Солдат майбутнього: У що одягнутися

Нанотехнології зацікавили в першу чергу військових. Поки немає нанороботів, доводиться воювати людям. І для того, щоб підвищити бойову потужність 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, що істотно покращується за допомогою нанотехнологій, буде потрібно не менше 20 років." У інституті ведеться розробка в рамках семи проектів, кожен з яких складає окрему "цеглинку" майбутнього солдата. У роботі беруть участь 37 учених 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 зв'язані між собою, що повністю екіпірованого солдата майбутнього можна буде назвати окремим організмом - автономним, швидкодіючим, таким, що виживає.

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 описане нижчим.

На недавній виставці в Капітолії члени Конгресу США змогли побачити дві "демонстраційні моделі" солдатів: 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", такий, що становить одну з основних деталей екіпіровки солдата, облягатиме його на 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, що воював в Іраку, важило 48 кілограм. Обмундирування 2010 року важитиме 20 кілограм. Скільки важитиме броня 2020 року, дослідники поки не уточнюють. Але навряд чи солдат носитиме на собі броню. Швидше за все, броня сама його носитиме.

Всі життєво важливі параметри солдата (пульс, кров'яний тиск, енцефалограма, температура тіла і ін.) вимірюватимуться вбудованими в костюм датчиками. Стан солдата буде виведений як на проектор на шоломі, так і на медичний комп'ютер, який прийматиме вирішення про трансформацію костюма в екзоскелет або броні миттєво і незалежно від солдата. Ряд полімерних актюаторів, з яких складатиметься костюм, по сигналу від медичного комп'ютера робитимуть 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, зможуть збільшити силу солдата на 300%. Уніформа зразка 2010 року може "підсилити" солдата тільки на 35%.

Томас заявляє, що у відповідь 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-акселерометрам", - говорить Томас. Природно, що через декілька років мова вже йтиме про Немс-акселерометрах. І саме вони напевно використовуватимуться як детектори ударів в солдатському костюмі.

Дослідники пояснюють, як вони працюватимуть над створенням екзоскелета. Для забезпечення потрібної швидкодії актюатори повинні швидко приймати потрібне положення залежно від сигналу, що поступив. Для цього необхідно попрацювати з вже наявними полімерами, знайти методи їх "швидкої" самосборки 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, що знепритомнів від поранення. Але медичний комп'ютер вчасно включив екзоскелет, і це врятувало солдатові життя.

Для того, щоб зробити костюм завтовшки в декілька міліметрів достатньо 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 по біологічному і хімічному захисту Інституту Солдатських Нанотехнологій, говорить, що "вивчивши структуру павутини, ми створили нановолокна з поліурітана діаметром близько 100 нм, які структурно схожі на звичайну павутину, тільки гнучкіше, легше і жорсткіше справжньою".

Для того, щоб зробити новий матеріал жорстким, дослідники додали до нових нановолокон наночастки, що приєднуються до певних ділянок волокон, сполучаючи їх між собою і таким чином роблячи новий матеріал міцніше. Як говорить Паола, одяг на основі штучної павутини буде набагато міцніший звичайною, і її буде важко зносити або розрізати. Ймовірно, що дане відкриття використовується і в мирному призначенні як матеріал, що не "зношується", для звичайного одягу. Також додавання різних наночасток до нановолокон дозволяє змінювати їх електропровідність. Так в костюмі можна створити ділянки провідності, пов'язавши розташовані усередині нього сенсори з комп'ютерами і забезпечивши передачу енергії до наноактюаторам екзоскелета.

Нові матеріали на основі декількох полімерів дозволить захистити солдата від попаденія куль і осколків. Дослідники ведуть розробки у напрямі 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.

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, тоді 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 звичайних вуглецевих нанотрубок) для того, щоб створити працездатні біологічні лабораторії-на-чіпі.

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 мільйонів живих клітин печінки для того, щоб вчасно повідомити солдата про небезпеку. Під керівництвом Лінди Грифіт відділ з Інституту Солдатських Нанотехнологій створив мобільну і компактну версію печінки. Чіпом є дві ультратонкі пластини з кремнію, розділені поряд мікроканалів. Далі на поверхню однієї з пластин поміщають живі клітини печінки, які розташовуються в осередках мікронних розмірів. Як тільки клітки "розташуються" усередині чіпа, він є біореактором, здатним проводити специфічні речовини при дії на нього іншими речовинами і мікроорганізмами. Через чіп постійно циркулює вода, забезпечуючи клітки живильними речовинами. Через час клітки організовуються в такі ж структури, як і в живій печінці. Тоді чіп починає працювати. Як тільки до кліток поступлять речовини, шкідливі для людини, вони вироблять певну хімічну відповідь, яка буде інтерпретована медичним комп'ютером, і солдатів отримає повідомлення про небезпеку. Штучна печінка може виявити шкідливі речовини в дуже малих концентраціях, що дає можливість солдатові захиститися від хімічної або біологічної атаки раніше, ніж вона стане смертоносною.

Інтерфейс. Модель 2010 року була названа дослідниками "F-16 на ногах", оскільки система позиціонування і навігації, розташована в заплічному рюкзаку солдата, дозволяє виконати все ті операції по навігації, що і комп'ютери літака F-16. "Цей солдат може перетнути джунглі, жодного разу не збившись з шляху" - говорить дослідник Де Гей, обслуговуючий презентацію в Капітолії. Шлемо солдата оснащений сенсорами, що детектують вібрації кісток черепа і щелеп. Ця система успішно замінює звичайний мікрофон, що використався раніше. Весь обмін інформацією проводитиметься через проектор, який передає інформацію прямо на сітківку. Так у солдата з'явиться ряд "операційних вікон" - які інформуватимуть солдата про накази, про супротивника, замінять бінокль і прилади нічного бачення, а також відображатимуть стан організму. По "видимих" розмірах екран буде зіставимо з 17" монітором.

Медичний комп'ютер моделі 2020 року передає найважливіші параметри солдата на камеру, що проектує зображення на сітківку ока. Солдатові показують основні фізіологічні параметри: пульс, кардіограму, температуру тіла і навколишнього середовища, радіоактивність середовища, калориметр, а також скільки води випив солдат. Контроль над кількістю рідини дозволить економніше витрачати воду і запобігти обезводненню організму. Якщо солдат хворий, то доктор, що знаходиться в тисячах кілометрів від нього, проаналізувавши стан солдата, віддасть відповідні команди медичному комп'ютеру, який зробить необхідні ін'єкції і конфігурує екзоскелет.

Якщо ж солдат не встигне сам викликати медика, то це зробить його комп'ютер за даними датчиків, заблокувавши солдата в екзоскелеті 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 і іншою технікою. Можливо також дистанційне керування технікою солдатом. Ще, по словах Де Гея, вертольоти, що летять попереду загону, передаватимуть інформацію про супротивника солдатам. У новому костюмі солдат зосередиться тільки на одному - на веденні бою.

Едвін Томас також відзначив, 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 досліджень, що вже ведуться, додадуться нові, які розширять можливості нової уніформи. Але і без цього запропонований Томасом солдат майбутнього вражає своєю автономністю, швидкодією і невразливістю.

Джерело: Nanonewsnet
Переклад: Роман Турянський, Коломия ВЕБ Портал
Обговорити на форумі