美国陆军纳米机器人的发展现状

来源:上海新型纳米材料研究公司 发布时间:2019-01-11 点击次数:

在第一次海湾战争期间,伊拉克士兵以今天的标准向最初的先锋侦察机投降,像无人驾驶飞行器这样的军用机器人引起了公众的注意。
    
     在9月11日之后的伊拉克和阿富汗,公众、媒体和敌人中最熟悉的无人机是捕食者无人机,它集成了传统的情报、预警、侦察能力和发射地狱火导弹的能力。它已经成为世界上第一个同时具有猎人/杀手功能的空中机器人。然而,自20世纪90年代以来,美国军方已经开发了许多无人机,从陆军和海军陆战队发射的侦察无人机到世界上最大的全球鹰无人机。全球鹰无人机从加州直飞澳大利亚,总航程8214英里。
    
     在21世纪,有许多机器人,从日本的跑道机器人到美国宇航局的太空机器人,再到四条腿的机器骡,再到用来搜索汽车炸弹或检查伊拉克和阿富汗交界处建筑的鞋盒大小的机器人,再到在医院走廊里装载医学图表和药物的半自动手推车。
    
     但新一代微型机器人已开始应用于国防、地方安全和医疗领域。这些微型机器人有的像沙粒,有的像昆虫,有的像蜂鸟,有的像知更鸟。
    
     当这些微型机器人像小型传感器一样,分散在道路、小径和田野中,形成传感器网络;当人、动物或车辆通过电子网络时,每个微型传感器获得的信息将被传送到微型计算机进行分析和处理,然后传送到指挥所。它不仅能使战斗机知道一个物体已经进入网络,而且能判断它的大小、速度和重量。
    
     稍大一点的机器人,从甲虫到蜥蜴大小不等,使用机械腿或翅膀或推进器爬行、飞行、跳跃、滑入建筑物、洞穴、墙壁,并提供声音、图像、热量和其他数据。在攻击和人质救援中,这些信息可以反映出个人的存在和数量,包括远程狙击手。这些机器人机器人也可以携带炸药或装有非致命和致命化学品的皮下注射针头。
    
     在谷歌的搜索引擎中搜索微间谍会产生33万个搜索结果,从纳米技术新闻蝙蝠机器人使用纳米传感器来引导蝙蝠机器人间谍飞机到谷歌书店中的101个邪恶天才间谍设备(101个间谍设备用于邪恶天才)。如果你在谷歌搜索引擎中搜索军事微间谍,搜索结果会显示LTS将减少2/3。中国制造的卫星间谍窃听玩具将位居第一,2009年的微型无人机视频将排在最后。
    
     纳米技术包括原子和分子材料,通常小于100纳米(十亿分之一米),具有特殊的电子和原子特性,可用于计算机信息存储、半导体、生物技术、制造、发电、传感器等,这些思想可追溯到1959年诺贝尔奖。获奖的美国理论物理学家理查德费曼关于小量子效益的文章。在接下来的10年里,实践研究成为可能。从20世纪60年代末到70年代初,贝尔实验室的阿尔弗雷德·丘奇和约翰·亚瑟发明了分子束晶体,这使得科学家能够控制单原子层的沉积,最终生产出纳米级的器件。
    
     在官方公开记录中,国家科学基金会高级顾问Mihail C. Roco博士和比尔·克林顿总统纳米技术小组委员会主席在1999年3月提出了联邦纳米技术倡议,这也标志着美国政府开始关注纳米技术的输入。相信纳米技术将是下一次工业革命。国家科学技术委员会(NSTC)发布了第一份关于纳米技术、纳米结构科学和技术的报告,随后发布了纳米技术的研究方向;2000年3月,国家科学技术委员会在白宫办公室发布了第一份关于纳米技术、科学和技术的报告。科学和技术政策。国家纳米技术倡议。
    
     时任科技政策办公室主任、总统科技助理尼尔·莱恩(Neal F.Lane)解释说,纳米技术的发展是化学、物理、生物学、工程、医学、材料科学等学科发展的结果,势必推动科技进步。21世纪。科学和技术的跨学科发展。美国政府认为,纳米技术将对21世纪的经济和社会产生深远的影响,也许与信息技术、细胞生物学、遗传生物学和分子生物学的影响相比。
    
     随着世界进入21世纪第二个十年,纳米技术的研究已经触及了现代生活的方方面面,从计算机、通信到医药和农业,纳米技术的发展在不同的形式和程度上发生了巨大的变化。
    
     这对军方来说尤其明显。纳米技术和基于纳米技术的侦察、制导和跟踪、敌我识别、智能武器、地方和战区安全、通信、战场医学、修复技术等方面的军事、战术技术和程序以及行动计划都将永远改变。
    
     纳米机器人(纳米机器或纳米机器人、纳米ID、纳米、纳米)是由纳米组件组成的纳米级机器人(从0.1纳米到10纳米)。它具有非凡的能力,远远超出了尺寸的限制。事实上,一套基于纳米技术的设备可以完成B-2轰炸机和Abram战斗坦克所能完成的任务。随着纳米技术不断缩小设备中组件的尺寸,设计者需要决定是缩小最终组件还是平台的尺寸。或者在保持原有尺寸的同时,安装更多更好的传感器、计算机、武器和其他设备。
    
     也许军事上应用最广泛的纳米技术是一种小型化的侦察设备,如智能沙尘或智能沙尘。这些设备具有电子鼻的功能,只有沙粒大小,能够分析周围环境,识别化学成分,并向监测系统报告。最终的研究《神智报告》综合了数千个电子鼻的数据,非常全面。每个纳米电子鼻的侦察范围只有几英寸,但许多电子鼻的覆盖范围有限。这些纳米点具有较高的侦察精度。
    
     如果智能沙粒网络中有不同的传感器,监控计算机可以利用数据融合,形成更复杂、更准确的远程战场或山路的实时侦察图像,但敌人完全不知道,当地居民的风险很小。
    
     2010年7月,美国化学协会(American Chemical Association)的文章介绍了一个来自美国、俄罗斯、德国、意大利和其他国家的国际科学家团队如何成功地制造了纳米带,这些纳米带是独立、连贯、基于氧化锡的线性物体,甚至可能超过动物的嗅觉系统。
    
     该方法是一条综合可行的自上而下技术路线,可用于开发分析微米以下物质的强大而灵敏的分析系统。本文的题目是单纳米带电子鼻:最简单分析元素的工程和测试,这就是摘要所说的。
    
     根据南伊利诺伊大学物理学副教授安德烈·科尔马科夫博士的说法,将主要传感器、电子系统和数据传输集成到单个纳米结构中就像是在开发集成电路。
    
     近年来,军队在西南亚等地使用了大量手工发射的微型无人机,如瑞士交换机、黄蜂、Anubis和Raven等,但这些平台不是纳米器件,这些微型无人机必将受益于纳米技术。
    
     然而,国防高级研究计划署(DARPA)和工业界正在研究一种新一代的纳米无人机(NAV),这种无人机是昆虫大小的。其中一种被称为扑翼飞机,实际上使用昆虫翅膀。其他的纳米无人机基本上都是微型直升机。
    
     在海军研究生院的报告中,斯瓦班达博士(空军研究实验室空中平台委员会的控制论科学家)介绍了微型无人机的研究目标和价值,这些微型无人机不容易发现,具有杀伤力强、价格低廉、反应迅速、能维持作战和良好的机动性。
    
     最大的限制和最大的挑战是无人机的推进系统,它需要找到方法将更多的能量集中到越来越小的电池中。有了当前的电源,我们只能让无人机飞行几分钟,我们需要它们工作数小时。另一个挑战,他说,是实现可控和稳定的扑翼飞行。
    
     由于动力有限,又受到重要制约,很难建造像鸟类和昆虫这样的高机动微型无人机,这就需要设计非常复杂的算法,同时微型无人机上的信息处理系统也要小型化。到2015年,我们要建造能够侦察大规模杀伤性武器的小型无人机。在2030年之前,我们希望建造昆虫大小的小型无人机,能够侦察大规模杀伤性武器。
    
     宾夕法尼亚大学正在研究这个平台,这个项目被称为可扩展的自主机器人和移动传感器群,简称群。该项目汇集了人工智能、控制论、机器人学、系统工程和生物学方面的专家。根据魏家昆玛教授的说法,该项目将应用行为学。工程系统生物种群的IOR。
    
     Kunmar教授在他的项目简介中写道:我们的团队对这个问题很感兴趣。大量自主无人机能否以集群的形式可靠部署是否可以执行计划的任务是否可以作为一个小组来响应高级管理层的命令在缺乏明确的领导、成员之间交流较少、成员之间角色发生动态变化的情况下,这些组织能否在敌对环境中正常运作
    
     我们能学习如何组织来自生物区的无人机吗,如蜜蜂、鸟类和鱼类是否有一个适当的生物模型系统可以充分解释不同水平的群体行为(从群体的出现到个体的动力学)
    
     在美国乃至世界各地的大学实验室中研究的各种纳米设备对纳米技术的潜力很小。这些纳米设备包括:
    
     自愈金属、比铝合金强10倍的纳米结构材料,可以自愈裂缝、弹孔等。该项目正在威斯康星州密尔沃基大学进行研究,军方资助120万美元。
    
     nubots是核酸机器人的缩写,是纳米级的合成设备,如DNA步行机。纽约大学、加州理工大学和牛津大学都在研究核酸机器人。
    
     蛇形机器人-军事系统对能够飞行、盘旋、爬行、跳跃和行走的机器人投入了太多的注意力。也许从蛇的波动中移动身体可以取得更大的进步。马里兰大学的研究人员认为,在某些情况下,这种移动模式比其他移动模式更好。制造像蛇一样的机器人有许多挑战,如机械、能量、传感器等,但这种机器人对作战人员特别是在特种作战部队,敌人很难找到像蛇或蚯蚓这样的机器人。
    
     20世纪60年代至70年代,美国与苏联在空间领域的竞争加速了计算机、微波、陶瓷等技术的发展。同样,全球对纳米技术的竞争也将极大地促进纳米技术的发展。
    
     特别是,美国工业已经采取行动,将纳米技术应用于各种形式的产品中;医疗界也提出了各种纳米技术使用的治疗方法;政府已向大学和实验室投资数十亿美元,以开发新的纳米技术;以及该部门正在对这些纳米技术研究进行战略投资,以期未来的纳米机器。机器人的商业化是有利可图的。
    
     如果你在谷歌搜索纳米技术专利,你会看到一百万个结果,从一方面反映了纳米技术研发的速度和范围。早期的应用包括侦察传感器、药物输送系统和生物医学手术器械,这改变了药代动力学和药理学的性质。名字。
    
     在未来的医学应用中,不可复制的纳米机器人将被注入患者体内,以修复或预防细胞水平的损伤。然而,这种能力仍处于理论阶段,但在十年内,全科医生可以使用纳米技术。这种方法非常快。细胞级治疗可以快速处理战场上士兵的伤口,治疗当地人,用于医疗保健,并用于审问敌方人员。
    
     目前,军队面临的最大问题之一是任务持续时间不确定时缺乏足够的电池和充电能力。他们需要使所有废弃的电池可重复使用。
    
     2010年,俄亥俄州纳米技术设备公司的研究人员展示了一种打破充电记录的超级电容器。根据项目负责人Bor Jang的说法,这种装置存储的电量与镍氢电池相同,但充电只需几秒钟。
    
     研究人员正在开发一种新型的纳米材料,可以用于人们的防护服。这种织物中嵌入了许多纳米机器人,它们可以在战场上自我修复,还可以为医疗纳米机器人(可以监测穿戴者和缝合伤口的健康)提供平台,以调节士兵的体温。随着天气的变化,这种材料变得多孔或不那么多孔。这种材料非常轻和结实。它还可以防止火灾、化学武器、辐射、水和湿气。
    
     除军装外,纳米技术还提高了各种设备的性能,包括远程通信、头盔显示屏、能够满足任何任务需要的数据存储、望远镜、微光和红外夜视透镜等,此外,还集成了昆虫大小的无人机等外部传感器。无人机和数据融合可以为战斗机提供任务成功和人类生存的实时态势感知。
    
     与此同时,美国国防部高级研究计划局正在寻找能够使人工智能成为现实的突破性纳米技术。据未来学家布莱尔L说,这可能很快就会成为现实。
    
     如果真正的人工智能是用数以亿计的神经元和数以百万计的突触复制人脑,那么纳米技术是一种很有前途的技术。人工智能的关键是记忆电阻器,它是一种新的纳米级电路元件。大脑中的记忆和神经元行为在数学上有一些相似之处。记忆对于国防部高级研究计划局的一个项目非常重要,该项目使用一个芯片来模拟大脑神经元对信息的处理。
    
     国防部高级研究计划局的另一个项目是设计一种相当于大脑神经元和突触的电子装置。记忆者具有更快的记忆和计算能力,有望实现人工智能。然而,国防部高级研究计划局最雄心勃勃的目标是这种人工智能比人脑节省更多的能量,仅消耗人脑能量的2%。
    
     就应用范围和潜力而言,纳米技术的未来是不可预测的,在其《下一代纳米异质结构的发展》一文中,阿拉巴马大学纳米材料研究小组的Nitin Chopra得出结论:纳米结构具有不同的功能、高的面积体积比和独特的特性。用于化学、生物传感器、医药等领域,治疗设备、催化剂和光电材料是非常重要的,纳米材料已成为许多产品的材料选择。此外,由于合成工艺的不同,纳米材料的制备形式也有所不同,如包覆纳米材料、线性纳米材料、纳米管、纳米颗粒等。
    
     这种多功能、多成分的分层异构结构非常有用,而且肯定会以多种方式影响我们的生活,从汽车到纳米电子产品。关键的挑战是将它们应用到我们都致力于的下一代创新中。
    
     三名辍学的青少年因在网上用刀抢劫两名学生的自行车而被警方逮捕。他们被怀疑有几起抢劫学生自行车的案件。
    
    


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