Vallankumous sotatekniikassa. Nämä sanat liittyvät ensisijaisesti superaseisiin, lasersäiliöihin, uuden sukupolven ohjelmistoihin, tekoälyyn. Lähitulevaisuudessa sotateollisuus odottaa kuitenkin vallankaappausta vähemmän korvaavan, mutta yhtä tärkeän sotilaallisen univormun alalla. Maailman armeijat ovat matkalla ottamaan käyttöön täysin uusi sotilaspuku.
Oletetaan, että "älykäs" muoto alkaa näkyä massiivisesti eri maiden armeijoissa seuraavan 7-10 vuoden aikana. Nyt useat maat ovat kehittäneet Hi-Tech-kangasta ja siihen perustuvia vaatteita.
Ehdollisesti "älykkäät" kankaat voidaan jakaa useisiin tyyppeihin:
1. Passiivinen. Tässä tapauksessa materiaali kerää ja lähettää vain tietoja myöhempää toimintaa varten käyttäjälle.
2. Aktiivinen. Tässä tapauksessa HiTech -kangas ei ainoastaan vastaanota tietoja, vaan myös reagoi, osa tiedoista lähetetään henkilökohtaiseen tietokoneeseen, mikä antaa signaalin toiminnallisuuden määrittämiseksi tietyn algoritmin mukaisesti.
3. Vuorovaikutteinen. Älykäs kangas ei ainoastaan kerää tietoja, vaan myös reagoi ja mukautuu ulkoisten muutosten mukaisesti. Erityisesti näiden tekniikoiden avulla kehitetyt suojapanssarit ja suojalevyt pystyvät palauttamaan lujuusominaisuutensa taistelun aikana. Tai univormun materiaali saattaa kovettua ja muodostaa esimerkiksi lohkon murtuneelle raajalle.
Älykkäällä kankaalla on monia vaatimuksia
Uuden sukupolven lupaavalle muodolle asetetaan useita vakavia vaatimuksia. Esimerkiksi toisaalta se "hengittää", mutta toisaalta se on suunniteltu suojaamaan sellaisilta vaaroilta kuin virukset ja kemialliset aseet. Mitkä ovat syyt näihin vaatimuksiin?
Ensinnäkin modernit biokemialliset suojapuvut ovat äärimmäisen hankala muoto taistelukentällä. Ne ovat suuria ja ilmatiiviisti suljettuja. Sotilaan ruumis hikoilee voimakkaasti jälkimmäisen tekijän vuoksi. Liittyvät laitteet eivät myöskään ole kovin käteviä. Ylikuumeneminen, uupumus … Tällaisissa vaatteissa toimivien joukkojen tehokkuus heikkenee sotilaiden väsymyksen, heidän häiriötekijöidensä vuoksi.
Ratkaisu tähän ongelmaan on suojavarusteet, jotka "hengittävät": ne päästävät ilman läpi ja erityisesti antavat vesihöyryn poistua. Tämän seurauksena hiki, joka on ihmiskehon tärkein jäähdytysmekanismi, voi haihtua. Mekanismin on kuitenkin estettävä kemialliset ja biologiset tekijät. Ja tässä tulee niin sanottu tekniikka. "Toinen iho". Mutta tämä tekniikka on itse asiassa vain yksi osa mullistavampaa muutosta nykyisessä muodossaan. Puhumme hiilinanoputkiin perustuvasta kankaasta.
Leveys - alle 5 nanometriä
Hiili on yksi kemian halutuimmista ja tunnetuimmista "rakennusmateriaaleista". Erityisesti orgaaninen kemia perustuu suurelta osin tämän jaksollisen taulukon elementin käyttöön.
Kuitenkin juuri siksi, että ne kykenevät toimimaan putkilinjoina, kirjoittaa Anne M. Stark Livermoren kansallisesta laboratoriosta. Lawrence (Berkeleyn yliopisto, USA), tutkijat kehittävät kankaita, joiden kalvot sisältävät hiilinanoputkia.
Nanoputket ovat viisi tuhatta kertaa pienempiä kuin ihokarvan halkaisija. Ne tarjoavat kanavia, joiden läpi ilma ja vesihöyry voivat kulkea, mutta myös estävät biologisia tekijöitä.
- sanoo Stark: hänen sanojaan siteeraa news.com.ua.
Lisäksi ilmailuun ja maailmanlaajuiseen turvallisuuteen erikoistuneet teknologiayritykset (esimerkiksi Northrop Grumman) rahoittavat aktiivisesti alan tutkimusta yhdessä akateemisten ja valtion laboratorioiden kanssa.
Hiilinanoputkien käyttö ei rajoitu toisen ihon tekniikkaan; kehittäjät näkevät niiden laajan käytön muissa innovaatioissa, mukaan lukien joustava elektroniikka, kehittyneet ilmailu- ja avaruuskomponentit ja jopa avaruushissien mahdollinen kehitys.
Hiili on jo pitkään houkutellut tutkijoita
Hiilen potentiaali on pitkään houkutellut tutkijoita; he onnistuivat hankkimaan ensimmäiset todelliset nanoputket vuonna 1991. Yhdistetyistä hiiliatomeista, sopivaa tekniikkaa käyttämällä, rakennetut putket voivat toimia perustana materiaalille, jonka huokoset ovat vain useita kertoja suurempia kuin yksittäisten atomien halkaisija.
Jopa virukset ovat liian isoja tunkeutumaan tällaiseen kudokseen. Samaan aikaan ilma ja vesihöyry kulkevat niin vapaasti, että kangas "hengittää" paremmin kuin suositut kaupalliset kankaat, kuten Gore-Tex.
Samaan aikaan kemialliset aineet ovat pienempiä ja voivat jopa liukua nanoputken läpi. Ratkaisu on tehdä nanoputkista älykkäitä varustamalla ne toiminnallisilla molekyyliryhmillä, jotka toimivat portinvartijoina estämään uhka. Livermore -tiimin johtajan Quang Jen Woon mukaan kangas “: tästä syystä edellä mainittu nimi.
Siten kudos pystyy estämään kemiallisia aineita, kuten sinappikaasua, hermokaasuja GD ja VX, myrkkyjä, kuten stafylokokin enterotoksiinia, ja biologisia itiöitä, kuten pernaruttoa.
- korostaa Jen Woo.
Samankaltaisen materiaalin on kehittänyt Yhdysvaltain puolustusuhkien vähentämisviraston yhteinen tiede- ja teknologiatoimisto. Pentagon ilmoitti uuden älykkään kankaan mahdollisesta ilmestymisestä joulukuussa 2016: tietoa tästä julkaisi Forces Network -portaali.
Nanoputkien käyttö tarjoaa myös muita mielenkiintoisia näkökulmia. Erityisesti tulevaisuuden sotilaan varustus merkitsee sitä, että univormuun sisällytetään joustavia älykkäitä elementtejä, jotka diagnosoivat sotilaan terveyden reaaliajassa. Lisäksi tutkijat etsivät keinoja keventää lupaavia taistelujärjestelmiä sisällyttämällä elementtejä univormuihin. Erityisesti he ovat kiinnostuneita kyvystä päästä eroon johdoista ja tarjota sekä nopeaa tiedonsiirtoa että tehoa elektroniikalle. Nanohiiliputket ovat paras valinta joustavien prosessorien kehittämiseen. Tutkijoiden kiinnostus ei kuitenkaan keskity vain heihin.
John Ho, Singaporen kansallisen yliopiston (NUS) terveydenhuollon innovaatio- ja teknologiainstituutin ja NUS Engineeringin apulaisprofessori, puhui Futuritylle siitä, kuinka hänen tiiminsä onnistui luomaan älykkään kankaan, jota voidaan käyttää signaalijohtimena useille puettaville laitteita samaan aikaan. Artikkeli julkaistiin tämän vuoden 29. heinäkuuta.
Tällä hetkellä useimmat laitteet käyttävät Bluetoothia ja Wi-Fi-yhteyttä langattomaan viestintään. Nämä tekniikat kuitenkin tyhjentävät nopeasti elektroniikan, mikä ei ole hyväksyttävää sotilaille taistelutoiminnassa. Yhdysvaltain armeija on laskenut, että akkulaturien hinnat voivat ylittää pienaseiden ammusten kustannukset, koska armeija haluaa vaihtaa kaikki paristot uusiin tehtävissä.
Metamateriaalit
Uuden Hi-Tech-kankaan luomiseksi Singaporessa käytettiin ns. Metamateriaaleja. Keinotekoisesti luotu ja negatiivinen taitekerroin, niillä on ainutlaatuisia sähköisiä, magneettisia, optisia ja muita ominaisuuksia.
Metamateriaalit pystyvät luomaan ns."Pinta -aallot", jotka voivat tarjota tiedonsiirtoa 1000 kertaa pienemmällä teholla kuin nykyaikaiset protokollat. Lisäksi tällaisen signaalin lähettäminen on vähemmän altis hakkeroinnille - tieto "kulkee" 10 cm: n päässä kehosta - Bluetooth- ja Wi -Fi -yhteydellä se voi "lentää" useiden kymmenien metrien etäisyydelle.
Luodut älykkäät vaatteet ovat erittäin kestäviä. Se voi taittua ja taipua minimaalisella signaalin voimakkuuden häviöllä, ja johtavat nauhat voivat jopa leikata tai katketa rajoittamatta langattomia ominaisuuksia. Vaatteet voidaan myös pestä, kuivata ja silittää samalla tavalla kuin tavallisia vaatteita.
Tällaista älykästä muotoa voidaan käyttää tehokkaasti taistelijan suorituskyvyn ja terveyden seurantaan, kuulokkeiden äänitason vähentämiseen ja viestien tulostamiseen. Sille on jo rekisteröity patentti, ja kangasnäyte on luotu.
Mielenkiintoisin asia on, että tätä tekniikkaa voidaan käyttää yhdessä nykyisten univormunäytteiden kanssa. Leikkaamiseen ja ompeluun käytetään laseria. Ja itse johtava materiaali, jonka nauhat on kiinnitetty sisäpuolelta univormuun kangasliimalla, on halpaa. Se maksaa muutaman dollarin metrillä ja se voidaan toimittaa rullina teolliseen käyttöön.
Edellä mainitulla hiilellä on toinen tunnettu muoto: grafeeni. Jos nanoputket ovat kehyksen muodossa, grafeeni on litteä. Se koostuu hiiliatomeista, jotka muodostavat hilan. Avajaisissa venäläisten yliopistojen valmistuneet Andrei Geim ja Konstantin Novoselov saivat Nobel -palkinnon. Grafeenin avulla tutkijat RMIT-yliopistosta Melbournessa, Australiassa, ovat pystyneet kehittämään kustannustehokkaan ja skaalautuvan menetelmän tekstiilien nopeaan valmistukseen, joka sisältää energian varastointilaitteita.
Seuraavan sukupolven älykkäitä vedenpitäviä kankaita painetaan laserilla ja valmistetaan muutamassa minuutissa. Tätä tulevaisuutta edustavat elektronisten tekstiilien kehittämiseen käytettävien uusien tekniikoiden takana olevat tutkijat. Jo kokeiluvaiheessa, kolmessa minuutissa, menetelmän avulla voit luoda näytteen älykkäästä kankaasta, jonka koko on 10x10 cm. Kangas on vedenpitävä, joustava ja integroituu helposti energian varastointitekniikoihin.
Laser ompelijan sijaan
Tekniikka mahdollistaa lasertulostuksen käytön grafeenisuperkondensaattoreiden levittämiseksi suoraan tekstiileihin. Ne ovat tehokkaita ja kestäviä akkuja, jotka voidaan helposti yhdistää aurinko- tai muihin energialähteisiin. Tulevaisuudessa menetelmä mahdollistaa älykkäiden tekstiilien nopean luomisen rullina.
RMIT School of Science -tutkija Dr. Litty Tekkakara korostaa, että älykkäät tekstiilit, joissa on sisäänrakennettu tunnistustekniikka, langaton viestintä tai terveydentilan seuranta, vaativat tehokkaita ja luotettavia energiaratkaisuja.
Nykyaikaiset lähestymistavat älykkääseen energian varastointiin tekstiiliteollisuudessa, kuten ompelemalla paristot vaatteisiin tai käyttämällä elektronisia kuituja, voivat olla hankalia ja hankalia, ja niillä voi olla suorituskykyongelmia.
- kommentoi Tekkakarin tilannetta Science Daily -lehdelle tämän vuoden elokuun lopussa.
Nämä elektroniset komponentit voivat myös olla alttiita oikosululle ja mekaanisille vaurioille, kun ne joutuvat kosketuksiin hikeen tai ympäristön kosteuden kanssa. Grafeenipohjainen superkondensaattorimme ei ole vain täysin pestävä, vaan se voi tallentaa älykkään vaatteen käyttämiseen tarvittavan energian ja valmistaa suuria määriä minuuteissa.
Vastaamalla energian varastoinnin haasteisiin sähköisissä tekstiileissä toivomme, että voimme luoda uuden sukupolven pukeutuvaa tekniikkaa ja Hi-Tech-univormuja.
Tällä hetkellä tutkimusten avulla on osoitettu, että tämä materiaali on kestänyt erilaisia lämpötiloja ja pesua, sen ominaisuudet pysyvät vakaina.
Konseptista on keskusteltu julkisesti 2000 -luvun alusta lähtien
"Älykkään" lomakkeen testaaminen aloitettiin kauan sitten. Sen käyttökonsepti julkaistiin vuonna 2005, ja huhtikuussa 2012 Surrey-pohjaiset älykkäät tekstiilit osoittivat lupaavan muodon puolustusyritysten keskuksen (CDE) isännöimässä tilaisuudessa. Yritys on patentoinut useita tekniikoita monimutkaisten johtavien kankaiden kutomiseen. Elektroninen kangas voi tarjota univormut yhdelle keskitetylle virtalähteelle ja lähetykselle, mikä eliminoi suurimman osan hankalista kaapeleista ja johtimista.
Järjestelmä mahdollistaa tietojen ja tehon siirtämisen, vaikka kudos olisi vaurioitunut, mikä on erilaista kuin kaapelit käyttävät tekniikat.
Meillä on kangas upotettuna liiviin, paitaan, kypärään, reppuun ja asehansikkaaseen. Tämän ansiosta pystyimme luomaan verkon, joka siirtää energiaa ja dataa sinne, missä sitä tarvitsemme.
Intelligent Textilesin johtaja Asha Thompson kertoi BBC Newsille.
Yhtiö sai sitten noin 240 000 puntaa kehittääkseen tekniikkaa edelleen. Yritys kehitti myös kangasnäppäimistöä kannettavan tietokoneen kanssa käytettäväksi, ja se suunniteltiin integroitavaksi univormuun.
Älykkäiden kankaiden maailmanlaajuiset markkinat kasvavat
Market Research Future, joka ennustaa tätä markkinasektoria vuoteen 2023 asti, toteaa, että sotilaskäyttöön tarkoitettujen älykkäiden kankaiden maailmanlaajuiset markkinat ylittävät 1,7 miljardin dollarin rajan siihen mennessä.
Analyytikoiden mukaan Yhdysvallat työskentelee eniten tähän suuntaan, mutta Aasian maat, kuten Intia ja Kiina, ovat valmiita investoimaan tähän sektoriin.
Venäjä kehittää omaansa
Venäjä ei myöskään ole valmis seisomaan sivuun. Zvezda-tv-kanava raportoi älykkäiden kankaiden käytöstä lupaavien laitteiden joukossa venäläiselle "tulevaisuuden sotilaalle" "Ratnik-2". Erityisesti lomakkeessa käytetään aramidikangasta, joka on kyllästetty erityisellä JSC "Kamenskvolokno" -koostumuksella. TV -kanava "Zvezda" puhui tästä materiaalistaan uudesta asusta.
Vuonna 2018 Rostec esitteli kameleontimateriaalin ja vuonna 2019 sen tarkistetun version. Tämä kangas kykenee matkimaan maisemaa - tätä materiaalia käytettiin "Warrior's" -kypärän peittämiseen. Taistelijan tai ajoneuvon naamioimiseksi materiaali tarvitsee vain muutaman watin sähköä. Kehityksestä vastaavat insinöörit Technomash Research and Development Institute -instituutista.
Arktiselle alueelle Advanced Research Fund (FPI) on kehittänyt erityisen materiaalin, joka kykenee varastoimaan lämpöä fyysisen rasituksen aikana ja vapauttamaan sen sitten takaisin. Kertyneen energiavarannon suhteen tämä kangas pystyy 3-5 kertaa ylittämään käytettävissä olevat vieraat materiaalit. Rahaston johtaja Andrei Grigoriev ilmoitti asiasta kommentissaan TASSille 9. heinäkuuta 2019. Kangas luotiin käyttämällä tekniikkaa tuottaa erittäin hienoja kuituja sähkökehruulla.
Lisäksi venäläiset tiedemiehet ovat onnistuneet kehittämään älykkäitä materiaaleja, jotka ovat samanlaisia kuin artikkelin alussa kuvatut materiaalit: ne antavat ilman ja vesihöyryn kulkea läpi, mutta säilyttävät aerosolipartikkelit. FPI raportoi, että kangasta valmistellaan yhdessä Saratovin osavaltion yliopiston kanssa.
