Нанотехнології зацікавили в першу чергу військових. Поки немає нанороботів, доводиться воювати людям. І для того, щоб підвищити бойову міць солдата, в США заснували Інститут Солдатських Нанотехнологій, який розробляє уніформу солдата майбутнього. У цій статті описані прогнози і реальні розробки в області майбутнього обмундирування.
Ательє
На базі Массачусетського технологічного інституту (МТІ) був створений Інститут Солдатських Нанотехнологій для розробки екіпіровки і озброєння «солдата майбутнього». Засновники інституту з боку МТІ і армія США виділили на дослідження грант розмірами в 50 мільйонів доларів. Проте, Едвін Томас, глава інституту, сказав, що «на розробку військового обмундирування і зброї, істотно поліпшеного за допомогою нанотехнологій, буде потрібно не менше 20 років.» В інституті ведеться розробка в рамках семи проектів, кожен з яких становить окремий «цеглинка »майбутнього солдата. У роботі беруть участь 37 вчених з 8 різних відділень МТІ.
Едвін і дослідники пропонують істотно нову концепцію солдата. Вони хочуть зробити з людини, обмундирування і зброї якийсь гібрид, елементи якого будуть настільки тісно пов'язані між собою, що повністю екіпірованого солдата майбутнього можна буде назвати окремим організмом - автономним, швидкодіючим, виживають.
За словами Томаса, за допомогою традиційних технологій таких результатів досягти важко, хоча і можливо. За допомогою сучасних нанотехнологій їх досягти ще важче, але Томас сподівається на їх подальший розвиток і твердо вірить в те, що команда виконає більше того, що буде описано нижче.
Солдатська броня 2020 року
На недавній виставці в Капітолії члени Конгресу США змогли побачити дві «демонстраційні моделі» солдат: зразка 2010 і 2020 року. Там же був представлений відеоролик, що пояснює роботу нових костюмів і їх відмінність від сучасних.
конструкція
Бойовий бронежилет завтовшки всього декілька міліметрів, названий дослідниками "динамічна броня», що становить одну з основних деталей екіпіровки солдата, буде облягати його зразок водолазного костюма. При цьому в його тонкому шарі міститимуться досить складні молекулярні компоненти, за допомогою яких нова форма буде і бронежилетом, і універсальним медичним діагностичним інструментом, і екзоскелетом. Обмундирування солдата, який воював в Іраку, важило 48 кілограм. Обмундирування 2010 року важити 20 кілограм. Скільки буде важити броня 2020 року, дослідники поки не уточнюють. Але навряд чи солдат буде носити на собі броню. Швидше за все, броня сама буде його носити.
Всі життєво важливі параметри солдата (пульс, кров'яний тиск, енцефалограма, температура тіла та ін.) Будуть вимірюватися вбудованими в костюм датчиками. Стан солдата буде виведено як на проектор на шоломі, так і на медичний комп'ютер, який буде приймати рішення про трансформування костюма в екзоскелет або броню миттєво і незалежно від солдата. Ряд полімерних актюаторів, з яких буде складатися костюм, по сигналу від медичного комп'ютера будуть робити певні його ділянки жорсткіше або м'якше. Якщо, наприклад, солдат поламає ногу, місцевий екзоскелет дозволить захопити її в штучні шини, сформовані тканиною костюма.
Як говорить один з дослідників, спеціально сконструйовані наномашини-підсилювачі, що входять до складу екзоскелета броні 2020 року, зможуть збільшити силу солдата на 300%. Уніформа зразка 2010 року може «посилити» солдата тільки на 35%.
Томас заявляє, що відповідна реакція костюма буде аналогічна роботі подушок безпеки в автомобілях. «Менше секунди пройде між детектуванням удару або кровотечі, і у відповідь реакцією костюма. І все це завдяки існуючим МЕМС-акселерометр », - каже Томас. Природно, що через кілька років мова вже буде йти про НЕМС-акселерометрах. І саме вони напевно будуть використовуватися в якості детекторів ударів в солдатському костюмі.
Полімерні наноактюатори і датчики випробовуються поки на моделях
Дослідники пояснюють, як вони будуть працювати над створенням екзоскелета. Для забезпечення потрібного швидкодії актюатори повинні швидко приймати потрібне положення залежно від надходження сигналу. Для цього необхідно попрацювати з уже наявними полімерами, знайти методи їх «швидкої» самозборки в потрібні структури, і зробити їх електропровідними. Далі необхідно дізнатися, чи будуть ці полімерні матеріали сумісні з живою тканиною при тривалому контакті. І, нарешті, скориставшись математичним моделюванням, обчислити найбільш оптимальні місця для розміщення датчиків, їх кількість і типи. Далі діють програмісти - вони пишуть програмне забезпечення для медичного комп'ютера. На мультфільмі, який можна подивитися тут, можна побачити історію про солдата, який втратив свідомість від поранення. Але медичний комп'ютер вчасно включив екзоскелет, і це врятувало солдатові життя.
Для того, щоб зробити костюм товщиною в кілька міліметрів досить міцним (постійне використання екзоскелета може викликати великі енергетичні витрати), дослідники хочуть створити його на основі структури павутини. Павутина міцна, водостійка, гнучка і легка, тому є всі підстави вважати, що її модифікації будуть хорошою базою для обмундирування. Паола Хеммонд, керівник команди з біологічної та хімічної захисту Інституту Солдатських Нанотехнологій, каже, що «вивчивши структуру павутини, ми створили нановолокна з поліуритану діаметром близько 100 нм, які структурно схожі на звичайну павутину, тільки гнучкіше, легше і жорсткіше справжньою».
Нановолокна на основі поліуретану стануть основним матеріалом солдатського костюма
Різні електропровідні матеріали на основі нанополімеров
Для того, щоб зробити новий матеріал жорстким, дослідники додали до нових нановолокна наночастинки, що приєднуються до певних ділянок волокон, поєднуючи їх між собою і таким чином роблячи новий матеріал міцніше. Як говорить Паола, одяг на основі штучної павутини буде набагато міцніше звичайної, і її буде важко зносити або розрізати. Ймовірно, що дане відкриття використовується і в мирному призначенні як «неізнашіваемого» матеріалу для звичайного одягу. Також додавання різних наночасток до нановолокна дозволяє змінювати їх електропровідність. Так в костюмі можна створити ділянки провідності, зв'язавши розташовані всередині нього сенсори з комп'ютерами і забезпечивши передачу енергії до наноактюаторам екзоскелета.
Нові матеріали на основі декількох полімерів дозволить захистити солдата від попадання куль і осколків. Дослідники ведуть розробки в напрямку енергопоглинаючих полімерів на основі рідких кристалів, які при їх деформації розподілять енергію по всій поверхні. Цілком можливо, що дослідники зможуть утилізувати енергію куль і осколків, що потрапляють в солдата.
Полімери, які поглинають енергію
Також планується забезпечити костюм солдата поряд гнучких сонячних панелей, які будуть вмонтовані в костюм. Тоді автономність солдата помітно зросте. Як сказав один з дослідників, нова броня зможе прийняти необмежену кількість куль, в той час як сучасні бронежилети після попадання певної кількості куль приходять в непридатність.
Одна з найважливіших проблем в розробці костюма - створення ефективної гібридизації організму людини з механізмами костюма. Дослідники давно займаються виробництвом нанометрових трубок (не звичні вуглецевих нанотрубок) для того, щоб створити працездатні біологічні лабораторії-на-чіпі.
Лабораторія-на-чіпі: штучна печінка
Для того, щоб ефективно розпізнати хімічну або біологічну атаку, дослідники запропонували використовувати звичайну людську печінку. Як відомо, цей орган дуже чутливий до різних вірусів і отрут. Дослідники виготовили чіп, на якому міститься близько 1,5 мільйона живих клітин печінки для того, щоб вчасно повідомити солдату про небезпеки. Під керівництвом Лінди Гріффіт відділ з Інституту Солдатських Нанотехнологій створив мобільну і компактну версію печінки. Чіп є дві ультратонкі пластини з кремнію, розділені поруч микроканалов. Далі на поверхню однієї з пластин поміщають живі клітини печінки, які розташовуються в осередках мікронних розмірів. Як тільки клітини «розташуються» всередині чіпа, він являє собою біореактор, здатний виробляти специфічні речовини при впливі на нього іншими речовинами і мікроорганізмами. Через чіп постійно циркулює вода, забезпечуючи клітини поживними речовинами. Через час клітини організовуються в такі ж структури, як і в живій печінки. Тоді чіп починає працювати. Як тільки до клітин надійдуть речовини, шкідливі для людини, вони вироблять певний хімічний відповідь, який буде інтерпретований медичним комп'ютером, і солдат отримає повідомлення про небезпеку. Штучна печінка може виявити шкідливі речовини в дуже малих концентраціях, що дає можливість солдату захиститися від хімічної або біологічної атаки раніше, ніж вона стане смертоносної.
інтерфейс
Модель 2010 року була названа дослідниками «F-16 на ногах», оскільки система позиціонування і навігації, розташована в заплічному рюкзаку солдата, дозволяє виконати всі ті операції по навігації, що і комп'ютери літака F-16. «Цей солдат може перетнути джунглі, жодного разу не збившись зі шляху» - говорить дослідник Де Гей, обслуговуючий презентацію в Капітолії. Шолом солдата оснащений сенсорами, детектуючих вібрації кісток черепа і щелеп. Ця система успішно заміняє звичайний мікрофон, який використовували раніше. Весь обмін інформацією буде проводитися через проектор, який передає інформацію прямо на сітківку. Так у солдата з'явиться ряд «операційних вікон» - які інформуватимуть солдата про накази, про противника, замінять бінокль і прилади нічного бачення, а також будуть відображати стан організму. За «видимим» розмірами екран буде зіставимо з 17 "монітором.
Інтерфейс тестової програми, яка відображає стан солдата
Медичний комп'ютер моделі 2020 року передає найважливіші параметри солдата на камеру, що проектує зображення на сітківку ока. Солдату показують основні фізіологічні параметри: пульс, кардіограму, температуру тіла і навколишнього середовища, радіоактивність середовища, калориметр, а також скільки води випив солдатів. Контроль над кількістю рідини дозволить економніше витрачати воду і запобігти зневоднення організму. Якщо солдат хворий, то доктор, що знаходиться в тисячах кілометрів від нього, проаналізувавши стан солдата, віддасть відповідні команди медичного комп'ютера, який зробить необхідні ін'єкції і сконфигурирует екзоскелет.
Якщо ж солдат не встигне сам викликати медика, то це зробить його комп'ютер за даними датчиків, заблокувавши солдата в екзоскелет і включивши системи життєзабезпечення. Таким чином солдат буде «закутий в лати» до приходу лікаря.
Солдати зможуть обмінюватися даними в реальному часі з транспортними засобами, вертольотами, танками, роботами підтримки та іншою технікою. Можливо також дистанційне керування технікою солдатом. Ще, за словами Де Гея, вертольоти, що летять попереду загону, передаватимуть інформацію про противника солдатам. У новому костюмі солдат зосередиться тільки на одному - на веденні бою.
Едвін Томас також зазначив, що всі представлені інститутом розробки вже близькі до завершення. Наступним етапом буде з'єднання всіх частин в один виріб. Цілком можливо, що в недалекому майбутньому до вже ведуться дослідженням додадуться нові, які розширять можливості нової уніформи. Але і без цього запропонований Томасом солдат майбутнього вражає своєю автономністю, швидкодією і невразливістю.
Автор: Свідіненко Юрій
джерела:
1. Institute for Soldier Nanotechnologies (ISN) http://web.mit.edu/...n/index.html
2. Small Times: Smart artillery shells promisea major MEMS device market
3. Small Times: Soldier nanotech institute expects to recruit six more private partners
4. DoD: Future Warrior Exhibits Super Powers
