Tech Tales: Gjennomgang av Caren Gussoffs The Birthday Problem.

Hva er oddsen for en nanobot-apokalypse?

Dagens nanoteknologer drømmer om små roboter som kan kurere – eller forårsake – enorme problemer.

Teknologenes bittesmå leker terroriserer Tacoma

Hos Caren Gussoff Bursdagsproblemet, Forfatteren bruker dette faktum til å bygge en postapokalyptisk verden for oss som viser de brede mulighetene for nanoteknologi.  Satt i Seattle rundt slutten av det 21. århundre, Bursdagsproblemet beskriver en verden som oppnådde drømmen om biomedisinske ingeniører overalt: Oppfinnelsen av medisinske nanoboter kalt "MaGo"-roboter lovet en kur for all menneskelig sykdom og en garanti for livslang ungdommelighet og vitalitet. Ingen lever evig, men med MaGo-robotene dør alle unge i en moden alder.

Helt til noe går galt, og en ny bot-stamme gjør mange mennesker dødelig syke. Bottenes opprinnelse, og deres bisarre psykiatriske effekter på ofrene deres, utforskes gjennom øynene til en lang rekke karakterer hvis historier usannsynlig flettes sammen på en måte som får romanen til å føles som en Bizarro World crossover mellom Seinfeld og Veien.

De teknologiske og litterære elementene i Gussoffs arbeid sentrerer begge om ideen om at i store svermer blir det som er usannsynlig for en person sannsynlig i gruppen. Dette hentydes til i tittelen; "Bursdagsproblemet" er et klassisk tankeeksperiment innen statistikk. Hvis det er X antall personer på en fest, hva er oddsen for at de deler bursdag?

Hva er sannsynligheten?

De fleste er overrasket over å høre at oddsen er høye selv for små grupper - det er tross alt bare 366 alternativer. Ved å spille av denne ideen om uventede effekter i en sverm, overlapper de sammenflettede historielinjene til de forskjellige karakterene – selv om karakterene ikke innser det.  Bursdagsproblemet, som sin navnebror, minner oss om at når det er nok variabler, har våre ubetydelige handlinger større konsekvenser enn vi forventer.

Det er fornuftig at store nettverk av mennesker vil ha komplekse, og noen ganger katastrofale, tilfeldige interaksjoner. Gjelder den samme kaosteorien for nanoroboter? Selv om det aldri er uttalt direkte, Bursdagsproblemet antyder at når vi driver med avansert teknologi, kan sjansene for en katastrofe være høyere enn vi tror.

Real World Nanotech informerer historien

Gussoff, en tidligere naturfaglærer, gjorde mye konseptuell forskning på nanorobotikk, og forstår at mange små maskiner som jobber sammen kan gi en stor effekt. MaGo-robotene er forenklede maskiner med få linjer med kode, men de kan programmeres til å bruke samarbeid for å oppnå store medisinske mål, og hvordan den programmeringen kan mutere for å pervertere disse målene. Som virolog har jeg sett hvordan nanomaskiner kan utvikle seg til å samarbeide for systemisk effekt. Gussoff har rett.

Jeg snakket med Gussoff om hvordan hun unnfanget MaGo-robotene, og hun vevde sammen en kompleks billedvev av kilder. Opprinnelig kombinerte hun en original forskningsartikkel om lang levetid med en utmerket 2009-rapport om nanomedisin, "Effekten av nanoteknologi på legemiddellevering," av Omid C. Farokhzad og Robert Langer, begge fra MIT-Harvard Center for Nanotechnology Excellence. 

Gussoff innså at nanoteknologi kunne levere livsforlengende medisiner, og forestilte seg hva ellers de kunne gjøre, og MaGo-robotene ble født. Hun jobbet mye med å finne lærebøker som var tilgjengelige og hadde gode ideer om fremtiden til nanoteknologi. Hun anbefaler Nanomedical Device and Systems Design: Utfordringer, muligheter, visjoner, redigert av Frank Boehm, administrerende direktør i et nanomedisk teknologiselskap. Det er vel verdt dekningsprisen på $170 hvis du er interessert i nanomedisk teknologi.

Samtidig tok Gusoff en titt på hvordan forskningskroner brukes og la merke til at det hun kaller "sexy" tilstander, "...de som påvirker vårt ytre utseende, eller de som angriper en "ønskelig" kroppsdel ​​får mest dollar— enkelt og greit." Ved å lage MaGo-robotene, som korrigerer disse "sexy" forholdene og fungerer som en kilde for ungdom, kombinerte hun disse medisinske målene med prinsipper hun lærte i nanoingeniørlitteraturen. I hennes verden fikk menneskelig iver etter å løse disse «sexy» sykdommene oss til å overse konsekvensene, noe hun også baserte på sin forskning på nanomedisin. 

Når du snakker med henne om dette, begynner du å innse at det som ble skrevet ut Bursdagsproblemet er bare en liten brøkdel av Gussoffs nanomedisinske forståelse. Men spørsmålet gjenstår: samsvarer fantasien hennes, på godt og vondt, med nanomedisinens muligheter i den virkelige verden?

Ekte nanoroboter ... er laget av DNA?

Et av mine personlige favoritt nanomedisinprosjekter i den virkelige verden er arbeidet med Dr. Ido Bachelet at Israels Bar Ilan University.  Dr. Bachelet bruker en teknikk kalt "DNA origami" for å bygge nanomaskiner av DNA. Det er utrolig hva som kan gjøres med denne teknologien. Komplekse brytere og maskineri i disse nanomaskinene er i stand til å utføre sofistikerte oppgaver, som å frakte nyttelaster av giftige kjemoterapimedisiner direkte til tumorceller, og bare frigjøre lasten når de er sikre på at de har nådd en celle som legen ønsker å drepe. 

Og det er bare den enkleste oppgaven som Dr. Bachelet sier at nanomaskinene hans kan gjøre. I likhet med MaGo-robotene kan programmering av Dr. Bachelets DNA-maskiner til å fungere som en maurlignende sverm resultere i all slags fantasimedisinsk teknologi. På toppen av hodet mitt kan jeg forestille meg en stamme av disse nanorobotene som ville erstatte det sviktede immunforsvaret til AIDS-pasienter. Eller maskiner som kan reparere skaden forårsaket av degenerative hjernesykdommer før det blir et problem. Mulighetene er uendelige, men hvis du er interessert i mer, Dr. Bachelet gjør en god jobb med å forklare arbeidet sitt i denne foredraget fra TEDMED Israel.

Vi kan imidlertid ikke se bort fra nanomedisinens negative muligheter som Gussoff tar opp i sin roman. Har Dr. Bachelets DNA nanoroboter muligheten til å drepe oss alle? Det er ikke et dumt spørsmål – fungerende medisinske nanoroboter vil tross alt ha mye til felles med mikrobene som gjør oss syke – men det har et enkelt svar: DNA-origami er en forsiktig prosess med å blande korte DNA-tråder i en laboratoriesetting. Disse DNA-maskinene replikerer ikke seg selv, og dermed har de ikke sjansen for tilfeldig mutasjon som er tilstede i noe som MaGo-robotene. Derfor kan ikke Dr. Bachelets nanoroboter produsere uventede og usannsynlige morderavkom som i Bursdagsproblemet.

Metallmaskiner: også et alternativ

Likevel er ikke DNA-maskiner det folk flest tenker på når noen sier "nanoroboter". I stedet tryller ideen frem metall- og silisiummaskiner i små skalaer, og MaGo-robotene til Bursdagsproblemet er basert på den modellen. Arbeidet med den typen roboter er fortsatt i sin spede begynnelse, men det er et område med aktiv og entusiastisk forskning. 

I mellomtiden jobbes det også med fullskala robotprosjekter «svermer» av roboter som kan samarbeide for å oppnå store ting.  Det finnes militære, produksjons- og romfartsapplikasjoner, men ettersom robotteknologien blir mindre, er det ingen grunn til at disse svermdesignteknologiene ikke vil ha medisinske applikasjoner. Hvis Gussoff har rett, vil det imidlertid være viktig å inkludere sikkerhetstiltak som begrenser selvreplikasjonen av slike medisinske roboter, eller i det minste forhindrer dem i å mutere på farlige måter.

Nanoteknologi kan gjøre oss udødelige

Ærlig talt er de potensielle positive fordelene for store til at vi ikke kan prøve å utvikle denne teknologien. Så lenge vi er intelligente når det gjelder å inkludere sikkerhetstiltak som unngår en katastrofe som den som presenteres i Bursdagsproblem, det er mye å hente. Medisinske nanoroboter har ikke bare potensial til å kurere sykdom; de kan også manipulere stoffskiftet vårt, i farten, for å gjøre oss lengre, mer produktive og generelt mer tilfredse og effektive i livene våre. Det vil sannsynligvis endre mange ting om samfunnet, forutsatt at vi har den vitenskapelige kunnskapen til å bruke når de nanomaskiner er klare for beste sendetid.

Forskning på menneskelig levetid samler allerede informasjon til bruk i nanomedisiner. Det er nye artikler om livsforlengelse hver dag, og selv om det er umulig å oppsummere alt her, et eksempel er den nylige avsløringen at tilpasningsaktiviteten til enzymet AMPK, funnet hos mennesker og mange andre dyr, forlenget levetiden til fruktfluer med 30 %. 

Akkurat nå er ikke denne informasjonen nyttig for menneskers helse, fordi vi ikke har teknologi for å gå inn i celler og slå gener på og av etter ønske. Med fremskritt innen nanomedisin som ligner på MaGo-robotene i Bursdagsproblemet, denne typen kunnskap kan brukes til realistisk menneskelig livsforlengelse. Det kan imidlertid ta litt tid - forhåpentligvis vil vi alle leve for å se dagen som lar oss leve evig.

Kan de VIRKELIG drepe oss alle?

Selvfølgelig kan vi ikke diskutere disse mer tradisjonelle mekaniske nanorobotene Bursdagsproblemet uten også å diskutere sannsynligheten for negative utfall for dem også – nemlig sjansen for at svermer av roboter til slutt vil drepe oss alle. Det virker ikke så langsøkt, selv om maskinene ikke kan replikere seg selv. Faktisk, i løpet av de siste månedene, et "spøkelse i maskinen" på Den internasjonale romstasjonen har skutt opp totalt fire små satellitter, kalt CubeSats, uten noen menneskelig oppfordring. CubeSats er en del av et "sverm"-strategi vitenskapelig oppdrag, men de krever normalt en menneskelig kommando for å starte. Hvis de kjeder seg og starter seg selv, kan det gjøre en person litt ukomfortabel med tanke på mulighetene for å bruke svermer av roboter i medisin.  Bursdagsproblemet griper inn i det ubehaget.

Jeg tror ikke at Gussoff prøver å spille på denne uroen for å skremme oss fra å utvikle nanomedisin. Gode ​​teknopokalypsehistorier om menneskelig hybris handler ikke om å holde seg unna ny teknologi. Technopocalypse science fiction handler om å se før vi hopper – ikke om å unngå spranget helt. Ikke på noe tidspunkt Bursdagsproblemet fordømme nanoteknologi. Faktisk fortsetter mange karakterer å bruke det for å holde seg i live, til tross for måten useriøs nanoteknologi rev verden fra hverandre. I stedet er dette verkets kommentar om nanoteknologi en advarsel. Slik ting er akkurat nå, er forskningspenger dårlig bevilget til overfladiske årsaker, og hvis vi ikke er selvbevisste og forsiktige, kan vi utvikle noe med farlige konsekvenser. Budskapet er forsiktighet – ikke et moratorium for nanomedisin.

Apokalypse avverget

Når det er sagt, så er jeg ikke så bekymret. Medisinske forskere har en tendens til å ha bekymringer som dette i forkant av hodet. I motsetning til hva du kanskje tror fra Bond-filmer, ønsker ingen å være legen som endte verden. Det medisinske ingeniørmiljøet har mye regulering som det er, og jeg forestiller meg at kliniske studier vil bli konstruert for å gjøre disse produktene trygge i stedet for små ryttere av apokalypsen. Blant de apokalyptiske scenariene som holder meg våken om natten, er nanoteknologi som gjør at vi alle rangerer selvmord ganske lavt. Likevel gir det ganske interessant lesning, med et litterært kaliber som matcher klassisk, prisvinnende science fiction.

Faktisk, mens jeg leste den, kom den til å tenke på den fragmenterte verdenen til Neal Stephensons store Diamantalder, som også sentrerer om en nanoteknologisk fremtid. Derimot Bursdagsproblemet er mindre aggressivt utenfor veggen og inneholder en mer mangfoldig rollebesetning bestående av mennesker av mange raser, religioner og seksuelle legninger. Kjønnsbalansen er også godt oppnådd. Hvis du likte Diamantalderen, men vil ha noe med en oppdatert følelse av representasjon og nanoteknologi informert av gjeldende vitenskap, du vil elske Bursdagsproblemet.

Til sammen Bursdagsproblemet har mye å tilføre den futuristiske samtalen rundt nanoteknologi og nanorobotikk. Det smale teknologiske omfanget tillater etterforskning av virkelige menneskelige problemer og potensielle farer som nanoteknologiingeniører må forhindre gjennom god design. Det tvinger oss til å tenke ikke bare på de usannsynlige effektene av nanorobotikk, men også på de usannsynlige effektene av våre egne handlinger. Det brede menneskelige omfanget og overlappende historier gir en levende, pustende historie som føles som om den finner sted i en virkelig fremtid. Når leseren krysser det Gussoff har forestilt seg, reflekterer den over våre egne visjoner om fremtiden i dag, og lar oss lure på hvordan 2014s futurisme vil forme verden – vil vi være forsiktige med hva vi utvikler, eller vil vi la ambisjoner ta oss inn på farlig territorium? Feil ti tusen linjer med kode kan utgjøre hele forskjellen.