Depuis près de 20 ans, les humains ont maintenu une présence continue au-delà de la Terre. La Station spatiale internationale a fourni un habitat où les humains peuvent vivre et travailler pendant de longues périodes. Encore, malgré avoir établi une base permanente pour la vie dans l'espace, la terre ferme est toujours à portée de main—à moins de 254 milles, pour être exact. Si un membre d'équipage tombait gravement malade, il ou elle pourrait faire le voyage de retour vers la Terre en quelques heures.

"Dès que vous vous aventurez au-delà de l'orbite terrestre basse, aller sur Mars ou même plus loin, renflouer n'est plus une option, " dit Wolfgang Fink, professeur agrégé et titulaire de la chaire Keonjian au College of Engineering de l'UA. "Tu es tout seul."

Fink prédit que dans un avenir pas si lointain, les humains travailleront côte à côte avec des machines robotiques, l'intelligence non humaine et les appareils intelligents d'une manière jamais vue auparavant. La logique et la pensée humaines seront rejointes par, et complété par, cerveaux artificiels et algorithmes de raisonnement.

Pour la première fois dans l'histoire, Fink dit, nous avons atteint un niveau où bientôt les frontières entre ce qui est considéré comme « humain » et ce qui est considéré comme « artificiel » commencent à s'estomper.

Quand il n'y a pas de retour en arrière

Une mission habitée vers Mars, qui implique un voyage aller d'au moins un an, ne peut réussir que si aucune partie vitale du système ne se brise de manière irréparable, y compris ceux faits de chair et de sang. Anticiper les défaillances du système et les traiter avant qu'elles ne surviennent devient primordial. Quand aucun médecin n'est là, non seulement l'équipage doit être autonome, les soins de santé, trop.

"La clé ici est le pronostic et la gestion de la santé, un concept qui commence à sortir du domaine de la technologie, en particulier dans l'industrie aérospatiale où il est utilisé depuis des décennies, dans le domaine de la santé humaine, " dit Fink, qui a récemment été nommé membre de l'Arizona Center for Accelerated Biomedical Innovation, ou ACABI, et qui est le fer de lance d'un partenariat industrie-université, le Centre d'informatique et de télésanté en médecine, ou InTelMed, à l'UA.

Par exemple, de nombreuses parties d'un avion moderne sont connectées à un réseau de données, même le Wi-Fi, et fournir des mises à jour continues de l'état sans surveillance de l'équipage. Cela permet au personnel de maintenance d'anticiper les dysfonctionnements avant qu'ils ne surviennent et de rencontrer l'avion à son arrivée avec les bonnes pièces et les bons outils nécessaires pour remédier au problème.

Qu'il s'agisse de maintenir les avions en vol ou de maintenir la santé humaine pendant la durée d'une mission dans l'espace lointain, l'idée est la même, Fink dit :« Plutôt que d'essayer de soigner la personne une fois qu'elle est malade, vous surveillez en permanence leur état de santé pour prévoir et résoudre les problèmes avant qu'ils ne surviennent."

Financé en partie par la National Science Foundation, InTelMed a pour objectif de concevoir des technologies de capteurs portables contrôlés par biofeedback et des capacités de diffusion de données de soins de santé, associé à une analyse de données intelligente basée sur le cloud, pour créer des systèmes autonomes qui peuvent surveiller l'état de santé des individus indépendamment des fournisseurs de soins de santé dans la chair.

L'un des projets de Fink illustre comment cette approche pourrait se concrétiser dans un avenir très proche. Avec une subvention de la National Science Foundation, son équipe a créé un moyen de transformer un smartphone en appareil d'examen de la vue. La technologie, ce qui pourrait changer la vie, en particulier dans les régions éloignées, régions mal desservies du monde, utilise l'imagerie et une télécommande, « système expert » basé sur le cloud, qui utilise un logiciel intelligent basé sur des modèles de maladie pour suggérer des diagnostics à la manière d'un expert médical humain, afin d'identifier rapidement les patients risquant de perdre la vision.

En bas de la route, Fink dit, il est facile d'imaginer des dispositifs de type tracker d'activité avec la capacité non seulement de surveiller, mais aussi d'intervenir.

"Les capteurs lient automatiquement leurs données au cloud, où les algorithmes d'exploration de données proposent un pronostic, un diagnostic ou même un traitement, " il dit, "par exemple, grâce à des dispositifs implantables qui stimulent certaines parties du cerveau et déclenchent des réponses comportementales comme freiner les fringales ou calmer une personne. C'est un système en boucle fermée, un peu comme le thermostat contrôlant le chauffage et la climatisation dans votre maison."

Le médecin à votre poignet

Une équipe de recherche dirigée par Esther Sternberg et Perry Skeath du Centre de médecine intégrative de l'UA, ou UACIM, développe la prochaine génération d'appareils portables qui peuvent garder un œil sur l'état de santé d'une personne en mesurant des biomarqueurs :des substances biochimiques particulières dans le sang, salive, l'urine ou la sueur qui indiquent le fonctionnement d'un système corporel. Après avoir découvert que le cortisol, une hormone du stress, est sécrétée dans la sueur, les chercheurs conjuguent expertise en médecine, chimie, l'ingénierie et la gestion des données pour concevoir un capteur de patch pour surveiller le stress et de nombreuses autres molécules biomarqueurs.

Combiné avec d'autres capteurs qui gardent un œil sur d'autres éléments vitaux tels que la fréquence cardiaque, la tension artérielle et les réponses sudorales, une telle technologie pourrait, en principe, aller plus loin pour assurer la santé à long terme des astronautes en mission dans l'espace lointain. Évidemment, les possibilités abondent pour les applications terrestres, également, comme la surveillance des patients à risque d'accident vasculaire cérébral ou de crise cardiaque.

"Les appareils que nous développons sont essentiellement des laboratoires de microchimie, ils peuvent donc être utilisés pour de nombreuses applications, " dit Skeath, directeur de recherche adjoint à l'UACIM et professeur adjoint à l'UA College of Medicine – Tucson. "La partie délicate est d'adapter la suite de capteurs à la tâche, qu'il s'agisse d'un astronaute allant sur Mars ou d'un soldat sur le champ de bataille."

Bien qu'un portable, dispositif de mesure du cortisol pourrait potentiellement mesurer le stress en temps réel, les données qu'il génère peuvent être ambiguës car d'autres, des facteurs non liés au stress entrent en jeu et modifient la lecture. Il est essentiel que les scientifiques aient d'abord une solide compréhension de ce qui constitue exactement le stress et définissent un ensemble précis de mesures qui capturent cette condition.

Pour étudier cela, l'équipe a mis en place un laboratoire dédié au suivi de diverses réponses physiologiques et moléculaires aux défis du stress chez les volontaires.

« Nous les exposons à des défis de stress contrôlés tout en effectuant une multitude de mesures, " dit Sternberg, directeur de recherche à l'UACIM et professeur au College of Medicine – Tucson. "Ensuite, nous examinons quel est l'ensemble minimal de mesures qui capture la condition."

Une fois que les chercheurs savent cela, ils doivent rendre chaque mesure fiable et précise, de sorte que l'ensemble des changements de biomarqueurs se concentrera sur le défi spécifique plutôt que de donner une lecture motivée par des facteurs non liés.

"Par exemple, quand on regarde le cortisol dans la sueur, nous devons nous poser des questions importantes sur la physiologie impliquée, " dit Skeath. " Le cortisol se dégrade-t-il avec le temps ? Est-ce que d'autres substances le diluent ? Le perdons-nous avant qu'il ne passe du pore au capteur ? Une fois que nous aurons répondu à ces questions, alors il est temps pour les ingénieurs.

Apprendre aux machines à s'attendre à l'inattendu

Alors que les machines deviennent plus intelligentes, des efforts sont en cours pour leur donner suffisamment d'autonomie et de capacités d'apprentissage pour travailler sans aucune surveillance humaine. De tels robots pourraient fonctionner dans des environnements trop dangereux pour que les humains s'y aventurent, par exemple, les zones de catastrophes naturelles telles que la centrale nucléaire de Fukushima frappée par le tsunami, Japon, ou hors de portée des centres de contrôle de mission basés sur Terre.

Dans son laboratoire de recherche sur les systèmes d'exploration visuelle et autonome, Fink et son équipe travaillent à la construction d'un géologue de terrain robotique. Contrairement aux missions planétaires traditionnelles qui se concentrent sur, dire, un engin spatial étudiant un corps planétaire depuis une orbite haute, ou un rover analysant les caractéristiques du paysage de près, son concept de reconnaissance évolutive imite l'approche qu'un explorateur humain adopterait en étudiant d'abord les caractéristiques globales, puis repérage sur la configuration du terrain dans une certaine région, et enfin enquêter sur des caractéristiques intéressantes à courte distance.

"Au lieu de mettre toute l'intelligence sur un seul système, vous les répartissez entre plusieurs systèmes différents et répartis spatialement, " Fink explique, "et cela crée la redondance et la robustesse dont vous avez besoin pour une mission critique comme l'exploration planétaire."

Dans ce scénario, un orbiteur superviserait un ou plusieurs véhicules aériens tels que des dirigeables ou des quadricoptères en vol stationnaire dans l'atmosphère (sur les planètes qui en ont un), qui à son tour commanderait une flotte de rovers miniaturisés, les diriger vers divers points d'intérêt scientifique. Avoir une telle équipe de scientifiques artificiels travaillant de manière autonome à différents niveaux améliorerait également l'intelligence globale inhérente à la mission, dit Fink.

"Surtout pour les planètes ou les lunes du système solaire extérieur, où la distance à la Terre interdit le commandement en temps réel, vous pouvez faire en sorte qu'un tel système mène sa propre science, déployer et rediriger ses agents au besoin pour obtenir les résultats, et décider lesquels sont assez intéressants pour être renvoyés sur Terre, " il dit.

En rupture avec les paradigmes actuels, qui s'articulent généralement autour d'un robot hautement sophistiqué, la charge utile à plusieurs niveaux impliquerait moins complexe, des unités moins chères et plus consommables, créer de la redondance, selon Fink.

"Si vous n'avez qu'un seul rover, vous n'allez pas le déployer dans une zone où il pourrait se coincer ou subir des dommages, " il dit, "mais si vous en avez plusieurs à votre disposition, vous pourriez vouloir risquer d'en sacrifier quelques-uns, si cela pouvait vous aider à répondre à la question de savoir s'il y avait de la vie sur Mars, par exemple."

Parce que ces explorateurs robotiques devront prendre des décisions seuls, ils auront besoin de capacités cognitives jusqu'à présent uniques aux humains, comme la curiosité.

Contrairement à l'intelligence artificielle, ou IA, L'équipe de recherche de Fink développe des algorithmes de raisonnement qui ne sont pas basés sur des règles pour apprendre aux machines à reconnaître les caractéristiques d'un paysage que, pour une raison ou une autre, un explorateur humain qualifierait d'"intéressant". Dans le laboratoire de Fink, une petite flotte de rovers à chenilles sert de plate-forme d'essais :ils apprennent à explorer un paysage en se déplaçant librement, éviter les obstacles et faire attention à ce qui se trouve devant eux.

"Équipé de notre progiciel Automated Global Feature Analyzer, un orbiteur ou un dirigeable tenterait d'identifier des anomalies au sol à l'aide d'un ensemble de calculs purement mathématiques, algorithmes impartiaux, " Fink explique. " Il transférerait ensuite cette information aux rovers au sol, afin qu'ils puissent aller enquêter de près. Les humains ne seraient plus ceux qui appuieraient sur les boutons."

Le travail difficile est difficile à battre pour des étudiants comme Alex Brooks.

"Ce qui est unique dans le travail dans le laboratoire du Dr Fink, c'est que vous avez vraiment l'opportunité de faire une grande partie du travail réel sur les projets, " dit Brooks. " Par exemple, sur les rovers, pour la partie autonomie, Je suis vraiment le développeur principal du logiciel qui les aide à naviguer. ... Dans son labo, si vous démontrez que vous êtes capable de gérer un travail avancé, vous pouvez explorer cela."

Des cyborgs aux surhumains

On pouvait voir comment les frontières entre « humain » et « artificiel » commencent à s'estomper dans un futur où les humains et les machines s'interfacent et travaillent ensemble de plus en plus étroitement, et les machines exécutent des missions complexes avec une surveillance humaine minimale ou inexistante.

Prenez le domaine en plein essor de la bio-ingénierie, en particulier les neuroprothèses, où la technologie implantable est utilisée pour prévenir les accès de dépression et les crises d'épilepsie, supprimer les tremblements causés par la maladie de Parkinson, ou restaurer l'audition ou la vision.

Les travaux de Fink sur le traitement de l'image et les algorithmes de stimulation neurale ont considérablement amélioré les performances du seul implant rétinien approuvé par la FDA, et a ouvert la voie à l'amélioration de sa résolution de telle sorte que le porteur a une chance de voir plus que des traits du visage et de lire des lettres en gros caractères.

Rendre la vision aux aveugles grâce à des implants de vision artificielle ou remplacer les tissus cérébraux endommagés par un accident vasculaire cérébral par des dispositifs biomimétiques sont des exemples phares d'interface cerveau humain/machine. Mais on peut voir comment cela ne peut prendre qu'un petit pas pour "améliorer" des individus par ailleurs en bonne santé grâce à la technologie.

Cela peut ressembler à des romans et des films de science-fiction pour passer des systèmes surveillant la santé des astronautes, pilotes, des soldats ou des athlètes à créer une sorte de « surhumain ». Mais d'une certaine manière, c'est exactement où vont les choses, selon Fink.

"Il y a une limite éthique critique qui doit être considérée, " dit-il. " Où arrêtez-vous d'aider l'humanité et entrez-vous dans le royaume du surnaturel où rien ne va à l'humain, mais tu essaies d'aller au dessus de ça ?

"Où s'arrête l'homme, et la machine démarre ? Les robots doivent-ils avoir des droits ? C'est ce que nous finirons par rencontrer."