Нанотехнологии для обороны

Нанотехнологии для обороны

Инженеры из Массачусетского технологического института разработали нанометровое био покрытие, которое может приостановить кровотечение практически одномоментно. Это шаг вперед, который может резко повысить выживаемость посреди боец, раненных в бою.

Является ли военная нанотехнология научной фантастикой либо фактом находится в зависимости от того, как вы смотрите на широкий диапазон «наноприложений»: от синтетических материалов с нанометровой структурой и до самовоспроизводящихся вирусоподобных роботов-убийц. 1-ые сейчас уже с нами, тогда как 2-ые остаются в воспаленном воображении энтузиастов и пророков конца света. А ведь еще по скольким ведутся НИОКР!

Нанотехнология
Термин нанотехнология можно применить к чему-либо, что предполагает манипуляции с частичками, имеющими, по последней мере, в одном измерении наименее 100 нанометров (нм). Нанометр – это миллиардная часть метра. В конечном счете, нанотехнология содержит в себе синтезирование материалов, структур и машин из отдельных атомов и молекул.

Южноамериканскому физику-ядерщику Ричарду П. Фейнману обычно приписывают идею проектирования на субатомном уровне, озвученную в его лекции 1959 года в южноамериканском физическом обществе. Доктор Норио Танигучи из Токийского института, как молвят, сделал термин «нанотехнология» в 1974 году для описания методик получения полупроводников, к примеру осаждения тонкопленочных покрытий и дробления ионного пучка, способных создавать нанометровые элементы. Термин стал пользующимся популярностью благодаря книжке Эрика Дрекслера «Движители созидания: Будущая эпоха нанотехнологии», изданной в 1986 году. Безизбежно то, что нанотехнология присоединилась к ядерному оружию и генной инженерии в пользующемся популярностью перечне научных понятий, которых все страшатся.

Ричард Джоунс, доктор физики в институте Шеффилда, член Царского научного общества и старший советник по нанотехнологиям в английском Совете по инженерным и физическим исследованиям, утверждает, что для того, чтоб синтезировать наномашины, ученые и инженеры должны осознавать, как природа совладевает с неведомыми силами, которые доминируют на молекулярном уровне. Продвинутые нанотехнологии могли бы использовать очень маленьких, размером с насекомого, военных ботов. «Они могли бы употребляться для четкой локализации личных целей. спрятавшихся посреди штатских, даже в одном здании», говорится в докладе компании РЭНД (научно-исследовательский центр в шт. Калифорния), изданном в 2011 году, в каком также предупреждается о «грядущих неоднородностях» в военной стратегии и оборонном планировании США.

Тем временем, военные и оборонная индустрия вдохновляются более близким по срокам потенциалом других качеств этой технологии, к примеру наноструктурированных материалов. Они обещают нам более крепкие и легкие наземные машины и летательные аппараты, крепкую броню, наилучшую защитную одежку, более резвые компы с большей памятью, более действенные и дешевенькие детекторы, более массивные и поболее экономные движки, батареи с большей зарядной емкостью и поболее действенное преобразование солнечной энергии в электронную и т.д.
Уже имеются углеродные нанотрубки, фуллерены и нанопены, но сейчас исследователи открыли очередной новый тип углеродного материала: колоссальные углеродные трубки. Эти трубки в тыщи раз крупнее собственных «наноаналогов», они имеют исключительные механические и электронные характеристики и могли бы отыскать применение от микроэлектронных устройств до пуленепробиваемых нательных жилетов.

Радиостанция на нанотрубках
В 2008 году компания Northrop Grumman объявила о первой полнофункциональной радиостанции на углеродных нанотрубках. Она разработана в институте Иллинойса и на ее примере было продемонстрировано, что углеродные нанотрубки могут работать в качестве скоростных транзисторов, потребляя одну тысячную энергии, которая нужна для современных транзисторов, докладывают в компании. Это могло бы прирастить срок работы батарей радиостанции от нескольких дней до нескольких недель.

Подразделение компании Lockheed Martin под заглавием Applied NanoStructured Solutions (ANS) разработало способ выкармливания углеродных наноструктур (УНС) прямо в субстратах при помощи «непрерывного процесса, похожего с промышленным», что позволяет включать в композиционные материалы точно определенное процентное соотношение УНС. ANS также может растить УНС на других субстратах, к примеру керамике либо металлах.

Волокна и материалы с УНС позволяют получить композиционные материалы последующего поколения с усовершенствованными механическими качествами, также тепло- и электропроводимостью как у металлов. Применение таких материалов включает электрическое экранирование и защиту от электростатических разрядов для электроники и освещения, проводящие слоистые пластики для защиты от электрических помех и молний, и проводящие термопласты, заливаемые под давлением.

Исходные мотивированные рынки включают коммерческую авиацию, вертолеты, морские суда и наземные тс. В августе 2011 года, к примеру, ANS объявила, что ее УНС-волокно было применено в опорах, которые предупреждают обоюдное воздействие термического покрытия и опор батареей солнечных частей на галлактическом аппарате JUNO, запущенном к Юпитеру 5 августа 2011 года.

В феврале компания Zyvex Technologies выпустила молекулярный каучук ZyMER, армированный углеродными нанотрубками для получения более крепких ремней и уплотнителей и поболее работоспособных шин. Zyvex также вводит углеродные нанотрубки в смоляные матрицы пластичных материалов, усиленных углеводородными волокнами с применением собственного запатентованного связывающего материала KENTERA. Zyvex Marine применяет такие материалы для корпусов беспилотных надводных катеров.

Броня с принципом деяния кукурузного крахмала
Ученые из сингапурского агентства по науке и технологиям слились с сингапурским институтом, чтоб запатентовать полимерный композиционный материал, который в обыкновенном состоянии мягенький и гибкий, но делается жестким при ударе, подобно раствору с кукурузным крахмалом. Как сказали исследователи из этих организаций при объявлении о научном прорыве в июле 2010 года, он мог бы поменять железные пластинки, которые бойцы нередко носят под кевларовой защитой.

Композиционный материал, способный рассеивать огромную энергию соударения, молвят исследователи, состоит из полимера и сочетания других материалов, разработанных для поглощения энергии средством механизма загустевания при сдвиге. Разработаны и другие материалы, работающие по этому принципу, но сингапурцы запатентовали способ, исключающий необходимость включения пены и повышающий упругость.

Нанотехнология также является объектом углубляющегося интернационального сотрудничества, в октябре 2009 года французский государственный центр исследований, сингапурский технологический институт и компания Thales объявили о разработке CINTRA, совместной исследовательской организации. CINTRA базируется в Сингапуре, где изучит нанотехнологии для электроники, фотоэлектроники и смежных областей.

В октябре прошедшего года компания EADS объявила о планах по сотрудничеству с Роснано по НИОКР в сфере нанотехнологий, включая работы в области увеличения эффективности использования энергии, новым материалам, био науке и безопасности.

Озабоченности НАТО орудием массового поражения
В широком докладе, представленном в парламентскую ассамблею НАТО в 2005 году перечислены многие потенциальные приложения нанотехнологии, но при всем этом озвучены озабоченности хим и биологическим вооружением. В нем утверждается, что нанотехнологии могут существенно сделать лучше механизмы доставки: «Способность микрочастиц просачиваться в тело человека и его клеточки могло бы сделать биологическую и хим войну еще более осуществимой, легче управляемой и направленной против отдельных групп либо лиц». Но, с другой стороны, этому можно противопоставить способность чувствительных, избирательных и дешевых детекторов и материалов обнаруживать и связывать составляющие хим, био, радиологического и ядерного (ХБРЯ) орудия.

В докладе высказывается колебание в возможности нанотехнологий сделать лучше ядерное орудие, так как это определяется необходимостью критичной массы расщепляющихся материалов. Но, подразумевается, что они могли бы сделать лучше периферийные устройства, включая системы активации и пуска, термическое и радиационное экранирование при предстоящей миниатюризации.

Нанотехнология может также посодействовать сделать «ядерную бомбу 4-ого поколения», которая могла бы стать маломощным «чистым» термоядерным орудием с малым содержанием ядерного горючего либо совершенно без него, и это горючее могло бы отыскать применение в заглубляющихся ракетах.

В докладе также цитируется видный исследователь в области военных нанотехнологий доктор Юрген Альтман, который предупреждает о дестабилизирующем эффекте автоматического принятия решений: «Непредусмотренные циклы действие–противодействие могут появляться меж обратными системами предупреждения и атаки», произнес он, предостерегая, что нет тривиального оборонительного приемущества, как следует, «контратаки и превентивные атаки, вероятнее всего, будут играть важную роль в вооруженных конфликтах».

Со времени опубликования доклада многие оборонные НИОКР в муниципальном секторе сосредоточены на защите боец в асимметричных противоповстанческих действиях, которые стали преобладающими в последнее десятилетие.


В сфере нанотехнологий проводятся исследования с целью упрочнения материалов, включая их составляющие, структуры и системы, механическое тестирование и механизмы их разрушения, взаимодействие взрывной волны со сложными материалами, включая людские ткани, и сверхбыструю оптическую диагностику распространения ударной волны и разрушений вследствие ее воздействия в жестких телах. Бойцы получат выгоды от нового фундаментального осознания: возможность информировать легкие материалы и структуры с целью обеспечения потрясающей защиты от взрыва; и выбирать средства предотвращения нанесения урона людям и сооружениям, вызванного взрывом.

Солдатские нанотехнологии
В 2002 году южноамериканская армия соединила силы с Массачусетским технологическим институтом для сотворения Института Солдатских Технологий (ISN), который работает в 5 стратегических исследовательских областях (SRA). SRA 1 обхватывает легкие наноструктурные волокна и материалы; в SRA 2 рассматриваются системы нанотехнологий для защиты бойца; в SRA 3 исследуется баллистическая взрывная защита; SRA 4 сосредоточена на субстанциях ХБРЯ и СВУ; тогда как SRA 5 связана с системной интеграцией.

Умное защитное покрытие
В рамках SRA 01 ISN в особенности заинтересован в нанопокрытиях, наноструктурах ядро-оболочка и стержень-стержень, углеродных нанотрубках, волокнах, тканях, слоистых и мембранных структурах с целью получения покрытий, которые могли бы защитить боец от хим и био орудия. «Функционализация поверхностей тканых материалов с внедрением слоев нанометровой толщины практически не добавляет массы к одежке, но добавляет возможность делать контролируемые деяния по отношению к специфичным угрозам,» докладывают в ISN. Эта организация разработала улучшенное хим осаждение из паровой фазы и послойную пропитку, которые позволяют проводить самосборку либо следующую обработку волокон с целью получения хотимой функциональности.

Инструменты ситуативной информированности
Также в согласовании с SRA 01 в ISN исследуются полупроводниковые нанокристаллические квантовые точки (QD) и их применение в оптоэлектронике и молекулярном зондировании. Потенциально, разработка QD могла бы привести к огромным, легким, нанометровой толщины, гибким фотодетекторам (в инфракрасном и видимом спектре), световым излучателям и устройствам памяти, которые можно соединить в сеть и встроить в солдатские инструменты ситуативной информированности.

Квантовые точки также могут употребляться в биомедицинском мониторинге либо для обнаружения химико-биологических угроз, докладывают в ISN, тут они могут служить в качестве «флуоресцентных репортеров» локального «нанопространства». Соединенные с подходящим хим составом, QD могут встраиваться в качестве двухсторонних детекторов собственного молекулярного окружения.

Детекторы на углеродных нанотрубках
В одной трети научных тем в рамках SRA 01 институт ISN изучает дешевые, крепкие, с малым энергопотреблением оптические и хим детекторы на базе углеродных нанотрубок. Такие детекторы могли бы существенно сделать лучше способности бойца по идентификации возможных угроз за счет усовершенствованного ночного видения и систем «свой-чужой». Структура и геометрия углеродных нанотрубок безупречны для формирования изображений и детектирования, молвят в ISN, так как, на самом деле, они являются проводящей поверхностью раскатанной в активные проводники нанометрового размера.

Используя способы вертикального выкармливания, взятые из микроэлектронной индустрии, исследователи из ISN изучают стратегии массовой обработки углеродных нанотрубок и их интеграцию в единую микросхему.


На фото — медная пластинка, которая является начальным материалом для взрывчатых консистенций, применяемых в военных детонаторах. Медная структура может быть сформирована на кристаллах, и потом преобразована во взрывчатый материал. Схожее хим соединение употребляется для улучшения устройств детонации в американских ВМС.

Электрические волокна
ISN также изучает возможность получения электрических и оптико-электронных устройств из нового семейства волокон, включающего проводники, изоляторы и полупроводники, которые могут растягиваться в длину на километры.

Работы по этой теме с самого начала были сосредоточены на однофункциональных устройствах, включающих: передающие волокна с полым сердечником с переменной длиной волны, резонаторы, излучающие волоконные лазеры, термические и оптические волоконные сенсоры и пьезоэлектрические волокна. Как молвят в Институте, эта разработка может привести к умным тканям, «усложненным до системного уровня».

Умные эластомерные мембраны
Очередное направление разработки умных материалов в рамках SRA 1 – это новые эластомеры, которые могут поменять форму, расширяться, сжиматься либо поменять свою твердость, упругие и всасывающие характеристики под действием света, электронных полей, конфигурации температуры и хим веществ. Мысль заключается в том, что они могли бы заполнить пробел в свойствах меж крепкими, жесткими материалами и такими материалами, как, к примеру, полимерные гели, которые могут реагировать на подобные воздействия, но не имеют прочности и жесткости. Возможное применение содержит в себе мембраны для управления температурой и защиты от хим и био веществ, которые открываются либо запираются по необходимости. Критические технологии содержат в себе новые многофункциональные материалы с одной реагирующей стороной либо основными цепями, также нанокомпозитные консистенции этих новых материалов с неорганическими микрочастицами.

Исцеление боевых повреждений
В рамках SRA 2 исследуются улучшения в мед помощи и обработка боевых повреждений в полевых критериях. К ним относятся наноматериалы и устройства, которые могут быть активированы на месте либо удаленно квалифицированным медперсоналом, бойцом и даже сработать без помощи других при помощи соответственных дублирующих приспособлений. К примерам из этого исследовательского проекта можно отнести полимерные активаторы, создающие твердость по просьбе для сшивания ран либо предотвращения ненужных движений при повреждении головы либо шейки.

Баллистическая и противоминная защита
В рамках SRA 3 проводятся исследования в области нанотехнологий, касающейся защиты боец от взрывов и баллистических угроз. Сочетая технологии синтетической химии, расчетным методом информированную молекулярную структуру и создание полимеров, исследователи из ISN нацелены на создание последнего поколения легких, мягеньких материалов, у каких потенциально существенно усовершенствованы энергопоглощающие характеристики. Эти материалы будут состоять из жестких полимерных цепочек с навесноыми группами в стратегических местах вдоль полимерной оси, придающими им сходство с параллельными нитями молекулярной «колючей проволоки». Сочетание жесткости цепи и вероятного взаимовлияния навесных групп (шипов) позволяет без повреждения общей структуры всасывать механическую энергию при одновременной значимой деформации, докладывают в ISN.

Другая группа наноструктурных материалов, железные сплавы с низкой плотностью, также являются одним из направлений SRA 3.3. Концепция заключается в том, что эти материалы могут быть сшиты в легкие и гибкие сборки, к примеру структуры в форме пучков и плетеных сеток, которые могли бы служить действенной и комфортабельной защитой для тела.

Исследователи направления SRA 4 отыскивают методы улучшения обнаружения небезопасных веществ и устройств и средства защиты от их боец. В одной из тем изучаются разные методы получения наноразмерных полимерных покрытий, которые обеспечивают специальные защитные функции. Тут ISN изучает способность нанометрических слоев держать под контролем характеристики поверхности, дозволяющие притягивать либо отталкивать воду и ослаблять хим и био опасности. Там также изучают многофункциональные и перенастраивающиеся нанопокрытия, которые могли бы встраиваться в переносные биодатчики для обнаружения ядов.

Еще одна тема SRA 4 («сверхчувствительные наноразмерные хим детекторы») сосредоточена на распознавании и описании субстанций с определенными хим признаками. Сюда заходит манипулирование наноразмерными элементами материалов с целью получения определенных параметров, пространственной разрешающей возможности, сниженного энергопотребления, многофункциональности, удобства использования либо сочетания всех этих свойств.

Одна из групп проектировщиков работает над флуоресцентным микроскопом, способным химически картировать поверхности до поперечного разрешения 5 нанометров. Другая находится в поисках наноразмерных кристаллов с нулевым энергопотреблением, которые реагируют на специфичные пары конфигурацией цвета. Мысль заключается в том, чтоб доставить кристаллы в подозрительную зону, предупредив боец о хим опасности без необходимости вхождения в зараженный район.


Нано оригами для функциональных детекторов
В рамках темы SRA 4.3 проходят работы по так именуемому наноструктурированному оригами; этот запатентованный процесс производства и сборки уже удачно продемонстрирован при поддержке ISN. Способ производства мультислойных трехмерных наносистем заключается в их сборке из двухмерных поверхностей. Процесс заключается в вытравливании наноразмерной области на многофункциональной двухмерной мембране и складывании ее секций в определенной последовательности.

Это решение позволяет сформировывать за один прием сложные геометрические и мультислойные схемы; она отлично подходит для интеграции в разные хим, электронные, оптические, механические и другие устройства. Эта главная разработка находит свое применение в бессчетных легких и дешевых системах восприятия и обнаружения угроз.

Коммуникационная одежка
5-ая сфера стратегических исследовательских работ в институте ISN – это создание и применение наноразмерных материалов и устройств и осознание их черт снутри встроенных систем. Одна из групп исследователей, к примеру, работает в области нерадиочастотных, на тканой базе, средств связи, включая интегрированные в униформу лазерные коммуникационные системы. Главные вопросы включают свойства мультиматериальных оптических волокон касательно времени реакции, чувствительности и управления шумом. Также изучается возможность включения волокон в тканые материалы вместе с аппаратными и программными средствами, необходимыми для соединения их с системой сбора данных; не обойден стороной и вопрос надежности передачи и получения инфы.

Оценка ЕС (Европейским Союзом) уровней технологической готовности
Около года вспять Организация ЕС по нанотехнологиям (дальше Организация) выпустила табличную оценку уровней технологической готовности TRL (Technology Readiness Level) по самым различным нанотехнологиям для широкого диапазона применений, многие из которых будут иметь явное оборонное значение. Систематизация TRL этой Организации является облегченной пятиуровневым вариантом девятиуровневой схемы применяемой в оборонных кругах. В обеих схемах TRL 1 указывает, что мысль находится на шаге базисных исследований; технологии TRL 2 являются объектом прикладных исследовательских работ с облегченной систематизацией, они содержат в себе уровни от 2 до 5 военной схемы; TRL 3 предугадывает работу над образцами, что соответствует уровням 6 и 7 для военных; тогда как TRL 4 и 5 на шкале Организации отражают выход на рынок и рыночную зрелость, соответствуя уровням 8 и 9 на шкале военных.

Создание нанокомпозитов и наноструктурированных металлов, могло бы, к примеру, потенциально открыть путь к созданию легких и дешевых тс. Организация обусловила TRL нанокомпозитов меж 2 и 5 зависимо от специфичных материалов, ссылаясь на ряд препятствий для коммерческого использования, включая цена, доступность огромных частей неплохого свойства, эксплуатационную надежность новых материалов и пригодность для автоматического крупномасштабного производства. Позицию наноструктурированных металлов организация ранжирует просто, ставя маленькие составляющие, к примеру, винты, на 4 и 5, а средние и большие — на уровни 2 – 3. Снижение уровней определяется высочайшей ценой производства, техническими ограничениями на создание более больших деталей и, как в случае с нанокомпозитами, отсутствием мощностей для крупносерийного производства.

Кремниевые нанопроводники в качестве подмены графита в отрицательных электродах литиевых батарей обещают повысить плотность мощности и срок службы, но организация обусловила их уровень TRL как 1 — 2, ссылаясь на неполное осознание теории, отсутствие достаточных познаний о материалах и производственных процессах.


Нанопокрытия и смазки обещают повысить энергетическую эффективность и уменьшить выбросы от бензиновых агрегатов, дизелей и газовых турбин для всех типов тс. В Организации отмечают, что до сего времени нужны большие инвестиции, в особенности для приложений, требующих производства больших компонент, их готовность оценивается как TRL 3 — 4. Нанотехнологии, в каких употребляется графен, классифицируются на Уровни 1 и 2. Графен — это форма углерода, которая представляет собой листы шириной в один атом; он имеет большой потенциал вне сферы «силиконовой (кремниевой)» электроники и отыщет свое применение в мониторах и фотогальванических элементах вместе с крепкими и проводящими композиционными материалами.

Ясно, что некие нанотехнологии еще покажут себя в дальнейшем «запредельно» новаторскими как в штатской, так и в оборонной сферах, ведь эта область науки пока так молода.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий
SQL - 36 | 0,883 сек. | 8.66 МБ