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美国DARPA“最神秘”的生命科学引擎

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DARPA官网

潘 展|撰文

提到美国国防高级研究计划局(DARPA),很多人首先想到的是互联网、GPS、隐身技术,以及人工智能。

事实上,这家成立于冷战时期的机构,还孕育着美国最激进的生物科技研发计划。而承担这些任务的,正是DARPA旗下最年轻、也是近年来发展最快的部门——生物技术办公室(BTO)

从脑机接口、AI设计蛋白,到合成生物学、生物制造,再到战场医疗和农业安全,BTO几乎覆盖了现代生物技术的所有前沿方向,也成为美国国防科技战略的重要组成部分。

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DARPA:美国“高风险、高回报”科研的代表

DARPA成立于1958年,源于苏联发射第一颗人造卫星“斯普特尼克1号”后,美国希望建立一个能够提前布局颠覆性技术的机构,避免再次遭遇“技术突袭”。


利用光信号在活细胞内直接操控DNA与RNA的合成过程概念图,图源DARPA官网

与美国国家科学基金会(NSF)或美国国立卫生研究院(NIH)不同,DARPA并不建设实验室,也很少长期资助基础研究,而是充当“科技总设计师”。其项目聚焦国家安全需求,资助高风险、高回报研究,项目周期通常为3—5年。最大特点是项目经理拥有极大自主权,可快速组建跨机构团队,一旦达到目标,项目即结束,成果转交军方、企业或其他政府机构继续发展。

过去60多年,DARPA推动了一系列改变世界的技术,ARPANET(互联网前身)、GPS等只是其中最具代表性的技术之一。此外,还包括自动驾驶、语音识别以及现代人工智能的一系列基础技术。


DARPA的6大技术办公室,图源DARPA官网

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BTO的核心目标与代表性资助项目

如今,DARPA拥有多个技术办公室,而BTO则负责生命科学方向。长期以来,DARPA的生命科学研究分散在不同部门。随着基因组学、合成生物学、神经科学和人工智能快速发展,五角大楼意识到,生物学正在成为继信息技术之后的新一轮战略技术平台

因此,DARPA于2014年正式成立BTO,将分散的生命科学项目统一管理,希望利用生物学、工程学等跨学科融合,开发具有革命性的技术,解决未来战争和国家安全中的重大问题。

成立后的BTO迅速成为DARPA增长最快的技术办公室之一,其研究范围早已超越传统医学,而是覆盖整个生物经济体系。目前,BTO主要围绕三大研究方向开展工作:

一是构建“生物数据工厂”。这是近年来BTO最重要的发展方向,目标是像训练大语言模型一样,让AI学习生命系统规律,构建生物基础模型,实现自动化实验室与生成大规模生物数据、序列设计与功能预测,甚至构建虚拟细胞。这一方向与当前AI制药、AI蛋白设计的发展高度契合,也代表着美国希望建立下一代数字生物学基础设施。

二是提升战场医疗能力。这是BTO最具国防特色的任务,研究内容包括战场快速诊断、生化威胁检测、创伤救治、士兵身体与认知能力增强、康复和功能恢复等。例如,目前正在推进的ABC项目,希望研发适用于战场环境的新型麻醉技术;AWARE项目则探索通过药物和设备,在睡眠不足情况下安全提升士兵警觉性,而不产生明显副作用或依赖性。

三是建设未来生物制造体系。BTO认为,未来战争不仅比拼武器,更比拼供应链。因此,其重点发展分布式生物制造、生物材料、微生物制造平台等。目标是在偏远地区甚至战场前线,实现药物、蛋白质、材料等关键物资的按需制造,提高后勤保障能力。


BTO正在资助的代表性项目,图源:DARPA官网

作为DARPA的组成部分,BTO同样并不从事实验研究。它更像一家专注于生物领域前沿科技投资的“项目管理机构”。这种“小机构、大网络”的模式,使DARPA能够快速整合全美创新资源,并不断更新研究方向。

成立十余年来,BTO已支持数十项具有代表性的前沿计划。包括脑机接口,推动高带宽神经接口研究,为假肢控制、人机协同和神经疾病治疗奠定基础;研发高度灵活的智能仿生义肢,使截肢患者能够完成精细动作(Revolutionizing Prosthetics);利用人工智能自动阅读海量癌症文献,构建疾病机制模型,为科研人员提出新的研究假设(Big Mechanism);开发分布式、按需生产蛋白质和生物药物的新型制造体系,以缩短疫苗、抗体等关键生物制品的供应时间(RPM))。

此外,近年来BTO还推出了农业防御(Ag×BTO)、微生物保存(AMPHORA)、材料防护(Arcadia)等新计划,将研究范围扩展至农业、生物制造、生态安全等领域。

虽然DARPA的使命服务于国家安全,但其许多成果最终都会进入民用领域。尤其是在人工智能与生命科学深度融合的背景下,BTO越来越像美国打造未来“生物经济”的战略引擎:一方面满足国防需求,另一方面通过高风险投入培育下一代通用生物技术平台。

成立仅十余年的BTO已经成为DARPA最具活力的技术办公室之一。它正试图把生物学转化为一种可编程、可设计、可制造的工程体系。它的布局折射出一个清晰趋势:未来国家竞争,不仅是芯片和人工智能的竞争,是生物技术与人工智能深度融合能力的竞争。对于全球科研界而言,BTO既是美国前沿科技创新的重要窗口,也是观察未来生命科学发展方向的重要风向标。

Deep Science预印本



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