Lupaavimmat amerikkalaiset sotilashankkeet, joiden käyttö on mahdollista rauhanomaisiin tarkoituksiin

Lupaavimmat amerikkalaiset sotilashankkeet, joiden käyttö on mahdollista rauhanomaisiin tarkoituksiin
Lupaavimmat amerikkalaiset sotilashankkeet, joiden käyttö on mahdollista rauhanomaisiin tarkoituksiin

Video: Lupaavimmat amerikkalaiset sotilashankkeet, joiden käyttö on mahdollista rauhanomaisiin tarkoituksiin

Video: Lupaavimmat amerikkalaiset sotilashankkeet, joiden käyttö on mahdollista rauhanomaisiin tarkoituksiin
Video: Огурцы не будут желтеть и болеть! Это аптечное средство поможет увеличить урожай! 2024, Maaliskuu
Anonim

Lupaavimmat amerikkalaiset sotilashankkeet, joiden käyttö on mahdollista rauhanomaisiin tarkoituksiin

Armeijan ja tieteen teknisten laitteiden kehittämiseen osoitetaan vuosittain monen miljoonan dollarin varat. Advanced Agency Projects Research Agency, joka tunnetaan paremmin sen amerikkalaisesta lyhenteestä - DARPA, on mukana kehityksessä tällä alalla. Juuri tämä virasto on sellaisten keksintöjen tekijä kuin Internet, GPS ja varkailevat lentokoneet, joilla on suuri merkitys paitsi armeijalle myös tavallisille siviileille.

Tällä hetkellä virasto kehittää huomattavaa määrää hankkeita, joilla voi olla myös merkittävä vaikutus ihmiskuntaan, jos vain sallitaan niiden teollinen tuotanto.

Tällä hetkellä DARPA kiinnittää suurta huomiota sen kehittämiseen laserjärjestelmät … Viraston ohjelmia ovat seuraavat ohjelmat: Excalibur, Architecture for Diode High Energy Laser System, Ultra Beam ja Compact Mid-ultraviolet technology.

Lupaavimmat amerikkalaiset sotilashankkeet, joiden käyttö on mahdollista rauhanomaisiin tarkoituksiin
Lupaavimmat amerikkalaiset sotilashankkeet, joiden käyttö on mahdollista rauhanomaisiin tarkoituksiin

Pienikokoinen laserohjattu Excalibur-ase

Armeija on aina erittäin huolissaan täydellisen aseen käyttämisestä kaupunkisodassa. Mutta jotta lentokoneet ja dronit voitaisiin varustaa laseraseilla, on välttämätöntä, että niiden mitat ovat riittävän kompakteja ja paljon tehokkaampia kuin nykyiset järjestelmät, jotka on asennettu suurille alustoille. DARPA on aloittanut pienikokoisen ja tehokkaan laserasejärjestelmän kehittämisen lentokoneissa ja muissa lentokoneissa.

Aiemmin helpoin tapa luoda laser oli käyttää suuria säiliöitä myrkyllisiä aktiivisia kemikaaleja. Erityisesti tällainen laser on asennettu Boeing-747: een, mutta niin suuren laitteen käyttäminen aseena hyökkäyslentokoneessa tai hävittäjäkoneessa on ainakin epäkäytännöllistä.

Uusi Excalibur -laser -tykki on paljon kevyempi ja pienempi. Kaavamaisesti tämä ase koostuu suuresta määrästä lasereita, jotka ovat toisistaan riippumattomia. Siten säteilijöiden kokoa voidaan pienentää. Nämä päästöt on yhdistettävä yhdeksi sädeksi menettämättä tehoaan. Tämän periaatteen ansiosta kulutettu energian määrä vähenee merkittävästi. Mutta tykillä on myös tiettyjä haittoja. Erityisesti monien säteiden yhdistämiseen yhdeksi liittyy useita ongelmia, joilla olisi suuri kirkkaus ja alhainen ero. Häiriöt, diffraktio ja muut epälineaariset vaikutukset ovat esteitä tämän saavuttamiselle. Siksi tämän ongelman ratkaisemiseksi luojat käyttivät vaiheistetun ryhmäantennin analogia, jota käytetään nykyaikaisissa tutkoissa ja jonka avulla voidaan säteen tarkennus paitsi korjata sen taipumakulma kääntämättä antennia itse.

Vuoden loppuun mennessä virasto lupaa esitellä prototyyppisen laser -tykin, jonka kapasiteetti on vain 3 kilowattia. Mutta valmiilla järjestelmällä on paljon suurempi teho (noin 100 kilowattia). Siten sitä voidaan käyttää tarkkoihin iskuihin ilmaa ja maata vastaan. Ja koska aseen paino on 10 kertaa pienempi kuin nykyiset laserit, Excalibur voidaan asentaa melkein mihin tahansa sotilasalustaan heikentämättä niiden taisteluominaisuuksia.

Kuva
Kuva

Arkkitehtuuri diodien suuritehoiselle laserjärjestelmälle

Toimiston toinen uusi ohjelma, Architecture for Diode High Energy Laser System (ADHELs), on omistettu uusien lasersäteiden pituuksien tutkimiseen uuden sukupolven pienikokoisten, tehokkaiden ja energiatehokkaiden lasereiden luomisessa. Tällaiset järjestelmät voidaan integroida taktisiin ilmassa kulkeviin ajoneuvoihin, erityisesti droneihin.

Ohjelman tavoitteena on ensisijaisesti kehittää tekniikoita suuritehoisten ja kirkkaiden lasersäteiden saamiseksi pienillä säteillä.

Ohjelma on suunniteltu 36 kuukaudeksi ja koostuu kahdesta vaiheesta. Ensimmäisessä vaiheessa on tarkoitus tutkia spektrin ja koherentin säteen yhdistämistä. Toinen vaihe keskittyy täysin korkean hyötysuhteen ja tehon spektrisäteen luomiseen. Hankkeen perimmäisenä tavoitteena on saada diffraktiorakenne järjestelmälle, joka toimii pitkillä laser-aalloilla HEL-luokan 100 kilowatin järjestelmien mittakaavassa.

Kuva
Kuva

Ultra Beam

Virasto toteuttaa parhaillaan useita laserparannushankkeita. Joten yksi tällaisista ohjelmista on "Ultra Beam", jonka tarkoituksena on luoda laser gammasäteilyllä. Ensimmäisessä kehitysvaiheessa on jo saavutettu tiettyjä tuloksia - laboratorio -olosuhteissa luotiin röntgenlasereita, joissa fotonienergia oli 4,5 keV, mikä osoittaa, että gammalaser on lähitulevaisuuden asia. Tällä kehityksellä on myös siviilioikeudellista merkitystä, koska pienikokoisia gammalasereita voidaan käyttää tehokkaammin sädehoidossa ja diagnostiikassa.

Ominaisuuksiltaan ainutlaatuinen röntgenlaser, jonka tekniikan on kehittänyt DARPA, voi edistää laboratoriokomponenttien kehittämistä, joilla on suuri yhtenäisen säteilyn kirkkaus, mikä mahdollistaa kolmiulotteisen näyttämisen elävien solujen malleja.

UltraLuch -ohjelmassa on kaksi vaihetta. Ensimmäisessä vaiheessa röntgensäteiden kyllästyminen kasvoi 4,5 keV: llä 10 mJ: n teholla, ja osoitettiin, että nämä säteet voivat lähettää pulsseja läpinäkymättömien kiinteiden esineiden, esimerkiksi säiliöiden, läpi. Toisessa vaiheessa on tarkoitus kehittää röntgenlaserin suurempi teho 36 kuukaudeksi, diagnosoida gammasäteitä ja määrittää tarvittavat parametrit gammasäteilyn vahvistamiseksi käytettäessä sitä kiinteiden materiaalien kanssa, joissa on suuri määrä atomit.

Kuva
Kuva

Pienikokoinen ultraviolettitekniikka

Armeijan on kyettävä havaitsemaan ja tunnistamaan vihollisen arsenaalissa mahdollisesti olevat kemialliset ja biologiset aseet. Nykyaikaiset tunnistusmenetelmät ovat kuitenkin suuria ja raskaita, ja ne vaativat myös paljon virtaa. Näiden puutteiden korjaamiseksi DARPA aloitti pienikokoisen ultraviolettiteknologiaohjelman kehittämisen. Tulokset, jotka on tarkoitus saada tämän ohjelman puitteissa, tehostavat biologisten ja kemiallisten aseiden havaitsemista ja tunnistamista lasertekniikoilla. Aminohapot ja muut biologiset molekyylit voidaan havaita käyttämällä keskiaallonpituisia ultravioletti-aaltoja, joten nämä elementit voidaan tunnistaa, jos käytetään tämän tyyppistä asetta.

LMP -tekniikoita NMP: n havaitsemiseksi on jo ultraviolettisäteiden sisällä suurissa lasereissa, erityisesti KrF: ssä (248 nm). Pienet laserit (Biological Point Detection System) ovat tällä hetkellä käytössä kemiallisen pataljoonan tasolla. Mutta kuten edellä todettiin, kaikki nämä järjestelmät ovat niin kalliita ja suuria, joten ne ovat erittäin hankalaa laajalle levinneelle käytölle. Siksi viraston ehdottama ohjelma esitetään kahdessa pääsuunnassa: LED-suuntaus 250-275 nm ja lähtöteho 100 mW sekä laserit, joiden teho on 10 mW ja suunta 220-250 ni. Ohjelman pääosan tarkoituksena on ratkaista ongelmat, jotka liittyvät nitridiryhmän asettamisen rajoittamiseen keskipitkän lyhyiden ultraviolettiaaltojen puolijohteiksi.

Tämän ohjelman toteuttaminen mahdollistaa kompaktien laitteiden luomisen, jotka voivat havaita kemiallisen ja biologisen saastumisen esimerkiksi vedessä.

DARPAn lupaavat ohjelmat lääketieteellinen ala … Näitä ovat muun muassa Dialysis-Like Therapeutics (DLT) -viraston hankkeet, In Vivo Nanoplatforms, Living Foundries, Reliable Neural-Interface Technology.

Kuva
Kuva

Dialyysimaiset hoidot (DLT)

Bakteerien aiheuttamat infektiot ovat usein seurausta verenmyrkytyksestä (sepsis), josta jopa lievästi haavoittunut sotilas voi kuolla. Amerikan sotilasosasto on vakavasti huolissaan tästä asiasta, ja siksi kehotti kehittämään uuden tekniikan veren puhdistamiseksi bakteereista. DARPA on aloittanut 10 miljoonan dollarin projektin kehittämistyön. Sen päätavoitteena on luoda kannettava laite, jolla saastunut veri voidaan poistaa kehosta, puhdistaa se haitallisista aineista käyttämällä erityisiä suodattimia ja palauttaa sitten jo puhdas veri kehoon. Tämä laite on toiminnaltaan samanlainen kuin munuaisdialyysi.

Tällä hetkellä kehitetään patogeenisten aineiden antureita, jotka estävät virus- ja bakteerimyrkyt. Lisäksi kehitetään tekniikoita näiden komponenttien erottamiseksi verestä. Seuraava askel olisi testata tämän laitteen tehokkuutta. Viime kädessä on hankittava kannettava kone, joka suorittaa yksityiskohtaisen analyysin koko veren tilavuudesta kerrallaan, mikä mahdollistaa virusten ja toksiinien esiintymisen havaitsemisen varhaisessa vaiheessa.

Tällaisella tekniikalla on suuri merkitys siviilikäytössä, koska sen avulla on mahdollista pelastaa satoja ja tuhansia ihmishenkiä vuosittain.

Kuva
Kuva

In vivo nanoplatformit

Kaikenlaiset sairaudet rajoittavat sotilaiden taisteluvalmiutta ja aiheuttavat merkittäviä kustannuksia sotilasosastolle terveydenhuollosta. Nykyiset sairauksien diagnosointitekniikat ovat kuitenkin tällä hetkellä enimmäkseen kalliita ja aikaa vieviä. Siksi niiden nopeampi diagnoosi ja hoito ovat välttämättömiä nykyaikaisessa armeijassa.

DARPA on aloittanut toisen lupaavan projektin "In Vivo Nanoplatforms" kehittämisen. Sen ydin perustuu uuden nanohiukkasluokan luomiseen, joka on tarkoitettu ihmiskehon yhtenäiseen ja tarkkaan havaitsemiseen sekä erilaisten tartuntatautien ja fysiologisten poikkeavuuksien hoitoon.

Itse asiassa ohjelman tarkoituksena on kehittää nanokapseli, joka mahdollistaa jatkuvan seurannan ihmiskehon tilasta.

Nanokapseli on ontto pallomainen hiukkanen, jonka kuori on valmistettu fosfolipideistä tai polymeereistä. Tämän kapselin sisällä on pienimolekyylipainoinen aine. Lisäksi kuori voidaan valmistaa tietyllä tavalla järjestetyistä DNA -molekyyleistä, kalsiumsilikaatista tai hydroksiapatiitista.

Nanohiukkasten käyttö voi tarjota määrätyn koostumuksen lääkkeiden tai geneettisten rakenteiden (hormonit tai entsyymit) kohdennettua antamista. Ja jotta nanokapseli voidaan toimittaa "määränpäähänsä", sen kuori varustetaan reseptoreilla tai antigeeneillä.

Ohjelma testattiin maaliskuussa 2012. Sen odotetaan hyväksyttävän käyttöön syksyllä.

Kuva
Kuva

Elävät valimot

Nykyaikainen tekniikka perustuu huolelliseen erityiskehitykseen, ja tulokset saadaan vasta toistuvien kokeilujen ja erehdysten jälkeen. Ja hyvin usein yhden projektin parissa työskenteleminen ei salli sinun aloittaa toista. Tämän seurauksena yhdelle biotekniikkahankkeelle osoitetaan kymmeniä vuosia ja satoja miljoonia dollareita. Biotekniikan parantaminen mahdollistaa monimutkaisten ongelmien ratkaisemisen, joihin tällä hetkellä ei ole ratkaisua lainkaan tai joilla on useita ratkaisuja kerralla.

DARPAn uusi Living Foundries -ohjelma on suunniteltu luomaan uusi biologinen kehys ihmisen biologian rakennusjärjestelmien suunnittelulle ja laajentamaan niiden monimutkaisuutta. Ohjelman tavoitteena on kehittää uusia tekniikoita ja tekniikoita, jotka mahdollistavat aiemmin ratkaisemattomien ongelmien ratkaisemisen. Erityisesti on mahdollista määrittää henkilön geneettinen taipumus tiettyihin sairauksiin, korjata solujen ja koko kehon toimintaa.

Toisaalta voi tuntua siltä, että tällaisia tekniikoita ei voida luoda, mutta uusien biologisten materiaalien ja lääkkeiden massatuotannon mahdollisuus kuulostaa houkuttelevalta.

Kuva
Kuva

Luotettava hermoliitäntätekniikka

Neuraaliproteesien, erityisesti sisäkorvaistutteiden (keinotekoisten korvien) kehittäminen ja tutkimus osoitti, että ihmiskeho havaitsee tämän materiaalin. Tällaisten proteesien avulla menetetyt toiminnot on palautettu monille ihmisille. Vaikka ihmisen hermostoon kiinnitettävät proteesit ovat erittäin lupaavia ja tärkeitä sotaosastolle, on olemassa kaksi suurta ja perustavaa laatua olevaa estettä, jotka estävät tällaisten implanttien käytön kliinisessä ympäristössä. Molemmat esteet liittyvät tiedonsiirron tarkkuuteen. Esimerkiksi pientä kannettavaa hermovälinettä ei ole muokattu saamaan tarkkoja tietoja hermosoluista moniin vuosiin. Lisäksi tällaiset proteesit eivät voi käyttää vastaanotettuja signaaleja eivätkä hallita niitä suurella nopeudella.

Virasto on kiinnostunut ratkaisemaan nämä kaksi ongelmaa, jotta proteesit voidaan ottaa käyttöön kliinisessä käytössä. Siten haavoittuneiden sotilaiden toipuminen on nopeampaa, ja he voivat palata palvelukseen paljon nopeammin.

Ensinnäkin ohjelman tarkoituksena on ymmärtää, miksi implantit eivät voi toimia luotettavasti useita vuosia. Suunnitellaan tutkimusta abioottisten ja bioottisten järjestelmien välisen vuorovaikutuksen parametrista. Lisäksi luodaan uusi järjestelmä, joka sisältää tietoa siitä, miten tiedot välitetään hermosoluista proteeseihin.

Voidaan väittää, että tällä tekniikalla on myös laajoja siviilisovelluksia.

DARPAn kehittämisohjelmat valvontajärjestelmiä.

Kuva
Kuva

Edulliset lämpökuvantamisen valmistukset

Lämpönäköjärjestelmällä on monia sotilaallisia sovelluksia. Mutta tähän asti tämä järjestelmä on erittäin kallis, joten sen käyttö ei ole niin suuri kuin tarvitaan. DARPA tarjoaa ohjelman kustannustehokkaan lämpökameran kehittämiseksi. Kehittäjien vakuutusten mukaan tällaiset lämpökuvaajat on täysin mahdollista integroida kommunikaattoreihin ja matkapuhelimiin. Kehitykseen on varattu 13 miljoonaa dollaria. Lisäksi hankkeen on saatava päätökseen viimeistään kolme vuotta myöhemmin.

Uuden sukupolven lämpökameran päävaatimukset ovat suhteellisen alhainen hinta - noin 500 dollaria. Lisäksi tuloksena olevan kuvan resoluution on oltava vähintään 640 * 480 pikseliä, katselukulman on oltava vähintään 40 astetta ja virrankulutuksen on oltava alle 500 milliwattia.

Uuden lämpökameran tekniikka perustuu infrapunasäteilyn käyttöön, mikä auttaa erottamaan lämpimät ja kylmät esineet värispektrissä. Siten niitä voidaan käyttää paitsi normaaliolosuhteissa myös huonossa näkyvyydessä ja yöllä.

Nykyään olemassa olevat lämpökamerat ovat suuria ja kalliita. On myös sanottava, että jos tutkimus onnistuu, tulokset voivat käyttää paitsi armeijan myös siviilijärjestöjä. Muista, että sellaisia DARPA -kehityksiä kuin hypertekstitekniikka ja graafinen käyttöliittymä kehitettiin alun perin sotilaallisiin tarkoituksiin.

Kuva
Kuva

Kehittyneet laaja -alaiset FOV -arkkitehtuurit kuvan uudelleenrakentamiseen ja hyödyntämiseen

Kyky nähdä kauemmas ja selkeämmin kaikissa olosuhteissa on yksi taistelutoimien onnistuneen suorittamisen tekijöistä. Näkökenttää on lisättävä, ja kyky nähdä yhtä hyvin päivällä ja yöllä edellyttäen, että kamera ei ole kallis. Suurin syy tähän tarpeeseen on tarjota sotilaille käytettävissä olevat visualisointityökalut taistelun tehostamiseksi, toisin sanoen valokuva- ja videokamerat. Siksi DARPA käynnisti Advanced Wide FOV Architecture For Image Reconstruction and Exploitation (AWARE) -ohjelman, joka on suunniteltu vastaamaan tällaisiin ongelmiin.

Uusi visualisointijärjestelmä, joka on tarkoitus hankkia osana tämän ohjelman toteuttamista, on erittäin kompakti ja kevyt. Se edellyttää näkökentän kasvua, korkeaa resoluutiota ja korkealaatuisia kuvia kaikissa sääolosuhteissa, päivällä tai yöllä huomattavan matkan päässä. Se yhdistää yli 150 kameraa yhteen linssiin. Järjestelmä on suunniteltu luomaan kuvia, joiden resoluutio on 10–50 gigapikseliä - tämä tarkkuus ylittää merkittävästi ihmissilmän näkyvän alueen.

Ensimmäiset tällaiset järjestelmät on suunniteltu käytettäväksi maanpäällisissä kohteissa, ne lisäävät näköetäisyyttä, käytettävyyttä, päivä- ja yönäköä, vahvistavat kyvyn etsiä kohdetta ja varmistavat suuren anturiryhmän käytön.

Tällaisilla laitteilla on suuri sotilaallinen merkitys, koska niitä voidaan käyttää esimerkiksi kohdentamiseen, havaitsemiseen ja jatkuvaan valvontaan.

Nykyään lähes kaikki armeijan tuotteet ovat täynnä elektronisia komponentteja, mikropiirejä, siruja jne. Siksi monet DARPA -ohjelmat on suunnattu kehittämiseen ja parantamiseen komponenttipohja … Tällaisia ohjelmia ovat seuraavat: Intrachip Enhanced Cooling; Integroitujen piirien eheys ja luotettavuus; Virtatehokkuuden vallankumous sulautetuille tietotekniikoille; Vihjepohjainen nanovalmistus ja muut.

Kuva
Kuva

Intrachip -tehostettu jäähdytys

Nykyaikaisen elektroniikan komponenttien määrän kasvu on nostanut lämmityksen ja virrankulutuksen ennennäkemättömiin korkeuksiin. Samaan aikaan on edelleen mahdotonta rajoittaa lämpötilan nousua lisäämättä itse elektronisten järjestelmien tilavuutta ja painoa. Etäjäähdytyksen käyttö, jossa lämpö on johdettava lastuista ilmaan, ei ole enää tehokasta.

Siksi DARPA alkoi kehittää ohjelmaa nimeltä Intrachip Enhanced Cooling (ICECOOL), jonka tarkoituksena on voittaa etäjäähdytyksen rajoitukset. Ohjelma tutkii lastujen lämmitystasoa käyttämällä piitä tätä varten. Virasto pyrkii osoittamaan, että jäähdytys on yhtä tärkeä sirun suunnittelulle kuin muutkin komponentit. Projektissa oletetaan, että sisäinen jäähdytys asennetaan joko suoraan mikropiiriin tai sirujen väliseen mikrorakoon.

Jos projekti saadaan onnistuneesti päätökseen, se tarjoaa mahdollisuuden pienentää sirun ja jäähdytysjärjestelmien tiheyttä, mikä on erittäin tehokasta uuden sukupolven elektronisten järjestelmien luomisessa.

Kuva
Kuva

Lämmönhallintatekniikat

Merkittävät parannukset tekniikassa ja järjestelmäintegraatiossa ovat johtaneet armeijan energiankulutuksen merkittävään kasvuun. Virrankulutustaso on noussut ja mikropiirien koko pienentynyt. Tämä aiheutti näiden järjestelmien ylikuumenemisen. Siksi DARPA käynnisti Thermal Management Technologies -ohjelman, joka tutkii ja optimoi uusia jäähdytyselementtijärjestelmällä varustettuja nanomateriaaleja, joita on tarkoitus käyttää mikropiirien valmistuksessa. Ohjelma kehittyy viidellä pääalueella: mikrotekniikka lämmönvaihtimien jäähdytykseen, moduulien aktiivinen jäähdytys, mukautettu lämpöputkitekniikka, modernisoidut tehovahvistimet, termosähköiset jäähdyttimet.

Ohjelman tärkeimmät toimet tähtäävät siten kaksivaiheiseen jäähdytykseen perustuvien korkean suorituskyvyn lämmönjakajien kehittämiseen ja luomiseen sekä niiden korvaamiseen kupariseoksille, joita tällä hetkellä käytetään järjestelmissä. lämpöjäähdytyksen tason nostaminen vähentämällä lämmönkestävyyttä; uusien materiaalien ja rakenteiden kehittäminen, jotka voivat vähentää lämmitystä; jäähdytysteknologioiden tutkimus lämpösähkömoduuleilla.

Kuva
Kuva

Virtatehokkuuden vallankumous sulautetuille tietotekniikoille

Suurin osa nykyisistä sotilaallisista tietojärjestelmistä on ollut rajoitettu laskentatehon suhteen sähkötehon, koon ja painon sekä jäähdytysongelmien vuoksi. Tällä rajoituksella on merkittävä kielteinen vaikutus sotilasosastojen operatiiviseen johtamiseen, koska esimerkiksi tiedustelupalvelut ja tiedustelujärjestelmät keräävät enemmän tietoa kuin voidaan käsitellä reaaliajassa. Siksi käy ilmi, että älykkyys ei pysty tarjoamaan arvokasta tietoa, jota vaaditaan tiettynä ajankohtana.

Olemassa olevat tietojenkäsittelyjärjestelmät pystyvät käsittelemään 1 gigatavun dataa sekunnissa, kun taas armeijan mukaan tarvitaan 75 kertaa enemmän. Nykyaikaiset prosessorit ovat kuitenkin jo saavuttaneet maksiminsa kapasiteetin lisäämisen aikana lisäämättä virrankulutusta. DARPAn Power Efficiency Revolution for Embedded Computing Technologies (PERFECT) -ohjelma on suunniteltu tarjoamaan tarvitsemasi energiatehokkuus.

Ohjelman mukaan tietojenkäsittelykapasiteettia on lisättävä 75 kertaa. Tämän ohjelman toteuttaminen voi mahdollistaa älypuhelimien, jotka voivat toimia viikkoja, tai kannettavien tietokoneiden, joiden akku on ladattava niin usein kuin tankkaat auton.

Kuva
Kuva

Vihjepohjainen nanovalmistus

Virasto käyttää paljon nanoteknologian kehittämiseen. Mutta huolimatta siitä, että niiden kehittämisen peruskäsitteet tunnustetaan tarpeellisiksi, niiden massatuotannossa on edelleen ongelmia.

Vihjepohjaisen nanovalmistusohjelman tavoitteena on valvoa nanomateriaalien - nanolankojen, nanoputkien ja kvanttipisteiden - tuotannon laatua, johon kuuluu myös kunkin tuotteen koon, suunnan ja sijainnin hallinta. Ohjelma yhdistää ohjauksen innovatiivisiin tekniikoihin, mikä luo korkeita lämpötiloja, nopeita virtauksia ja voimakkaita optisen tekniikan kaltaisia sähkömagneettisia kenttiä.

Tällä hetkellä on mahdotonta hallita nanotuotantoprosessia. Tiettyjä tekniikoita on osoitettu viime vuosina, mutta niillä kaikilla on merkittäviä haittoja. Esimerkiksi nanoputkien tuotannossa on mahdollista hallita vain niiden kasvua, mutta ei niiden kokoa ja suuntausta. Kun luodaan kvanttipisteitä, on mahdotonta luoda suurta joukkoa, jolla on suuri homogeenisuus.

Jos projekti saadaan onnistuneesti päätökseen, sen tulokset ovat erittäin tärkeitä nanotuotteiden tuotannolle.

Kuva
Kuva

Integroitujen piirien eheys ja luotettavuus

Monien Yhdysvaltain puolustusministeriötä varten kehitettyjen elektronisten järjestelmien ytimessä ovat integroidut piirit. Samaan aikaan sotilasosasto käyttää niitä äärimmäisen varovasti ja on huolissaan näiden järjestelmien eheydestä. Koska markkinoiden globalisoitumisen yhteydessä suurin osa mikropiireistä valmistetaan laittomissa yrityksissä, on olemassa vaara, että sotilasosaston järjestelmille hankitut piirit eivät täytä vaatimuksia eivätkä siten ole luotettavia..

DARPA pyrkii osana integroitujen piirien eheyttä ja luotettavuutta (IRIS) -ohjelmaa kehittämään menetelmiä, joilla voidaan tarkistaa jokaisen sirun toiminnot tuhoamatta sitä. Näiden menetelmien järjestelmään kuuluu syvien submikronipiirien laitteiden edistynyt tunnistus sekä laskentamenetelmät laitteiden välisen suhteen määrittämiseksi.

Lisäksi ohjelmassa luodaan innovatiivisia menetelmiä laitteiden mallintamiseksi ja analyysiprosessien suorittamiseksi, joiden tarkoituksena on määrittää integroitujen piirien luotettavuus testaamalla pieni määrä näytteitä.

Kuva
Kuva

Johtavan reunan käyttöohjelma

Kuten edellä mainittiin, suurin osa Yhdysvalloissa käytetyistä siruista valmistetaan maan ulkopuolella. Tämä tilanne on amerikkalaisten mielestä tuhoisa. Ensinnäkin kehittyneen teknologian saatavuuden puute edistää korkeasti koulutetun henkilöstön poistumista maasta. Toiseksi puolustusministeriö ei luota tällaisiin mikropiireihin liikaa.

Puolijohdetekniikan alan tutkimuksella on suuri merkitys teknologisen kehityksen käyttöönotolle paitsi kaupallisissa rakenteissa myös sotilasosastolla. Siksi virasto käynnisti uuden ohjelman nimeltä Leading Edge Access Program, jonka tavoitteena on tarjota yliopistoille, teollisuudelle ja valtion virastoille edistynyttä sotilaallista puolijohdeteknologiaa. Kaikki tämä tehdään toivossa, että sirutuotanto palaa pian takaisin Amerikkaan.

Kehittyneisiin teknologiasovelluksiin kuuluu analogisten tai seka- signaalisten integroitujen piirien digitaalinen korvaaminen, lisäsekoitetut integroidut piirit, ratkaisut analogisten ja digitaalisten muuntimien ja moniydinsuorittimien nopeiden ja pienitehoisten ongelmien ratkaisemiseen. Tiettyyn aikaan sotilasosasto toimittaa virastolle uusia projekteja. Tärkeimmät valintakriteerit ovat suunnittelun uutuus, mahdollisuus käyttää sotateollisuudessa sekä mahdollisuudet operatiivisen tehokkuuden onnistuneeseen mobilisointiin.

Kuva
Kuva

Monipuolinen esteettinen

Yksi suurimmista ongelmista, jotka tällä hetkellä haittaavat tietotekniikan kehitystä, on se, että mikropiirit on valmistettava eri materiaaleista. DARPA kehittää Diverse Accessible Heterogeneous -ohjelmaa, jonka tavoitteena on luoda uusi silikonialusta, jolle luodaan uuden sukupolven mikrosiruja. Kehittäjien mukaan heterogeenisen integraation pitäisi voittaa useita tiedonsiirtoprosessiin liittyviä vakavia ongelmia, määrittää heterogeenisten yhdisteiden tiheys, luoda optimaalinen lämpötilajärjestelmä ja optimoida uusi massatuotannon alusta.

Onnistuneen kehityksen tapauksessa heterogeenistä alustaa voidaan käyttää sellaisilla aloilla kuin optoelektroniset mikropiirit, optiset tunnistusjärjestelmät, mielivaltaisten signaalien optiset generaattorit, moniaaltoiset lämpökamerat, joissa on integroitu kuvankäsittely ja tiedon lukeminen.

Ohjelman tulokset ovat tärkeitä myös siviilikäytössä, koska yleisalustan luominen auttaa tietokoneita toimimaan nopeammin ja tehokkaammin.

Kuva
Kuva

Kaiken kaikkiaan tehokas suorituskyky

Viraston kehityksen joukossa on ohjelma, joka lähestyy tietokonelaitteiden luomista käytännössä tyhjästä - "Ubiquitous High Performance Computing". Se keskittyy sellaisten tekniikoiden suunnitteluun ja kehittämiseen, jotka luovat perustan sellaisten tietokoneiden luomiselle, joilla on alhainen virrankulutus, suojaus kyberhyökkäyksiä vastaan ja joilla on parempi suorituskyky. Lisäksi ohjelma olettaa, että tällaiset tietokoneet ovat paljon helpompia ohjelmoinnin kannalta, joten jopa asiantuntijat, joilla on vähän kokemusta, voivat tehdä sen.

Nämä tietokoneet ovat luotettavampia ja tehokkaampia parantamalla skaalautuvia, hyvin ohjelmoitavia järjestelmiä. Tällaiset vakavat rakenteet, kuten Massachusetts Technological University, Intel, NVIDIA, osallistuvat tähän projektiin. Näin ollen voidaan väittää, että tämä ohjelma on yksi DARPAn kunnianhimoisimmista kehityksistä.

Lisäksi virasto pyrkii aktiivisesti kehittämään integroituja 3D -mikropiirejä. Tällä hetkellä mikropiirit ovat yksi mikroelektroniikan tärkeimmistä kohdista. Mutta jatkuvasti pienenevien sirukokojen edessä nykyaikaiset puolijohdeteknologiat kohtaavat monia erityisiä ja perustavanlaatuisia ongelmia. Siksi puolijohteiden suuresta menestyksestä huolimatta kehittäjät etsivät uudenlaisia yleiskäyttöisiä mikropiirejä, joilla on parempi suorituskyky.

Kolmiulotteisen integroidun piirin luominen avaa suuria mahdollisuuksia tietotekniikan nopeammalle ja tehokkaammalle kehitykselle, koska kahden ulottuvuuden raja poistetaan. Loppujen lopuksi kehitys on saavuttanut kehityspisteen, kun mikropiirit ovat niin monimutkaisia, että kaksiulotteisella sirulla ei yksinkertaisesti ole tilaa tarvittaville yhteyksille.

Kolmiulotteisen mikropiirin luominen ja kaikki sen käytännön sovellukseen liittyvät ongelmat mahdollistavat tekniikan kompaktoinnin.

Kuva
Kuva

Mikrotekniikka paikannukseen, navigointiin ja ajoitukseen

Globaali paikannusjärjestelmä eli GPS on rakennettu useiden vuosikymmenten aikana useimpiin sotilaallisiin navigointilaitteisiin. Siten monet asetyypit riippuvat järjestelmän lähettämistä sijainnin, ajosuunnan, lentoajan ja vastaavien tietojen tiedoista. Tällainen riippuvuus voi kuitenkin aiheuttaa suuria ongelmia, koska vaikean vastaanoton tai signaalin tukkeutumisen yhteydessä aseet, jotka vaativat jatkuvaa kommunikointia järjestelmän kanssa, eivät toimi.

DARPA on aloittanut MICRO-PNT-ohjelman (Micro-Technology for Positioning, Navigation, and Timing) kehittämisen, jonka ydin on luoda tekniikoita, joiden avulla voit työskennellä offline-tilassa. Tärkeimmät kiinnityskohteet tässä vaiheessa ovat koko, paino ja teho. Onnistunut tutkimus luo yhden laitteen, joka yhdistää kaikki tarvittavat laitteet: kiihtyvyysmittarit, kellot, kalibrointi, gyroskoopit. Mikroskooppisen kalibroinnin pitäisi tarjota tarkempi kohdistus sisäisen virheenkorjauksen avulla.

Vuonna 2010 tutkimus aloitettiin mikrotekniikan kehittämisessä, joka liittyi korkean tarkkuuden kellojen ja inertia-instrumenttien luomiseen.

Ohjelman kehittämisen tavoitteena on ensisijaisesti lisätä inertia -antureiden dynaamista aluetta, vähentää kellovirhettä sekä kehittää mikrosiruja liikkeen sijainnin ja liikeradan määrittämiseksi.

Jos ohjelmaa toteutetaan, kuvittele Google Maps metroon.

Suositeltava: