программы Полимеры Катализаторы Электронные / оптические материалы Инструкции и команды ДНК Материал сложного строения Целлюлоза Прородный газ Сахар Полиэтилентерефталат Уголь Реактивы Топлива Лекарства Молекулы Системы Мультиклеточные объекты Самовосстанавливающиеся системы Бесклеточные системы «клеточноподобная» фабрика Серийное производство в нужном месте, в нужное время, и с необходимыми характеристиками.

40. Мы только прикасаемся к границам возможного Инженерная биология сегодня – это вопрос исключительно времени и денег наименьшая бактерия дрожжи Годовой бюджет DARPA SOA (сервис- ориентированная архитектура) Достижения (всего $ * годы до разработки) [$*время] Область «живых фабрик» метаболическая инженерия (подбор путей обмена веществ у генетически измененного организма) редактированный геном совокупность генетических циклов Сложность генома* (количествоподсаженных / модифицированных генов) * Сложность генома - суммарная длина различных присутствующих в геноме последовательностей, оцениваемая по их реассоциации в процессе ренатурации ДНК: как правило, С. г. выражается в парах нуклеотидов или в любых единицах массы (Дальтонах и др).; при ренатурации ДНК величина Cot1/2 пропорциональна С.

41. Новый подход: отделение разработки от производства посредством технологических стандартов и унифицированных биоблоков SOA(сервис-ориентированная архитектура): узкоспециальный, экспериментальный, дорогостоящий процесс Цель: иерархическая инженерия Большие системы Унификация и модульный принцип представления участков генов и клеточных каркасов Выделение генетических функций и назначения отдельных генов для управления сложностью генома Много итераций Малые системы Нет итераций Разделение разработки и производства Применение Пример такого подхода Применение Совместная разработка и производство Программирование клеток на высокоуровневом языке программирования и сборка генетического кода Средства проектирования Унифицированные хорошо изученные блоки и устройства, то есть удобные для CAD-средств проектирования >20х итераций 4 мес. Блоки и устройства ~10⁵ попыток Автоматизированный синтез участков и сборка ДНК в унифицированном клеточном каркасе Производство 7 лет (SOA) Оперативное распознавание SNP с высокой производительностью и количественная оценка структуры клетки Испытания и отладка • Натуральные блоки не реализуют свой функционал за пределами своего природного ареала • Не все блоки существуют в естественном виде • Неизвестные правила проектирования • Отсутствует инструментарий создания надежных конструкций SOA Совместная разработка и производство ДНК Трансформация +20х Идентификация/модификация потенциальных генов Сборка возможным каскадом реакций New Трансформация(3 нед.) Синтез ДНК Трансфектирование в клеточный каркас Испытания Отладка Время (мес.)

42. Что необходимо для создания Живых фабрик Ускорение развития биодизайна, биосборки и испытательных циклов, а также увеличение сложности биосистем, которые могут быть собраны. Что необходимо Технологические вызовы Средства проектирования, которые охватывают процессы от высокоуровневого описания до сборки в клетке • Интероперабельные инструменты для разработки, моделирования и производства • Хорошо изученные, унифицированные и ортогональные свойствам друг друга генетические блоки • Масштабируемые, дешевые, с высокой точностью воспроизведения технологические процессы синтеза ДНК с коротким временем обработки • Испытательные платформы и каркасы, которые легко и предсказуемо объединяют новые генетические разработки • Обнаружение точного местоположения ошибок и определение характеристик структуры клетки Модульные генетические блоки, которые позволяют комбинированным биосистемам быть разработанными и воспроизводимо собранными Быстрое построение, развитие и манипуляция генетическими данными в разработках Процесс определения характеристик биосистемы и ее отладки, который связан с циклом проектирования. Этот список не является всеобъемлющим: по мере развития программы могут быть выделение и предложены и другие области научных исследований. Открытая и удобная платформа для инженерной биологии.

43. Примеры клеточной терапии

44. Примеры клеточной терапии Новый зуб из стволовых клеток Новый зуб японские исследователи выращивали из небольшой группы клеток, полученной в результате сложных манипуляций со стволовыми клетками мыши. Соединив внутри капли специального геля два разных вида стволовых клеток и подвергнув их дополнительной обработке, ученые сначала получили зародыш будущего зуба. Далее смесь из клеток двух типов была помещена в лунку, оставшуюся у мыши на месте ранее удаленного под наркозом резца.

45. Примеры клеточной терапии Из стволовых клетоквыращен сегмент кишечника Использовались как ЭСК, так и иПСК человека. Через 28 дней сформировалась трехмерная ткань, напоминающая кишечник человеческого плода. В ней содержались все основные типы кишечных клеток: энтероциты, бокаловидные клетки, ацидофильные энтероциты (клетки Панета) и кишечные аргентаффиноциты (клетки Кульчицкого). Ткань приобрела и всасывающую, и секреторную функции нормального человеческого кишечника, также формировать кишечные стволовые клетки.

46. Примеры клеточной терапии Выращена миниатюрная человеческая печень Исследователи Уэйк-Форестского университета впервые создали в лабораторных условия функционирующую человеческую печень, пока, правда, миниатюрную. Печень выращена из человеческих незрелых клеток печени и эндотелиоцитов (клеток выстилки кровеносных сосудов). Следующим этапом работы будет имплантация таких органов животным с целью тестирования их функций в условиях живого организма. После этого основной задачей будет выращивание печени, размер которой позволит трансплантировать ее человеку.

47. Искусственный яичник человека Группе специалистов под руководством Сандры Карсон (Sandra Carson) из университета Брауна удалось вырастить первые яйцеклетки в органе, созданном в лаборатории: пройден путь от стадии "молодого граафова пузырька" до полного взросления. Искусственный яичник изготовляется на каркасе из агарозного геля при самосборке клеток нескольких типов (тека, гранулёзные). Он может стать источником яйцеклеток как для ЭКО, так и для научных исследований (напр., клонирования). Фото Carson Lab/Brown University

48. Всё, что можно представить, можно осуществить. Климент Стоун