Een revolutie in militaire technologie. Deze woorden worden voornamelijk geassocieerd met superwapens, lasertanks, nieuwe generatie software, kunstmatige intelligentie. In de nabije toekomst wacht de militaire industrie echter op een staatsgreep in de sfeer van een minder substituut, maar niet minder belangrijk - in militair uniform. De legers van de wereld zijn op weg om een volledig nieuw militair uniform te introduceren.
Er wordt aangenomen dat de "slimme" vorm in de komende 7-10 jaar massaal zal verschijnen in de legers van verschillende landen. Inmiddels zijn verschillende landen bezig met de ontwikkeling van Hi-Tech-stof en daarop gebaseerde kleding.
Voorwaardelijk "slimme" stoffen kunnen worden onderverdeeld in verschillende soorten:
1. Passief. In dit geval verzamelt en verzendt het materiaal alleen informatie voor latere acties naar de gebruiker.
2. Actief. In dit geval ontvangt de HiTech-stof niet alleen informatie, maar reageert ook, een deel van de gegevens wordt verzonden naar een personal computer, die een signaal geeft om de functionaliteit volgens een bepaald algoritme uit te werken.
3. Interactief. Smart fabric verzamelt niet alleen informatie, maar reageert en past zich ook aan op externe veranderingen. Met name kogelvrije vesten en beschermende platen die met deze technologieën zijn gemaakt, kunnen hun krachtkenmerken tijdens gevechten herstellen. Of het materiaal van het uniform kan hard worden, waardoor er bijvoorbeeld een spalk ontstaat voor een gebroken ledemaat.
Er worden veel eisen gesteld aan slimme stoffen
Aan de veelbelovende vorm van de nieuwe generatie worden enkele serieuze eisen gesteld. Aan de ene kant zal het bijvoorbeeld "ademen", maar aan de andere kant is het ontworpen om te beschermen tegen gevaren als virussen en chemische wapens. Wat zijn de redenen voor deze eisen?
Allereerst zijn moderne biochemische beschermingspakken een uiterst onhandige vorm voor het slagveld. Ze zijn omvangrijk en hermetisch afgesloten. Door die laatste factor zweet het lichaam van een soldaat hevig. De bijbehorende apparatuur is ook niet erg handig. Oververhitting, uitputting … De effectiviteit van troepen die in dergelijke gewaden opereren, wordt verminderd door de vermoeidheid van de soldaten, hun afleiding voor alledaagse ongemakken.
De oplossing voor dit probleem is beschermende uitrusting die "ademt": ze laat lucht door en laat vooral waterdamp ontsnappen. Hierdoor kan zweet, het belangrijkste koelmechanisme van het menselijk lichaam, verdampen. Het mechanisme moet echter chemische en biologische agentia blokkeren. En hier komt zogenaamde technologie om de hoek kijken. "Tweede huid". Maar deze technologie is eigenlijk slechts één element van een meer revolutionaire verandering in zijn moderne vorm. We hebben het over een stof op basis van koolstofnanobuisjes.
Breedte - minder dan 5 nanometer
Koolstof is een van de meest gewilde en bekende "bouwmaterialen" in de chemie. Met name organische chemie is grotendeels gebaseerd op het gebruik van dit specifieke element van het periodiek systeem.
Het is echter juist vanwege hun vermogen om als pijpleidingen te functioneren, schrijft Anne M. Stark van Livermore National Laboratory. Lawrence (University of Berkeley, VS), ontwikkelen onderzoekers stoffen met membranen die koolstofnanobuisjes bevatten.
Nanobuisjes zijn vijfduizend keer kleiner dan de diameter van een mensenhaar. Ze bieden kanalen waardoor lucht en waterdamp kunnen passeren, maar blokkeren ook biologische agentia.
- zegt Stark: haar woorden zijn geciteerd door news.com.ua.
Bovendien financieren technologiebedrijven die gespecialiseerd zijn in lucht- en ruimtevaart en mondiale veiligheid (bijvoorbeeld Northrop Grumman) actief onderzoek op dit gebied in samenwerking met academische en overheidslaboratoria.
Het gebruik van koolstofnanobuisjes is niet beperkt tot tweedehuidtechnologie; ontwikkelaars zien hun wijdverbreide gebruik in andere innovaties, waaronder flexibele elektronica, geavanceerde ruimtevaartcomponenten en zelfs de potentiële ontwikkeling van ruimteliften.
Koolstof trekt al lang wetenschappers aan
Het potentieel van koolstof heeft wetenschappers lang aangetrokken; ze slaagden erin om in 1991 de eerste echte nanobuisjes te verkrijgen. Geconstrueerd uit gebonden koolstofatomen, met het gebruik van geschikte technologieën, kunnen buizen dienen als basis voor een materiaal waarvan de poriën slechts enkele malen groter zijn dan de diameter van individuele atomen.
Zelfs virussen zijn te omvangrijk om in dergelijk weefsel te dringen. Tegelijkertijd kunnen lucht en waterdamp zo vrij passeren dat de stof beter "ademt" dan populaire commerciële stoffen zoals Gore-Tex.
Tegelijkertijd zijn chemische middelen compacter en kunnen ze zelfs door een nanobuisje glippen. De oplossing is om nanobuisjes slim te maken door ze uit te rusten met functionele groepen moleculen die als poortwachters fungeren om de dreiging te blokkeren. Volgens Livermore-teamleider Quang Jen Woo is de stof “: vandaar de hierboven genoemde naam.
Het weefsel zal dus in staat zijn om chemische agentia zoals mosterdgas, zenuwgassen GD en VX, vergiften zoals staphylococcus enterotoxine en biologische sporen zoals miltvuur te blokkeren.
- benadrukt Jen Woo.
Soortgelijk materiaal is ontwikkeld door het Joint Science and Technology Bureau van de US Defense Threat Reduction Agency. Het Pentagon kondigde in december 2016 de mogelijke verschijning van een nieuwe slimme stof aan: informatie hierover werd gepubliceerd door de Forces Network-portal.
Het gebruik van nanobuisjes biedt ook andere interessante perspectieven. Met name de uitrusting van de soldaat van de toekomst houdt in dat er flexibele slimme elementen in het uniform worden ingebouwd, die de gezondheid van de soldaat in realtime diagnosticeren. Daarnaast zoeken wetenschappers naar manieren om veelbelovende gevechtssystemen lichter te maken door elementen in uniformen op te nemen. Ze zijn vooral geïnteresseerd in de mogelijkheid om de draden kwijt te raken en zowel datatransmissie met hoge snelheid als stroomvoorziening naar de elektronica te leveren. Nanokoolstofbuizen zijn de beste keuze voor de ontwikkeling van flexibele processors. De interesse van onderzoekers is echter niet alleen op hen gericht.
John Ho, universitair hoofddocent aan het Institute of Health Innovation and Technology aan de National University of Singapore (NUS) en NUS Engineering, sprak met Futurity over hoe zijn team erin slaagde een slimme stof te creëren die kan worden gebruikt als signaalgeleider voor meerdere draagbare apparaten. apparaten tegelijk. Het artikel verscheen op 29 juli van dit jaar.
Momenteel gebruiken de meeste apparaten Bluetooth en Wi-Fi voor draadloze communicatie. Deze technologieën putten echter snel elektronica uit, wat onaanvaardbaar is voor soldaten tijdens een gevechtsoperatie. Het Amerikaanse leger heeft berekend dat de kosten van batterijladers de kosten van munitie voor handvuurwapens kunnen overschrijden, aangezien het leger er de voorkeur aan geeft batterijen te vervangen door gloednieuwe batterijen tijdens missies.
Metamaterialen
Om in Singapore een nieuwe Hi-Tech-stof te maken, werden zogenaamde metamaterialen gebruikt. Kunstmatig gecreëerd en met een negatieve brekingsindex, hebben ze unieke elektrische, magnetische, optische en andere eigenschappen.
Metamaterialen zijn in staat om zogenaamde."Surface waves", die datatransmissie kunnen bieden met een vermogen van 1000 keer minder dan moderne protocollen. Bovendien is de overdracht van zo'n signaal minder kwetsbaar voor hacking - informatie "reist" 10 cm van het lichaam - in Bluetooth en wifi kan het "wegvliegen" tot een afstand van enkele tientallen meters.
De gemaakte slimme kleding is zeer duurzaam. Het kan vouwen en buigen met minimaal verlies aan signaalsterkte, en geleidende strips kunnen zelfs snijden of breken zonder de draadloze mogelijkheden te beperken. Kleding kan ook op dezelfde manier worden gewassen, gedroogd en gestreken als gewone kleding.
Zo'n intelligente vorm kan effectief worden gebruikt om de prestaties en gezondheid van een jager te bewaken, het geluidsniveau in koptelefoons te verminderen en berichten af te drukken. Er is al een patent op geregistreerd en er is een stofstaal gemaakt.
Het meest interessante is dat deze technologie kan worden gebruikt in combinatie met bestaande monsters van uniformen. Voor het snijden en naaien wordt een laser gebruikt. En het geleidende materiaal zelf, waarvan de stroken door middel van textiellijm van binnenuit op het uniform worden bevestigd, is goedkoop. Het kost enkele dollars per meter en kan op rollen worden geleverd voor industrieel gebruik.
De eerder genoemde koolstof heeft een andere bekende vorm: grafeen. Als de nanobuisjes de vorm hebben van een raamwerk, dan is grafeen plat. Het bestaat uit koolstofatomen die een rooster vormen. Voor de opening ontvingen afgestudeerden van de Russische universiteiten Andrei Geim en Konstantin Novoselov de Nobelprijs. Met behulp van grafeen hebben wetenschappers van de RMIT University in Melbourne, Australië, een kosteneffectieve en schaalbare methode kunnen ontwikkelen om snel textiel te maken met apparaten voor energieopslag.
De volgende generatie slimme waterdichte stoffen wordt in enkele minuten met laser bedrukt en gemaakt. Dit is de toekomst die de onderzoekers achter nieuwe technologieën voor de ontwikkeling van elektronisch textiel vertegenwoordigen. Al in de proeffase, in drie minuten, stelt de methode u in staat om een staal van intelligente stof van 10x10 cm te maken. De stof is waterdicht, rekbaar en kan gemakkelijk worden geïntegreerd met technologieën voor energieopslag.
Laser in plaats van een naaister
De technologie maakt het mogelijk om met behulp van laserprinten grafeen-supercondensatoren rechtstreeks op textiel aan te brengen. Het zijn krachtige en duurzame batterijen die goed te combineren zijn met zonne-energie of andere energiebronnen. In de toekomst maakt de methode het mogelijk om snel slim textiel op rollen te maken.
Dr. Litty Tekkakara, onderzoeker aan de RMIT School of Science, benadrukt dat voor slim textiel met ingebouwde sensortechnologie, draadloze communicatie of gezondheidsmonitoring krachtige en betrouwbare energieoplossingen nodig zijn.
Moderne benaderingen van slimme energieopslag in de textielindustrie, zoals het naaien van batterijen in kleding of het gebruik van elektronische vezels, kunnen omslachtig en omslachtig zijn en prestatieproblemen veroorzaken.
- gaf eind augustus van dit jaar commentaar op de situatie van Tekkakar in het tijdschrift Science Daily.
Deze elektronische componenten kunnen ook gevoelig zijn voor kortsluiting en mechanische schade wanneer ze in contact komen met zweet of vocht uit de omgeving. Onze op grafeen gebaseerde supercondensator is niet alleen volledig wasbaar, hij kan de energie opslaan die nodig is om een slim kledingstuk van stroom te voorzien en kan in enkele minuten in grote hoeveelheden worden geproduceerd.
Door de uitdagingen van het opslaan van energie in elektronisch textiel aan te pakken, hopen we een nieuwe generatie draagbare technologie en Hi-Tech-uniformen te creëren.
Op dit moment is met behulp van onderzoek bewezen dat dit materiaal bestand is tegen verschillende temperaturen en wassen, de eigenschappen blijven stabiel.
Het concept is publiekelijk besproken sinds het begin van de jaren 2000
Het testen van de "slimme" vorm begon lang geleden. Een concept voor het gebruik ervan werd in 2005 gepubliceerd en in april 2012 toonde Intelligent Textiles uit Surrey een veelbelovende vorm tijdens een evenement dat werd georganiseerd door het Center for Defense Enterprises (CDE). Het bedrijf heeft een aantal technieken gepatenteerd voor het weven van complexe geleidende stoffen. Elektronische stof kan uniformen voorzien van een enkele centrale bron van stroom en transmissie, waardoor de meeste omslachtige kabels en draden worden geëlimineerd.
Met het systeem kunnen gegevens en stroom worden overgedragen, zelfs als weefsel is beschadigd, wat anders is dan bij technologieën waarbij kabels worden gebruikt.
We hebben stof ingebed in vest, shirt, helm, rugzak en wapenhandschoen. Hierdoor konden we een netwerk creëren dat energie en data overbrengt naar waar we het nodig hebben.
Asha Thompson, directeur van Intelligent Textiles, vertelde BBC News.
Het bedrijf kreeg toen zo'n 240.000 pond om de technologie verder te ontwikkelen. Het bedrijf ontwikkelde ook een stoffen toetsenbord voor gebruik met een laptop, dat in het uniform zou worden geïntegreerd.
De wereldwijde markt voor slimme stoffen groeit
Market Research Future, dat deze sector van de markt tot 2023 voorspelt, merkt op dat de wereldwijde markt voor intelligente stoffen voor militair gebruik tegen die datum de $ 1,7 miljard zal overschrijden.
Volgens analisten werken de Verenigde Staten vooral in die richting, maar Aziatische landen, zoals India en China, zijn bereid om in deze sector te investeren.
Rusland ontwikkelt zijn eigen
Rusland is ook niet bereid om opzij te gaan. TV-zender Zvezda rapporteert over het gebruik van intelligente stoffen in een reeks veelbelovende apparatuur voor de Russische "soldaat van de toekomst" "Ratnik-2". In het bijzonder maakt de vorm gebruik van aramideweefsel geïmpregneerd met een speciale samenstelling van JSC "Kamenskvolokno". De tv-zender "Zvezda" sprak hierover in zijn materiaal over de nieuwe outfit.
In 2018 presenteerde Rostec het kameleonmateriaal en in 2019 - de herziene versie. Deze stof kan het landschap nabootsen - dit materiaal werd gebruikt om de helm van de "Warrior" te bedekken. Om een jager of voertuig effectief te camoufleren, heeft het materiaal slechts een paar watt elektriciteit nodig. Ingenieurs van het Technomash Research and Development Institute zijn verantwoordelijk voor de ontwikkeling.
Voor het noordpoolgebied heeft het Advanced Research Fund (FPI) een speciaal materiaal ontwikkeld dat bij lichamelijke inspanning warmte kan opslaan en weer kan afgeven. In termen van de geaccumuleerde energiereserve is deze stof in staat om 3-5 keer de beschikbare vreemde materialen te overtreffen. Dit werd aangekondigd door de directeur van het fonds, Andrei Grigoriev, in een reactie op TASS op 9 juli 2019. De stof is gemaakt met behulp van de technologie om ultrafijne vezels te produceren met behulp van elektrospinnen.
Bovendien zijn Russische wetenschappers erin geslaagd om slimme materialen te ontwikkelen die vergelijkbaar zijn met de materialen die aan het begin van het artikel zijn beschreven: ze laten lucht en waterdamp door, maar houden aerosoldeeltjes vast. FPI meldde dat er samen met de Saratov State University aan de stof wordt gewerkt.
