Application de l'ARPA

En novembre 2021, le Congrès a adopté la loi IIJA (Infrastructure Investment and Jobs Act), qui prévoyait 550 milliards de dollars de nouveaux financements pour des dizaines de nouveaux programmes dans l'ensemble du département américain des Transports (USDOT). Parallèlement aux investissements historiques dans les routes et les ponts américains, le projet de loi a créé l'Advanced Research Projects Agency-Infrastructure (ARPA-I). S'appuyant sur des modèles réussis tels que la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) et le Advanced Research Program-Energy (ARPA-E), la mission de l'ARPA-I est d'apporter les solutions technologiques les plus innovantes du pays pour relever nos défis les plus importants en matière d'infrastructure de transport.

L'ARPA-I doit naviguer dans le paysage d'infrastructure complexe unique de l'Amérique, caractérisé par un financement fédéral limité pour la recherche et le développement par rapport à d'autres secteurs, la propriété et la gestion du secteur public, et des structures de propriété très fragmentées et souvent se chevauchant qui comprennent des villes, des comtés, des États, des agences fédérales, le secteur privé et organismes parapublics. De plus, la nouvelle agence doit intégrer la culture, les structures et le processus d'idéation rigoureux que les ARPA de l'ensemble du gouvernement ont perfectionnés depuis les années 1950. Ce rapport est une introduction à la manière dont l'ARPA-I et ses parties prenantes peuvent tirer parti de cette opportunité unique pour conduire un changement réel, durable et durable dans l'infrastructure de transport américaine.

Ce rapport met en évidence l'opportunité offerte par l'ARPA-I ; oriente ceux qui ne connaissent pas le secteur des infrastructures de transport vers les défis uniques auxquels il est confronté; fournit une compréhension fondamentale du modèle ARPA et de sa conception de programme à un stade précoce; et permet aux experts et aux parties prenantes de s'impliquer dans l'idéation du programme. Cependant, des sections individuelles peuvent être utilisées comme outils autonomes en fonction des connaissances préalables du lecteur et de son implication prévue avec l'ARPA-I.

En novembre 2021, le Congrès a adopté l'Infrastructure Investment and Jobs Act (IIJA) autorisant le Département américain des transports (USDOT) à créer l'Advanced Research Projects Agency-Infrastructure (ARPA-I), entre autres nouveaux programmes. La mission d'ARPA-I est de faire progresser l'infrastructure de transport des États-Unis en développant des solutions scientifiques et technologiques innovantes qui :

L'ARPA-I atteindra cet objectif en soutenant des projets de recherche qui :

L'ARPA-I est le plus récent ajout à une longue lignée d'ARPA à succès qui continuent de fournir des innovations révolutionnaires dans les secteurs de la défense, du renseignement, de l'énergie et de la santé. Le département américain de la Défense a créé la pionnière Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) en 1958 en réponse au lancement soviétique du satellite Spoutnik pour développer et démontrer des technologies et des capacités à haut risque et à haute récompense pour assurer la supériorité technologique militaire américaine et affronter défis de sécurité nationale. Au fil des ans, les programmes de la DARPA ont été à l'origine d'avancées technologiques importantes ayant des implications au-delà de la défense et de la sécurité nationale, telles que les premiers stades d'Internet, la création du système de positionnement global (GPS) et le développement de vaccins à ARNm essentiels à la lutte contre COVID 19.

À la lumière des nombreuses avancées réussies grâce aux programmes DARPA, le gouvernement a reproduit le modèle ARPA pour d'autres secteurs critiques, ce qui a abouti à l'Activité des projets de recherche avancée sur le renseignement (IARPA) au sein du Bureau du directeur du renseignement national, l'Agence des projets de recherche avancée- Énergie au sein du ministère de l'Énergie et, plus récemment, l'Agence des projets de recherche avancée-Santé (ARPA-H) au sein du ministère de la Santé et des Services sociaux.

Maintenant, il est possible d'apporter ce même esprit d'innovation sans contrainte pour résoudre les défis d'infrastructure de transport les plus pressants de notre époque. Les États-Unis sont depuis longtemps confrontés à divers défis liés aux infrastructures de transport, en partie en raison des faibles niveaux de dépenses fédérales en recherche et développement (R&D) dans ce domaine; la fragmentation des rôles entre le gouvernement fédéral, étatique et local ; pratiques d'approvisionnement prudentes; et des marchés commerciaux atones. Ces défis incluent :

Le projet de loi de crédits omnibus pour l'exercice 2023 a accordé à l'ARPA-I son crédit initial au début de 2023. Pourtant, même avant cela, l'administration Biden-Harris a vu le potentiel des innovations axées sur l'ARPA-I pour aider à atteindre son objectif de zéro émission nette de GES en 2050, tel qu'énoncé dans son initiative Net-Zero Game Changers. En particulier, l'administration a identifié la mobilité intelligente, les systèmes de transport propres et efficaces, la construction d'infrastructures de nouvelle génération, les infrastructures électriques avancées et les infrastructures de carburant propre comme des "changeurs nets zéro" que l'ARPA-I pourrait jouer un rôle démesuré dans le développement.

Pour que les programmes ARPA-I atteignent leur plein potentiel, les parties prenantes et les partenaires de l'agence doivent comprendre non seulement comment appliquer efficacement le modèle ARPA, mais aussi comment les circonstances et les défis uniques au sein des infrastructures de transport doivent être pris en compte dans la conception du programme.

L'utilisation de l'ARPA-I pour faire progresser les percées dans les infrastructures de transport nécessite une prise de conscience des défis les plus persistants à prioriser et de l'ensemble unique de circonstances au sein du secteur qui peuvent entraver les progrès s'ils sont ignorés. Vous trouverez ci-dessous des résumés des principaux défis et considérations que l'ARPA-I doit prendre en compte, suivis d'une analyse plus approfondie de chaque défi.

Les dépenses fédérales en RD dans les infrastructures de transport sont inférieures à celles des autres secteurs. Cet écart est particulièrement aigu parce que, contrairement à certains autres secteurs, les dépenses fédérales en R et D en transport financent souvent des études et des systèmes utilisés pour prendre des décisions réglementaires plutôt que l'innovation technologique. Le tableau ci-dessous compare les dépenses fédérales réelles en R&D et les dépenses sectorielles pour 2019 dans les secteurs de la défense, de la santé, de l'énergie et des transports en pourcentage du PIB de chaque secteur. Le gouvernement fédéral dépense des ordres de grandeur inférieurs aux transports que les autres secteurs : les dépenses de R&D énergétique en pourcentage du PIB du secteur sont près de 15 fois plus élevées que les transports, tandis que la santé est 13 fois plus élevée et la défense est près de 38 fois plus élevée.

1. La comparaison des dépenses fédérales en R&D et des dépenses sectorielles pour 2019 est similaire à celles des années 2020 et 2021.

2. Exclut les valeurs ajoutées du PIB liées à l'assistance sociale

3. Comprend les valeurs ajoutées du PIB liées à l'extraction de pétrole et de gaz, aux services publics et aux produits du pétrole et du charbon

4. Exclut la valeur ajoutée du PIB liée à l'entreposage

Depuis 1990, l'investissement total dans la R&D aux États-Unis a été multiplié par environ 9. Si l'on examine la source des investissements en R&D au cours de la même période, les secteurs privé et public ont investi à peu près le même montant de financement en R&D en 1982, mais aujourd'hui, le taux d'investissement en R&D est près de 4 fois plus élevé pour l'industrie privée que pour le gouvernement.

Bien qu'il y ait des problèmes avec l'essentiel de la R&D provenant du secteur privé, comme les innovations visant à promouvoir les biens publics à long terme qui sont négligées en raison d'incitations commerciales plus lucratives, les industries qui reçoivent un financement privé considérable pour la R&D voient encore d'importantes percées en matière d'innovation. Par exemple, l'industrie médicale a vu 161,8 milliards de dollars de financement privé en R&D en 2020, contre seulement 61,5 milliards de dollars de financement fédéral. Plus de 75 % de cette R&D de l'industrie privée a eu lieu dans le secteur biopharmaceutique où les entreprises ont des incitations à la rentabilité pour être à la pointe des progrès de la médecine.

Le secteur des transports possède un domaine solide pour l'investissement privé en R&D : la fabrication d'équipements automobiles et aéronautiques. En 2018, la R&D privée totale était de 52,6 milliards de dollars. La R&D sur les transports du secteur privé se concentre sur les clients individuels et les utilisateurs finaux, créant de meilleurs véhicules, produits et efficacités. La grande majorité de cette R&D du secteur privé ne va pas à l'infrastructure parce que les bénéfices sont largement publics plutôt que privés. Autrement dit, les États-Unis investissent plus de 50 fois plus de R&D dans les véhicules que les systèmes d'infrastructure sur lesquels ces véhicules fonctionnent.

Malgré les opportunités au sein du système d'infrastructure de transport à prédominance publique, la fragmentation du marché est un obstacle persistant à un progrès rapide. Chaque niveau de gouvernement a des acteurs différents avec des objectifs et des responsabilités différents. Par exemple, au niveau fédéral, l'USDOT fournit des orientations, des politiques et un financement au niveau national pour le transport dans les modes aérien, routier, ferroviaire, de transport en commun, portuaire et maritime. Pendant ce temps, les États fixent des objectifs, élaborent des plans et des projets de transport et gèrent des réseaux de transport comme le réseau routier inter-États. Les organismes de planification métropolitaine assument certaines des fonctions de planification au niveau régional, et les gouvernements locaux entretiennent souvent une grande partie de leur infrastructure. Il existe également des agences individuelles locales qui exploitent des installations telles que des aéroports, des ports ou des péages organisés au niveau de l'État, régional ou local. Les programmes qui peuvent utiliser des partenariats pour traverser cette mosaïque de systèmes sont essentiels pour avoir un impact à grande échelle.

Les agences locales ont un accès et des capacités limités pour développer des technologies intersectorielles. Ils ont accès à des pools limités de financements de l'USDOT pour piloter des technologies et s'appuient donc généralement sur des technologies disponibles dans le commerce pour augmenter les chances de succès des pilotes. L'une des lacunes de ce processus actuel est que l'USDOT et les propriétaires-exploitants d'infrastructures (IOO) jouent un rôle plus passif dans le développement de technologies innovantes, dépendant plutôt du simple déploiement de technologies prêtes pour le marché.

Le secteur des infrastructures de transport est un environnement multimodal réparti sur de nombreux modes, y compris l'aviation, le transport maritime, les pipelines, les chemins de fer, les routes (qui comprennent le vélo et la marche) et le transport en commun. Chaque mode comprend divers clients et intervenants à considérer. De plus, dans le paysage fragmenté du marché, les ministères des transports fédéraux, étatiques et locaux ont des priorités et des mandats différents, et parfois concurrents. Cette dynamique crée des difficultés pour allouer les ressources de R&D et envisager l'accès à l'innovation à travers ces différents modes.

L'identification du client n'est pas "une taille pour tous" dans les ARPA existants. Par exemple, la DARPA se concentre sur la fourniture d'innovations efficaces pour un client : le ministère de la Défense. Pour ARPA-E, c'est moins clair ; leurs clients vont des entreprises de services publics aux propriétaires qui cherchent à bénéficier de coûts énergétiques réduits. L'ARPA-I occuperait un espace entre ces deux cas, sachant que ses utilisateurs finaux sont des IOO, des entités responsables du déploiement de l'infrastructure dans de nombreux cas au niveau local ou régional.

Cependant, même avec cette compréhension plus directe de ses clients, une lacune d'un système axé sur plusieurs modes est que l'infrastructure de transport est très vaste, occupant tout, du béton autocicatrisant à la sécurité des intersections en passant par le déploiement de la mobilité électrifiée et plus encore. L'évolution rapide des technologies et des attentes dans tous les modes, ainsi que le déploiement de modes de transport entièrement nouveaux, compliquent davantage les choses. Ces développements soulèvent des questions sur la place des nouvelles technologies et capacités dans les cadres modaux existants, quels acteurs du marché des infrastructures de transport devraient diriger leur développement et qui sont les « clients » ultimes ou les utilisateurs finaux de l'innovation.

Avoir une compréhension matricielle de l'évolution technologique rapide des modes de transport et de leurs clients potentiels est essentiel pour investir dans l'infrastructure de l'avenir et pour la construire, étant donné que les investissements dans l'infrastructure de transport modifient non seulement le mouvement des personnes et des marchandises d'une région, mais ont également un impact fondamental sur son développement. L'ARPA-I est sur le point de façonner les apprentissages à travers et en partenariat avec les modes et divers bureaux de l'USDOT pour assurer le développement et le raffinement des technologies et des approches sous-jacentes qui répondent aux besoins de l'ensemble du système de transport et des utilisateurs de tous les modes.

Le succès de l'utilisation du modèle ARPA vient de la démonstration de nouvelles capacités d'innovation, de la création d'une communauté de personnes (un « écosystème ») pour faire avancer les progrès et du soutien des principaux décideurs. Pourtant, le modèle ARPA ne peut réussir que si ses directeurs de programme (PD), boursiers, parties prenantes et autres partenaires comprennent la structure unique et la flexibilité inhérente requises pour créer une culture propice à la stimulation d'innovations révolutionnaires. D'un point de vue structurel et culturel, le modèle ARPA ne ressemble à aucun autre modèle d'agence au sein du gouvernement fédéral, y compris toutes les agences de R&D existantes. Les partenaires et les autres parties prenantes doivent adopter les caractéristiques uniques d'une ARPA.

Un portefeuille ARPA est peut-être ce qui se rapproche le plus d'un portefeuille de capital-risque au sein du gouvernement fédéral. Ils ont pour mandat de prendre de grandes oscillations et ne devraient donc pas se limiter à des projets qui semblent être des valeurs sûres. Les ARPA entreprendront de nombreux projets tout au long de leur existence, elles doivent donc équilibrer les gains rapides avec des paris à plus long terme tout en considérant l'échec comme une partie naturelle du processus.

Une ARPA doit être impitoyable dans son processus de prise de décision car elle a la capacité de manœuvrer et de changer sans la restriction des plans ou des feuilles de route initiaux. Par exemple, les projets autour d'une technologie plus naissante peuvent nécessiter plus de patience, mais si les évaluations indiquent qu'ils n'atteignent pas les résultats ou les jalons escomptés, les PD ne doivent pas avoir peur de mettre fin à ces projets et de se concentrer sur d'autres nouvelles idées.

Les ARPA peuvent envisager des moyens nouveaux et non traditionnels de financer l'innovation et ne doivent donc pas être pris dans les tendances au sein de leur agence au sens large. Au fur et à mesure que différentes administrations embarquent, de nouveaux bureaux sont construits et les priorités partisanes peuvent changer, mais les ARPA devraient limiter l'influence externe sur leurs opérations quotidiennes.

Les PD, les partenaires et les autres membres de l'équipe doivent adopter la liberté de création nécessaire au succès et fonctionner un peu comme des entrepreneurs pour leurs programmes. Les traits valorisés comprennent une propension à l'action, la flexibilité, un leadership visionnaire, l'auto-motivation et la ténacité.

Essayer de planifier la trajectoire de l'agence pour les deux prochaines années, cinq ans, 10 ans ou au-delà est un effort futile et peut être préjudiciable au progrès. Les ARPA nécessitent une flexibilité ultime au jour le jour et d'année en année. Par rapport à d'autres initiatives fédérales, les ARPA sont beaucoup moins bureaucratiques de par leur conception, et imposer une planification et une bureaucratie inutiles à l'agence ralentira les progrès.

Avec l'évolution rapide et la nature entrepreneuriale du travail de l'ARPA, le personnel fédéral, les sous-traitants et les autres partenaires de l'agence doivent compter les uns sur les autres pour le soutien et l'assistance nécessaires pour saisir les opportunités et continuer à progresser à mesure que les programmes mûrissent et évoluent.

Les PD de l'ARPA doivent être libres d'explorer des idées de programmes et de projets potentiels sans aucune prédétermination. L'agence devrait les soutenir dans la poursuite de grandes idées non conventionnelles sans restriction par un processus particulier. Bien qu'il existe un processus pour transformer leurs idées les plus non conventionnelles et révolutionnaires en projets financés et fonctionnels, les idées transformationnelles sont plus importantes que le processus lui-même lors de la génération d'idées.

Les choses évoluent rapidement dans une ARPA, et les décisions doivent correspondre à ce rythme, de sorte que des individus tels que les boursiers et les PD doivent travailler ensemble pour offrir autant de commentaires que possible. Un refoulement constructif permet d'éviter les impasses et renforce ainsi les programmes.

La vision du directeur aide à attirer les bons talents et les niveaux appropriés d'ambition et de domaines d'intérêt tout en obtenant le soutien des principaux décideurs et sommités. Cette vision dictera les types et les qualités des PD qu'un ARPA attirera pour exécuter dans cette vision.

Parce que le pouvoir de l'agence réside dans ses employés, les ARPA sont généralement des organisations plates. Une ARPA devrait chercher à embaucher les penseurs et les constructeurs les meilleurs et les plus visionnaires en tant que PD, leur permettre de déterminer et de concevoir de bons programmes et de les exécuter avec une perturbation hiérarchique limitée. Au cours de ce processus, les DP doivent dialoguer avec les décideurs dès les premières étapes de la conception du programme pour comprendre les besoins et les réalités des exécutants.

Le modèle ARPA permet aux PD de se connecter avec des universités, des entreprises, des organisations à but non lucratif, des organisations et d'autres secteurs du gouvernement pour contracter la R&D nécessaire. Cela permet au programme d'établir des relations avec des individus sans avoir besoin d'embaucher ou de fournir des installations ou des laboratoires de recherche.

À partir des versions antérieures de l'ARPA qui tentaient des environnements distants et hybrides, il est devenu évident qu'il est important d'avoir des collisions organiques entre les différents rôles et programmes d'une ARPA pour obtenir de meilleurs résultats. Par exemple, les interactions continues en personne entre et parmi les DP et les conseillers techniques sont essentielles à la génération d'idées et à la gestion technique des projets et des programmes.

L'une des caractéristiques structurelles les plus uniques d'ARPA est son roulement fréquent. Les PD et les boursiers ont une durée limitée et les ARPA sont conçus pour remplacer ces postes clés toutes les quelques années à mesure que les marchés et les industries évoluent. Il est donc essentiel de mettre en place des processus de transition réfléchis, notamment en tenant compte du rôle de l'ingénierie des systèmes et de l'assistance technique (SETA). entrepreneurs à combler les lacunes dans les connaissances, à cultiver un réseau actif d'anciens élèves et à échelonner les cycles d'embauche afin qu'un grand nombre de PD et de boursiers ne quittent pas tous leur service en même temps.

On ne peut pas supposer que si un projet réussit, le secteur privé adoptera cette technologie et l'aidera à se développer. Au lieu de cela, un ARPA devrait créer son propre pont vers la mise à l'échelle sous la forme de programmes dédiés au financement de projets éprouvés dans un environnement de test pour faire évoluer leur technologie pour une application dans le monde réel.

De la même manière que pour le financement dédié à la mise à l'échelle décrit ci-dessus, les conseillers en technologie de mise sur le marché sont chargés de réfléchir à la manière dont les projets parviennent au monde réel. Ils devraient travailler main dans la main avec les DP, même aux premiers stades de l'élaboration du programme, pour fournir des perspectives sur la façon dont les projets pourraient être commercialisés et devenir prêts pour le marché. Sans cette orientation, les technologies courent le risque de mourir sur la vigne - réussissant techniquement, mais échouant commercialement.

Relever les grands défis des infrastructures de transport par le biais de l'ARPA-I nécessite de comprendre ce qui est unique dans la conception de son programme. Ce processus commence par l'examen du problème qui mérite d'être résolu, l'opportunité qui en fait un problème mûr à résoudre, une idée de haut niveau de la capacité d'un programme ARPA à le résoudre et une visualisation de l'avenir une fois ce problème résolu. Ce processus d'idéation de programme à un stade précoce nécessite un changement de mentalité pour trouver des idées de programmes innovants qui correspondent au modèle ARPA en termes de niveau d'ambition approprié et d'adéquation à la structure et aux objectifs de l'ARPA. Il s'agit également d'un processus intrinsèquement itératif. Par conséquent, même si la création d'un "wireframe" décrivant le problème, l'opportunité, les objectifs du programme et la vision future peut sembler simple, cela peut prendre des mois de raffinement.

De nombreux défis auxquels notre système d'infrastructure de transport est confronté ne sont pas définis par un seul problème; il s'agit plutôt d'un conglomérat de problèmes qui doivent être résolus simultanément. Un programme efficace ne se contentera pas d'isoler un seul problème à résoudre, mais il l'abordera à un niveau où quelque chose peut être fait pour le résoudre grâce à une analyse des causes profondes.

D'autre part, les problèmes envisagés pour les programmes ARPA peuvent être isolés au point que leur résolution ne conduira pas à un changement transformationnel. Dans cette situation, des problèmes étroits ne répondraient pas à une série de projets progressifs et complémentaires qui correspondraient à un ARPA.

Lors de la conception d'un programme à un stade précoce, les opportunités sont parfois présentées comme "une opportunité de résoudre un problème". Une opportunité devrait plutôt refléter une méthode, une technologie ou une approche prometteuse déjà existante mais qui bénéficierait d'un financement et de ressources par le biais d'un programme d'agence de recherche avancée.

Bien que les changements de réglementation et de politique soient un élément nécessaire et important pour relever les défis de l'infrastructure de transport, aborder les problèmes dans cette optique n'est pas le mandat d'une ARPA. Les ARPA se concentrent sur le soutien des innovations révolutionnaires dans le développement de nouvelles méthodes, technologies, capacités et approches. De plus, les approches réglementaires de la résolution de problèmes peuvent souvent être soumises à de longs processus politiques.

Une ARPA devrait rechercher des opportunités de résoudre des problèmes là où, sans son intervention, des percées pourraient ne pas se produire dans un délai raisonnable. Si le secteur public ou privé a déjà un intérêt significatif à résoudre un problème et qu'il est sur la bonne voie pour développer une solution transformationnelle dans quelques années ou moins, le financement et le soutien de l'ARPA pourraient apporter une plus grande valeur ajoutée ailleurs.

Les problèmes identifiés pour l'examen du programme ARPA doivent être présents en tant que thèmes dans les opportunités choisies pour les résoudre ainsi que dans la manière dont les programmes sont finalement structurés. Sinon, un programme peut manquer d'une approche ciblée pour résoudre un problème particulier.

La conception centrée sur l'humain devrait être au cœur de la définition des programmes ARPA, en particulier lorsque l'on considère l'échelle à laquelle les concepteurs doivent réfléchir à la manière dont la résolution d'un problème apportera un changement transformationnel aux utilisateurs quotidiens.

Les programmes de recherche ne doivent pas être construits avec des solutions prédéterminées à l'esprit ; ils doivent être orientés autour d'un problème spécifique pour s'assurer que toutes les solutions proposées sont ciblées et efficaces.

Les objectifs du programme ne doivent pas simplement reformuler l'opportunité, ni sauter là où le monde en sera plusieurs années après la fin du programme. Ils doivent séparer les éléments tactiques d'un programme et l'impact qu'ils auront en fin de compte. Les concepteurs doivent considérer leur programme comme une étape clé dans un long arc de commercialisation et d'adoption, avec une idée précise de qui doit agir et de ce qui doit se passer pour faire d'un objectif de programme une réalité.

Garder à l'esprit ces erreurs courantes tout au long du processus de conception garantit que les programmes sont correctement définis, suffisamment ambitieux et conformes aux objectifs de l'agence. Avec ces repères à l'esprit, les générateurs d'idées devraient commencer la conception de leur programme sous la forme d'un wireframe.

La première phase du développement du programme ARPA consiste à créer une structure filaire de programme, qui est un aperçu d'un programme potentiel qui capture les éléments clés à prendre en compte pour évaluer l'adéquation du programme et son impact potentiel. Le modèle ci-dessous présente les composants caractéristiques d'un wireframe de programme.

Pour créer une structure filaire entièrement étoffée, les directeurs de programme travaillent à rebours en envisageant d'abord un état futur qui serait véritablement transformationnel pour la société et dans tous les secteurs s'il devait se réaliser. Ensuite, ils identifient un problème clairement articulé qui doit être résolu et qui entrave les progrès vers cet état futur transformationnel. Au cours de ce processus, les PD doivent effectuer une analyse approfondie des causes profondes pour déterminer si le problème qu'ils ont identifié est exacerbé par des complications politiques, réglementaires ou environnementales, par opposition à celles que la technologie peut déjà résoudre. Cela indiquera si un problème est quelque chose sur lequel l'ARPA-I a la possibilité d'avoir un impact fondamental.

Ensuite, les directeurs de programme identifient une opportunité prometteuse, telle qu'une méthode, une approche ou une technologie, qui, si elle était développée, mise à l'échelle et mise en œuvre, résoudrait le problème qu'ils ont défini et aiderait à atteindre l'état futur proposé. Lorsqu'ils envisagent une opportunité prometteuse, les PD doivent évaluer si elle est à la pointe d'autres technologies potentielles qui auraient également besoin d'être développées pour la soutenir et s'il est possible d'obtenir des résultats concrets dans un délai de trois à cinq ans et avec un budget de programme moyen. De plus, il est utile de se demander si une opportunité envisagée pour le développement de programmes fait partie d'une cohorte plus large de programmes potentiels qui se trouvent dans un domaine d'intervention ARPA-I qui pourraient tous être exécutés en parallèle.

Plus important encore, avant de plonger dans la résolution du problème, les PD doivent expliquer ce qui a empêché cette opportunité d'être déjà résolue, mise à l'échelle et mise en œuvre, et quel rôle ou besoin explicite il y a pour une agence fédérale de R&D d'intervenir et de diriger le développement de technologies, de méthodes ou d'approches pour encourager le déploiement et la mise à l'échelle du secteur privé. Par exemple, si le secteur privé est déjà incité à, et capable de, prendre la tête du développement d'une technologie particulière et qu'il sera prêt pour le marché dans quelques années, alors il y a moins de justification pour une intervention de l'ARPA dans ce cas particulier. D'un autre côté, la solution prescrite au problème identifié peut être si naissante que ce qui est nécessaire est plus de R&D fondamentale à un stade précoce, auquel cas un programme ARPA ne conviendrait pas. Ce domaine devrait être réservé en tant que domaine d'agences et de bureaux fédéraux de R&D à vocation scientifique plus fondamentale.

Un exemple pour illustrer cet ajustement de maturité est l'investissement de la DARPA dans l'ARNm. Alors que les National Institutes of Health ont contribué de manière significative à la recherche fondamentale initiale, la DARPA a reconnu l'écart technologique dans la capacité à mettre à l'échelle et à fabriquer rapidement des thérapies, ce qui a incité l'agence à lancer le programme Autonomous Diagnostics to Enable Prevention and Therapeutics (ADEPT) pour développer des technologies pour répondre aux menaces de maladies infectieuses. Grâce à ADEPT, en 2011, la DARPA a accordé à Moderna Therapeutics, une jeune entreprise, 25 millions de dollars pour la recherche et le développement de sa plateforme thérapeutique d'ARN messager. Neuf ans plus tard, Moderna est devenue la deuxième entreprise après Pfizer-BioNTech à recevoir une autorisation d'utilisation d'urgence pour son vaccin COVID-19.

Un autre exemple est le rôle de la DARPA dans le développement de l'Internet tel que nous le connaissons, qui ne consistait pas à l'origine à réaliser le concept sans précédent d'un réseau de communication mondial omniprésent. Ce qui a commencé par la recherche de technologies pour interconnecter les réseaux de paquets a conduit au développement d'ARPANET, un réseau pionnier pour le partage d'informations entre ordinateurs géographiquement séparés. La DARPA a ensuite engagé BBN Technologies pour construire les premiers routeurs avant de devenir opérationnels en 1969. Cette recherche a jeté les bases d'Internet. Le secteur commercial a depuis adopté les résultats révolutionnaires d'ARPANET et les a utilisés pour révolutionner la communication et le partage d'informations à travers le monde.

Pour guider les directeurs de programmes à travers le développement de programmes réussis, George H. Heilmeier, qui a été directeur de la DARPA de 1975 à 1977, avait l'habitude d'exiger que tous les PD répondent aux questions suivantes, connues sous le nom de catéchisme Heilmeier, dans le cadre de leur argumentaire pour un nouveau programme. Ces questions doivent être utilisées pour affiner la structure filaire et imaginer à quoi pourrait ressembler le programme. En particulier, le raffinement du wireframe devrait examiner les trois premières questions avant de s'étendre aux questions restantes.

Parallèlement au catéchisme Heilmeier, une série d'évaluations et de questions doit être complétée pour tester la pression et itérer une fois que le fil de fer a été rédigé. Ce processus de raffinement n'est pas unique, mais toujours fondé sur la recherche, des discussions avec des experts et des questions constantes pour assurer l'adéquation du programme. L'objectif est d'analyser en profondeur si le problème que nous cherchons à résoudre est le bon et si tout l'espace d'opportunités autour de ce problème est mûr pour l'intervention de l'ARPA.

Une façon de penser à déterminer si un wireframe pourrait être un programme est de demander : "Est-ce que ce wireframe est de la science ou est-ce de la science-fiction ?" En d'autres termes, la solution technologique proposée est-elle au bon niveau de maturité pour qu'une ARPA en fasse une réalité ? Il existe une gamme relativement large au milieu du spectre de maturité technologique qui pourrait convenir au programme ARPA, mais les extrémités extrêmes de ce spectre ne conviendraient pas, et donc ces structures filaires nécessiteraient une itération ou un rejet supplémentaires. À l'extrémité gauche du spectre se trouverait la recherche fondamentale qui ne produit que des articles publiés ou éventuellement un prototype. À l'autre extrême, il y aurait une technologie déjà développée au point que seule une mise en œuvre à grande échelle est nécessaire. Tout ce qui se situe entre les deux pourrait convenir à un domaine thématique du programme ARPA.

Une fois qu'un programme à fort impact a été conçu, l'étape suivante consiste à tester rigoureusement la pression et à développer un programme jusqu'à ce qu'il ressemble à un programme ARPA exécutable.

En utilisant ce cadre, tout problème ou opportunité au sein de l'infrastructure de transport peut être évalué pour son adéquation en tant qu'idée de niveau ARPA. La génération d'idées d'experts et de parties prenantes est essentielle pour créer un portefeuille efficace de programmes ARPA-I, de sorte que les générateurs d'idées doivent être armés de ce cadre et d'un ensemble défini de domaines d'intervention pour développer des wireframes de programmes prometteurs. Un premier ensemble de domaines prioritaires pour l'ARPA-I comprend la sécurité, le climat et la résilience, et la numérisation, avec l'équité et l'accessibilité comme considérations sous-jacentes dans chaque domaine prioritaire.

Il existe des centaines de sujets potentiels auxquels l'ARPA-I pourrait s'attaquer ; les deux schémas ci-dessous représentent des exemples d'idées de programme à un stade précoce qui bénéficieraient d'autres tests de pression tout au long du cycle d'itération de la conception du programme.

Remarque : Les wireframes suivants sont des exemples destinés à illustrer l'idéation ARPA et le processus de wireframing, et ne représentent pas des programmes de recherche potentiels ou des sujets à l'étude par le US Department of Transportation.

Après le développement initial du wireframe, une exploration plus approfondie est nécessaire pour tester une idée sous pression et s'assurer qu'elle peut être développée en un programme viable pour atteindre des ambitions "moonshot". Les auteurs de wireframe doivent tenir compte des facteurs suivants lors de l'itération :

Les wireframes sont destinés à être un résumé communicatif d'un plan plus large à suivre. Après une itération et une exploration plus poussées des facteurs décrits ci-dessus, ce qui n'était au départ qu'un schéma directeur de programme brut devrait se transformer en documents plus détaillés. Ceux-ci devraient inclure un diagnostic incisif du problème et des preuves et des citations validant les opportunités de le résoudre. Ensemble, ces composantes devraient mener à un objectif de programme plausible comme résultat.

L'ARPA-I nouvellement autorisée et appropriée présente une occasion unique d'appliquer un modèle qui a fait ses preuves dans le développement d'innovations révolutionnaires dans d'autres secteurs aux défis persistants auxquels sont confrontées les infrastructures de transport.

Les individus et les organisations qui travailleraient au sein du réseau ARPA-I doivent avoir une compréhension claire des circonstances, des défis et des opportunités uniques de ce secteur, ainsi que de la manière d'appliquer ce contexte et le modèle unique d'idéation du programme ARPA pour construire des avoir un impact sur les futurs programmes d'innovation. L'engagement de cette communauté est essentiel au succès de l'ARPA-I, et le FAS recherche de grands penseurs qui sont prêts à relever ce défi en développant des idées audacieuses et innovantes.

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