Автор: Свидиненко Юрий 

Нанотехнологии заинтересовали в первую очередь военных. Пока нет нанороботов, приходится воевать людям. И для того, чтобы повысить боевую мощь солдата, в США основали Институт Солдатских Нанотехнологий, который разрабатывает униформу солдата будущего. В этой статье описаны прогнозы и реальные разработки в области будущего обмундирования.

Ателье

На базе Массачусетского технологического института (МТИ) был создан Институт Солдатских Нанотехнологий для разработки экипировки и вооружения «солдата будущего». Основатели института со стороны МТИ и армия США выделили на исследования грант размерами в 50 миллионов долларов. Тем не менее, Эдвин Томас, глава института, сказал, что «на разработку военного обмундирования и оружия, существенно улучшенного с помощью нанотехнологий, потребуется не менее 20 лет.» В институте ведется разработка в рамках семи проектов, каждый из которых составляет отдельный «кирпичик» будущего солдата. В работе участвуют 37 ученых из 8 разных отделений МТИ.

Эдвин и исследователи предлагают существенно новую концепцию солдата. Они хотят сделать из человека, обмундирования и оружия некий гибрид, элементы которого будут настолько тесно связаны между собой, что полностью экипированного солдата будущего можно будет назвать отдельным организмом — автономным, быстродействующим, выживаемым.

По словам Томаса, с помощью традиционных технологий таких результатов достичь трудно, хотя и возможно. С помощью современных нанотехнологий их достичь еще трудней, но Томас надеется на их дальнейшее развитие и твердо верит в то, что команда выполнит больше того, что будет описано ниже.

Солдатская броня 2020 года

На недавней выставке в Капитолии члены Конгресса США смогли увидеть две «демонстрационные модели» солдат: образца 2010 и 2020 года. Там же был представлен видеоролик, объясняющий работу новых костюмов и их отличие от современных.

Конструкция

Боевой бронежилет толщиной всего несколько миллиметров, названный исследователями «динамическая броня», составляющий одну из основных деталей экипировки солдата, будет облегать его наподобие водолазного костюма. При этом в его тонком слое будут содержаться довольно сложные молекулярные компоненты, с помощью которых новая форма будет и бронежилетом, и универсальным медицинским диагностическим инструментом, и экзоскелетом. Обмундирование солдата, воевавшего в Ираке, весило 48 килограмм. Обмундирование 2010 года будет весить 20 килограмм. Сколько будет весить броня 2020 года, исследователи пока не уточняют. Но вряд ли солдат будет носить на себе броню. Скорее всего, броня сама будет его носить.

Все жизненно важные параметры солдата (пульс, кровяное давление, энцефалограмма, температура тела и др.) будут измеряться встроенными в костюм датчиками. Состояние солдата будет выведено как на проектор на шлеме, так и на медицинский компьютер, который будет принимать решения о трансформировании костюма в экзоскелет или броню мгновенно и независимо от солдата. Ряд полимерных актюаторов, из которых будет состоять костюм, по сигналу от медицинского компьютера будут делать определенные его участки жестче или мягче. Если, например, солдат поломает ногу, местный экзоскелет позволит захватить ее в искусственные шины, сформированные тканью костюма.

Как говорит один из исследователей, специально сконструированные наномашины-усилители, входящие в состав экзоскелета брони 2020, смогут увеличить силу солдата на 300%. Униформа образца 2010 года может «усилить» солдата только на 35%.

Томас заявляет, что ответная реакция костюма будет аналогична работе подушек безопасности в автомобилях. «Меньше секунды пройдет между детектированием удара или кровотечения, и ответной реакцией костюма. И все это благодаря существующим МЭМС-акселерометрам», — говорит Томас. Естественно, что через несколько лет речь уже будет идти о НЭМС-акселерометрах. И именно они наверняка будут использоваться в качестве детекторов ударов в солдатском костюме.

Полимерные наноактюаторы и датчики испытываются пока на моделях

Исследователи поясняют, как они будут работать над созданием экзоскелета. Для обеспечения нужного быстродействия актюаторы должны быстро принимать нужное положение в зависимости от поступившего сигнала. Для этого необходимо поработать с уже имеющимися полимерами, найти методы их «быстрой» самосборки в нужные структуры, и сделать их электропроводными. Далее необходимо узнать, будут ли эти полимерные материалы совместимы с живой тканью при длительном контакте. И, наконец, воспользовавшись математическим моделированием, вычислить наиболее оптимальные места для размещения датчиков, их количество и типы. Далее действуют программисты — они пишут программное обеспечение для медицинского компьютера. На мультфильме, который можно посмотреть здесь, можно увидеть историю про солдата, потерявшего сознание от ранения. Но медицинский компьютер вовремя включил экзоскелет, и это спасло солдату жизнь.

Для того, чтобы сделать костюм толщиной в несколько миллиметров достаточно прочным (постоянное использование экзоскелета может вызвать большие энергетические затраты), исследователи хотят создать его на основе структуры паутины. Паутина прочна, водоустойчива, гибкая и легкая, поэтому есть все основания полагать, что ее модификации будут хорошей базой для обмундирования. Паола Хэммонд, руководитель команды по биологической и химической защите Института Солдатских Нанотехнологий, говорит, что «изучив структуру паутины, мы создали нановолокна из полиуритана диаметром около 100 нм, которые структурно похожи на обычную паутину, только гибче, легче и жестче настоящей».

Нановолокна на основе полиуретана станут основным материалом солдатского костюма

Различные электропроводные материалы на основе нанополимеров

Для того, чтобы сделать новый материал жестким, исследователи добавили к новым нановолокнам наночастицы, присоединяющиеся к определенным участкам волокон, соединяя их между собой и таким образом делая новый материал прочнее. Как говорит Паола, одежда на основе искусственной паутины будет гораздо прочнее обычной, и ее будет трудно износить или разрезать. Вероятно, что данное открытие используется и в мирном назначении в качестве «неизнашиваемого» материала для обычной одежды. Также добавление различных наночастиц к нановолокнам позволяет изменять их электропроводность. Так в костюме можно создать участки проводимости, связав расположенные внутри него сенсоры с компьютерами и обеспечив передачу энергии к наноактюаторам экзоскелета.