Передовые технологии DARPA Идеи для российской космонавтики

DARPAПередовые технологии Идеи для российской космонавтики

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

Инфраструктура исследований и разработок Министерства обороны США

Национальные лаборатории и

научные центры видов войск ВС

корпорации, университетымалый бизнес

Технологичный бизнес

Общественные структуры

Управление

передовых

оборонных

исследований


научно-

исследовательс

ких работ ВВС

Управление исследований

ВМСНаучно-

исследовательс

кое управление

Сухопутных войск

Упра

влен

ие

иссл

едов

аний

и

разр

абот

ок

Инж

енер

ного

ко

рпус

а


исследований и

разработок

Агентства

национальной

безопасности

Упра

влен

ие

медиц

инск

их

иссл

едов

аний

и

медиц

инск

ой

техн

ики

СВ

SBIR

SBTT

DARPA в системе оборонных НИОКР США

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.

Сотрудники 240 чел.- менеджеры программ 33,6%Средний возраст 37 летГодовой доход (год), grossМенеджер программДирекция

$130,000$90,000-150,000

Образование сотрудников- top университеты США 20%Бюджет- внутренние административные расходы (включая менеджеров программ)

$ 3,1 млрд.$ 57 млн.

Год создания 1958

DARPA

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?

Обеспечение практического использования вооруженными силами результатов,

полученных в ходе этих исследований

Организация финансирования революционных и высокорентабельных

фундаментальных исследований, вызывающих коренные изменения в

военном деле

Предотвращение внезапного появлениятехнологий способных представлять угрозу

для национальной безопасности США

Поддержание технологического превосходства США в военной области

DARPA: основные задачи

DARPA: стратегические направления

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

2003 г. 2004 г. 2005 г. 2006 г. 2007 г. 2008 г. 2009 г. 2010 г. 2011 г.

Фундаментальные (базовые) исследования

Прикладные исследования

Разработка перспективных технологий

Управление и обеспечение

Направления 2009 2010 2011

Фундаментальные исследования 187 157 205 915 328 195

Прикладные 1 259 191 1 155 137 1 272 679

Разработки перспективных технологий

1 358 081 1 480 742 1 425 140

Управления и обеспечения 210 235 149 445 77 257

ВСЕГО 3 014 664 2 991 239 3 103 271

№ Отдел Бюджет

1Адаптивное системы (Adaptive Execution) 454 794 000

2Оборонные исследования

(Defense Sciences) 328 195 000

3Инновации в информационных технологиях

(Information Innovation) 416 087 000

4Микросистемные технологии

(Microsystems Technology) 689 066 000

5Стратегические технологии

(Strategic Technology) 746 486 000

6Тактические технологии

(Tactical Technology). 391 386 000

Бюджет 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)

№ Подразделения Сотрудники %

1 Администрация (дирекция) 21 8,5

2

Исследовательские подразделения:

- менеджеры программ

- администрирование и обслуживание

137

83

54

55,5

33,6

21,9

3 Вспомогательные службы 89 36

ВСЕГО: 247 100

Организационная структура DARPA

Технологические отделы сосредоточивают 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 наукэлектроникаоптоэлектроникамикроэлектромеханические системы (МЭМС)алгоритмыинтеграция микросистемархитектура построения и применение микросистем

Технологические 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, кибертехнологииглобальная тактическая разведка и наблюдениекосмические датчики и конструкцииобеспечение достоверности информацииобнаружение и определение характеристик подземных сооруженийзащита от химического и биологического оружия;морские операции действия объединенных силдействия в экстремальных условия

Системные 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 системыкогнитивные системысистемы управления и контроляобработка лингвистической информацииВысокопроизводительные и высокоприоритетные вычислениядатчики и обработка данныхсаморазвивающиеся технологии самоформирующиеся, самоконфигурирующиеся сетизащита информационного пространства

Отдел адаптивных систем

динамичные программы с повторяющимися циклами разработкипроведение систематичных строгих оценокизучение новых методик заключения контрактовразвитие крепких взаимосвязей

Прикладные отделы

Что нового она может внести в возможности перспективных средств вооруженной борьбы, в управление и строительство ВС?

3

Какие технологии могут быть разработаны (усовершенствованы) на основе предложенных идей?

1

Кто может быть потребителем полученных результатов?5

Способны ли специалисты достигнуть поставленных целей, обеспечить получение заявленных результатов?

4

Что должно быть сделано, чтобы разработка завершилась успешно?

2

Сколько будет стоить выполнение программы исследований и разработок?6

Критерии отбора новых программ

Производство малых партий ВВТ

Другие случаи

DARP

A

Создание технологической базы и отдельных элементов ВВТ

Демонстрация технологий на уровне

концепций систем оружия





Демонстрация перспективных

технических концепций

Обеспечивающие научно-

технологические программы

Постановка образца на вооружение

Промышленная разработка ВВТ

Демонстрация перспективных

технических концепций

Постановка образца на вооружение

Производство образца ВВТ

Методология проведения исследований

Проект Vela Hotel

Ракета-носитель «Сатурн»

Наземная РЛС слежения

ОТР ATACMS

Технология ARPANet (база для создания Интернет) Истребитель

по технологии «стелт»(F-117)

Радиолокационная система

разведки и целеуказания JSTARS

Опытовый корабль по технологии «стелт»

Sea Shadow

Глобальная система определения

местоположения GPS

Ракета-носитель «Таурас»

Неохлаждаемый инфракрасный

датчик

Авиационный боеприпас BAT

БЛА «Предатор»

БЛА «Глобал

Хок»

Ракета-ловушка воздушного

базирования MALD

Истребитель JSF (F-35)

Машина-робот TMR

Ударный БЛА

UCAV

Комплект пехотинца будущего

Автоматическая винтовка М-16

Командный пункт

будущего

Автоматизи-рованный

переводчик

1970 г. 2000 г.1980 г. 1990 г.1960 г.

Основные результаты DARPA c 1960 г. по настоящее время

Венчурный фонд In-Q-Tel создан в феврале 1999 года по инициативе ЦРУ и финансируется из его бюджета.

К 2006 г. фонд рассмотрел 5800 бизнес-планов, инвестировал около 150 млн. USD в 90 компаний, внедрил 130 технологических решений в систему работы ЦРУ.

1999-2006

In-Q-Tel

Компания Сайт ОписаниеBrowse3D www.browse3d.com Разработка продуктов для нахождения, просмотра, сохранения и

анализа содержания web-страниц в трехмерном пространстве.

Graviton www.graviton.com Разработка решений по управлению информацией с использованием беспроводных, самоорганизующихся микросенсорных сетей.

Intelliseek www.intelliseek.com Разработка решений в области корпоративных знаний нового поколения.

Media Snap www.mediasnap.com Разработка передовых продуктов и услуг, позволяющих устранять ограничения по управлению персональной информацией (HIPAA, GLB).

Mohomine www.mohomine.com Разработка лицензионного и OEM-совместимого программного обеспечения, позволяющего проводить параллельную обработку структурированных и неструктурированных данных.

SafeWeb www.safewebinc.com Ведущий поставщик систем безопасности для частных лиц и бизнеса на Web.

Stratify www.stratify.com Одна из ведущих начинающих компаний по разработке программного обеспечения для обработки неструктурированных данных.

Traction Разработчик инструментов коллективного использования, позволяющих интегрировать данные электронных сообщений, различных приложений и других источников и преобразовывать их в легко читаемый газетный формат.

In-Q-Tel: примеры проинвестированных проектов

Сферы деятельности:

•Информационная безопасность•Использование сети Internet•Распределенная архитектура•Генерация знаний

In-Q-Tel ускоряет доступ разведывательного сообщества к передовым IT-технологиям.

In-Q-Tel: сравнение с участниками рынка

Развитие бизнеса / коммерциализация

Передача технологии в ЦРУ

Коммерческие старт-апы

УниверситетыГосударственные

НИЦ

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.

Основной акцент – на коммерциализуемых проектах.

Продажа бизнеса

Покупатели проинвестированных компаний:

In-Q-Tel: управление проектами

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.

2001 г.

2007 г.

2009 г.

Инфраструктура нового поколения

Задачей IARPA является организация НИОКР при взаимодействии со сложившимся в США Разведывательным Сообществом (Intelligence Community - 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.

Intelligence Advanced Research Projects Activity

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.

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.

информационные технологии биотехнологии энергетика нанотехнологии и новые материалы аэрокосмические технологии

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.

Advanced Research Projects Agency - Energy

Новые идеи

1. Коммуникации

2. Crowdsourcing

3. А как же security?

Откуда новые идеи?

Сначала - КТО, а потом ЧТО.

Джим Коллинз,Good to Great

Новые идеи

№ Стадия Основные этапы

1

Ранняя:инициация информаци

онных потоков

- Привлечение ведущих ученых, отдельных исследовательских групп- Привлечение к проблеме внимания отдельных исследователей- Организация семинаров, рабочих групп, неформальные переговоры по проблеме

2

Поздняя:рост

информационных

сообществ

- Семинары, круглые столы- Конференции

Университеты (MIT, BU, Stanford) Крупные промышленные корпорации (Boeing, Raytheon) Малые инновационные предприятия (Boston Dynamics) Общественные организации (The Association of Old Crows - технологии РЭБ, психологические операции и дезинформации.)

Научно-технические

конференции, семинары,

круглые столы

Head huntingпоиск лучших менеджеров

программ

Поиск потенциальных исполнителей

работ по контрактам

Консуль-тации в отрасли

Web: darpa.mil, YouTube, Facebook,

iTunes, Twitter

Новые идеи: результат коммуникаций

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 Джеффом Хауи (Jeff Howe) и редактором журнала Wired Марком Робинсоном (Mark Robinson).



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 (Army Achievement Medal, Army Commendation Medal и Meritorious Service Medal) и даже на продвижение по службе.


DARPA Network Challenge


HealthПроект "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.


LC-MS Combo - масс-спектрометр жидкостной

хроматографии высокого

разрешения.


Crowdsourcing: коллективные предсказания


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.


Примеры из российской практики:

1.Witology – www.witology.com

2.Проект «Сбербанк-21» - определение видение офиса Сбербанка в 21 веке

3.«Design Thinking Lab 2011» - прототип для ВТБ24 за девять дней

Структура успеха

1.Эффективно сочетать существующие идеи

2.Ставить четкие цели

3.Предлагать людям предпринимать маленькие, но эффективные шаги

4.Использовать интуитивно понятные инструменты

5.Вовлечение сообщества


Security

1. Теневые зоныНациональные лаборатории, секретные статьи бюджетов, коллаборация с другими ведомствами

2. ИзбыточностьФинансирование внешних проектов и программ, невозможность выделения информации о стратегических направлениях

3. ДезинформацияНеотличимая от реальности дезинформация о перспективных направлениях и достижениях (новые идеи 2011 года).

Living Foundries

Живые фабрики

Целлюлоза

Прородный газ

Сахар

Полиэтилентерефталат

Уголь«клеточноподобная»

фабрика

Инструкции и команды ДНК

Материал

сложного строения

Молекулы

Системы

Полимеры

Катализаторы

Электронные / оптические материалы

Реактивы

Топлива

Лекарства

Мультиклеточные объекты

Самовосстанавливающиеся системы

Бесклеточные системыСерийное производство в нужном месте, в нужное

время, и с необходимыми характеристиками.

Living Foundries: мечта программы

Инженерная биология сегодня – это вопрос исключительно времени и денег

Дос

тиж

ения

(все

го $

* го

ды д

о ра

зраб

отки

) [$*

врем

я]

наименьшая бактерия

дрожжи

Годовой бюджет DARPA

Область «живых фабрик»

Сложность генома* (количество подсаженных / модифицированных генов)

метаболическая инженерия

(подбор путей обмена веществ у генетически

измененного организма)

совокупность генетических циклов

редактированныйгеном

SOA (сервис-

ориентированнаяархитектура)

* 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.

Мы только прикасаемся к границам возможного

SOA (сервис-ориентированная архитектура): узкоспециальный, экспериментальный,

дорогостоящий процесс

Много итераций Малые системы

Нет итераций

Большие системы

Цель: иерархическая инженерия

Унификация и модульный принцип представления участков генов и клеточных каркасов

Выделение генетических функций и назначения отдельных генов для управления сложностью генома

Разделение разработки и производства

Пример такого подходаПрименение

Средства проектирования

Программирование клеток на высокоуровневом языке программирования и сборка генетического кода

Блоки и устройстваУнифицированные хорошо изученные блоки и устройства, то есть удобные для CAD-средств проектирования

Производство Автоматизированный синтез участков и сборка ДНК в унифицированном клеточном каркасе

Испытания и отладкаОперативное распознавание SNP с высокой производительностью и количественная оценка структуры клетки

Время (мес.)

Совместная разработка и производствоSOA

New Трансформация (3 нед.)

Идентификация/модификация потенциальных генов

Синтез ДНК

Испытания Отладка

Трансфектирование в клеточный каркас

Сборка возможным каскадом реакций

ДНК Трансформация +20х

Применение

Совместная разработка и производство

~10⁵ попыток

7 лет (SOA)

4 м

ес.

>20х

ите

раци

й

• 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

Новый подход: отделение разработки от производства посредством технологических стандартов и унифицированных биоблоков

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

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.

• 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

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.

Что необходимо для создания Живых фабрик

Примеры клеточной терапии


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.

Новый зуб из стволовых клеток

Из стволовых клеток выращен

сегмент кишечника

Использовались как ЭСК, так и и ПСК 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.


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.


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

Всё, что можно представить, можно осуществить.

Климент Стоун

Documents

Передовые технологии DARPA Идеи для российской космонавтики