Rewolucja w technologii wojskowej. Te słowa kojarzą się przede wszystkim z superbronią, czołgami laserowymi, oprogramowaniem nowej generacji, sztuczną inteligencją. Jednak w niedalekiej przyszłości przemysł wojskowy czeka na zamach stanu w sferze mniej substytutu, ale nie mniej ważnego - w wojskowym mundurze. Armie świata są na dobrej drodze do wprowadzenia zupełnie nowego munduru wojskowego.
Zakłada się, że „inteligentna” forma zacznie masowo pojawiać się w armiach różnych krajów w ciągu najbliższych 7-10 lat. Obecnie kilka krajów zajmuje się rozwojem tkanin Hi-Tech i opartej na niej odzieży.
Warunkowo „inteligentne” tkaniny można podzielić na kilka typów:
1. Pasywny. W takim przypadku materiał jedynie zbiera i przekazuje użytkownikowi informacje dotyczące kolejnych działań.
2. Aktywny. W tym przypadku tkanina HiTech nie tylko otrzymuje informacje, ale również reaguje, część danych jest przesyłana do komputera osobistego, co daje sygnał do opracowania funkcjonalności według zadanego algorytmu.
3. Interaktywny. Inteligentna tkanina nie tylko zbiera informacje, ale także reaguje i dostosowuje się zgodnie ze zmianami zewnętrznymi. W szczególności kamizelki kuloodporne i płyty ochronne stworzone przy użyciu tych technologii będą w stanie przywrócić swoje cechy wytrzymałościowe podczas walki. Albo materiał munduru może stwardnieć, tworząc np. szynę na złamaną kończynę.
Istnieje wiele wymagań dotyczących inteligentnej tkaniny
Na obiecującą formę nowej generacji nałożono kilka poważnych wymagań. Na przykład z jednej strony będzie „oddychał”, ale z drugiej ma chronić przed takimi zagrożeniami jak wirusy i broń chemiczna. Jakie są powody tych wymagań?
Przede wszystkim nowoczesne kombinezony ochrony biochemicznej są niezwykle niewygodną formą na polu walki. Są nieporęczne i hermetycznie zamknięte. Ciało żołnierza obficie się poci z powodu tego ostatniego czynnika. Powiązany sprzęt również nie jest zbyt wygodny. Przegrzanie, przemęczenie… Efektywność oddziałów operujących w takich szatach jest obniżona ze względu na zmęczenie żołnierzy, ich rozproszenie na codzienne niedogodności.
Rozwiązaniem tego problemu jest sprzęt ochronny, który „oddycha”: przepuszcza powietrze, a w szczególności umożliwia ucieczkę pary wodnej. W rezultacie pot, główny mechanizm chłodzenia ludzkiego ciała, może wyparować. Jednak mechanizm musi blokować czynniki chemiczne i biologiczne. I tu w grę wchodzi tak zwana technologia. "Druga skóra". Ale ta technologia jest w rzeczywistości tylko jednym z elementów bardziej rewolucyjnej zmiany w jej nowoczesnej formie. Mówimy o tkaninie na bazie nanorurek węglowych.
Szerokość - mniej niż 5 nanometrów
Węgiel jest jednym z najbardziej poszukiwanych i znanych „materiałów budowlanych” w chemii. W szczególności chemia organiczna w dużej mierze opiera się na wykorzystaniu tego konkretnego elementu układu okresowego.
Jednak dzieje się tak właśnie z powodu ich zdolności do funkcjonowania jako rurociągi, pisze Anne M. Stark z Livermore National Laboratory. Lawrence (University of Berkeley, USA), naukowcy opracowują tkaniny z membranami zawierającymi nanorurki węglowe.
Nanorurki są pięć tysięcy razy mniejsze niż średnica ludzkiego włosa. Zapewniają kanały, przez które może przechodzić powietrze i para wodna, ale także blokują czynniki biologiczne.
- mówi Stark: jej słowa cytuje news.com.ua.
Ponadto firmy technologiczne specjalizujące się w lotnictwie i bezpieczeństwie globalnym (na przykład Northrop Grumman) aktywnie finansują badania w tym obszarze we współpracy z laboratoriami akademickimi i rządowymi.
Zastosowanie nanorurek węglowych nie ogranicza się do technologii drugiej skóry; deweloperzy widzą ich szerokie zastosowanie w innych innowacjach, w tym elastycznej elektronice, zaawansowanych komponentach lotniczych, a nawet potencjalnym rozwoju kosmicznych wind.
Węgiel od dawna przyciąga naukowców
Potencjał węgla od dawna przyciąga naukowców, którym udało się uzyskać pierwsze prawdziwe nanorurki w 1991 roku. Zbudowane ze związanych atomów węgla, przy zastosowaniu odpowiednich technologii, rurki mogą służyć jako podstawa materiału, którego pory są tylko kilkakrotnie większe niż średnica poszczególnych atomów.
Nawet wirusy są zbyt duże, aby przeniknąć do takiej tkanki. Jednocześnie powietrze i para wodna przechodzą tak swobodnie, że tkanina „oddycha” lepiej niż popularne tkaniny komercyjne, takie jak Gore-Tex.
Jednocześnie środki chemiczne są bardziej zwarte i mogą nawet prześlizgnąć się przez nanorurki. Rozwiązaniem jest uczynienie nanorurek inteligentnymi poprzez wyposażenie ich w funkcjonalne grupy cząsteczek, które pełnią funkcję strażników w celu blokowania zagrożenia. Według lidera zespołu Livermore Quang Jen Woo, tkanina: stąd nazwa wspomniana powyżej.
W ten sposób tkanka będzie w stanie blokować czynniki chemiczne, takie jak gaz musztardowy, gazy nerwowe GD i VX, trucizny, takie jak enterotoksyna gronkowcowa, oraz zarodniki biologiczne, takie jak wąglik.
- podkreśla Jen Woo.
Podobny materiał został opracowany przez Połączone Biuro Naukowo-Technologiczne Amerykańskiej Agencji Redukcji Zagrożeń Obronnych. Pentagon ogłosił możliwość pojawienia się nowej inteligentnej tkaniny w grudniu 2016 r.: informację o tym opublikował portal Forces Network.
Zastosowanie nanorurek daje też inne ciekawe perspektywy. W szczególności wyposażenie żołnierza przyszłości oznacza, że w mundur zostaną wbudowane elastyczne inteligentne elementy, które diagnozują stan zdrowia żołnierza w czasie rzeczywistym. Ponadto naukowcy szukają sposobów na odciążenie obiecujących systemów walki poprzez włączenie elementów do mundurów. W szczególności interesuje ich możliwość pozbycia się przewodów i zapewnienia zarówno szybkiej transmisji danych, jak i zasilania elektroniki. Rurki nanowęglowe to najlepszy wybór do rozwoju elastycznych procesorów. Jednak zainteresowanie badaczy nie skupia się tylko na nich.
John Ho, profesor nadzwyczajny w Instytucie Innowacji i Technologii Zdrowia na Narodowym Uniwersytecie Singapuru (NUS) i NUS Engineering, rozmawiał z Futurity o tym, jak jego zespołowi udało się stworzyć inteligentną tkaninę, która może być używana jako przewodnik sygnału dla wielu urządzeń do noszenia urządzeń w tym samym czasie. Artykuł ukazał się 29 lipca br.
Obecnie większość urządzeń wykorzystuje do komunikacji bezprzewodowej Bluetooth i Wi-Fi. Jednak technologie te szybko wyczerpują elektronikę, co jest nie do przyjęcia dla żołnierzy biorących udział w operacji bojowej. Armia amerykańska obliczyła, że koszt ładowarek może przewyższyć koszt amunicji do broni strzeleckiej, ponieważ wojsko woli wymieniać baterie na zupełnie nowe na misjach.
Metamateriały
Do stworzenia nowej tkaniny Hi-Tech w Singapurze wykorzystano tzw. metamateriały. Sztucznie wytworzone i posiadające ujemny współczynnik załamania światła, posiadają unikalne właściwości elektryczne, magnetyczne, optyczne i inne.
Metamateriały są zdolne do tworzenia tzw.„Fale powierzchniowe”, które mogą zapewnić transmisję danych z mocą 1000 razy mniejszą niż współczesne protokoły. Ponadto transmisja takiego sygnału jest mniej podatna na włamania – informacja „przelatuje” 10 cm od ciała – w Bluetooth i Wi-Fi potrafi „odlecieć” na odległość kilkudziesięciu metrów.
Stworzone eleganckie ubrania są bardzo trwałe. Może się składać i zginać przy minimalnej utracie siły sygnału, a paski przewodzące mogą nawet przecinać lub pękać bez ograniczania możliwości bezprzewodowych. Odzież można prać, suszyć i prasować w taki sam sposób, jak zwykłe ubrania.
Taka inteligentna forma może być skutecznie wykorzystana do monitorowania wydajności i zdrowia myśliwca, redukcji poziomu dźwięku w słuchawkach i drukowania wiadomości. Został już na nią zarejestrowany patent i powstała próbka tkaniny.
Najciekawsze jest to, że tę technologię można stosować razem z istniejącymi próbkami mundurów. Do cięcia i szycia służy laser. A sam materiał przewodzący, którego paski są przymocowane od wewnątrz do munduru za pomocą kleju do tkanin, jest tani. Kosztuje kilka dolarów za metr i może być dostarczany w rolkach do użytku przemysłowego.
Wspomniany wcześniej węgiel ma inną znaną postać: grafen. Jeśli nanorurki mają formę szkieletu, grafen jest płaski. Składa się z atomów węgla tworzących sieć. Za jego otwarcie absolwenci rosyjskich uniwersytetów Andrei Geim i Konstantin Novoselov otrzymali Nagrodę Nobla. Wykorzystując grafen, naukowcy z Uniwersytetu RMIT w Melbourne w Australii byli w stanie opracować opłacalną i skalowalną metodę szybkiego wytwarzania tekstyliów, która zawiera urządzenia do magazynowania energii.
Nowa generacja inteligentnych wodoodpornych tkanin zostanie wydrukowana laserowo i wykonana w ciągu kilku minut. To przyszłość, którą reprezentują badacze kryjący się za nowymi technologiami rozwoju tekstyliów elektronicznych. Już na etapie próbnym, w ciągu trzech minut, metoda pozwala stworzyć próbkę inteligentnej tkaniny o wymiarach 10x10 cm, która jest wodoodporna, rozciągliwa i łatwo integruje się z technologiami magazynowania energii.
Laser zamiast krawcowej
Technologia umożliwia wykorzystanie druku laserowego do nakładania superkondensatorów grafenowych bezpośrednio na tekstylia. Są to mocne i trwałe baterie, które można łatwo łączyć z energią słoneczną lub innymi źródłami energii. W przyszłości metoda umożliwi szybkie tworzenie inteligentnych tekstyliów w rolkach.
Dr Litty Tekkakara, naukowiec z RMIT School of Science, podkreśla, że inteligentne tekstylia z wbudowaną technologią wykrywania, komunikacją bezprzewodową lub monitorowaniem stanu zdrowia wymagają potężnych i niezawodnych rozwiązań energetycznych.
Nowoczesne podejścia do inteligentnego magazynowania energii w przemyśle tekstylnym, takie jak przyszycie baterii do ubrań lub użycie włókien elektronicznych, mogą być kłopotliwe i nieporęczne oraz powodować problemy z wydajnością.
- komentował sytuację Tekkakar dla magazynu Science Daily pod koniec sierpnia br.
Te elementy elektroniczne mogą być również podatne na zwarcia i uszkodzenia mechaniczne, gdy wejdą w kontakt z potem lub wilgocią z otoczenia. Nasz superkondensator na bazie grafenu jest nie tylko całkowicie zmywalny, ale może przechowywać energię potrzebną do zasilania inteligentnej odzieży i może być produkowany w dużych ilościach w ciągu kilku minut.
Odpowiadając na wyzwania związane z przechowywaniem energii w tekstyliach elektronicznych, mamy nadzieję stworzyć nową generację technologii do noszenia i mundurów Hi-Tech.
W chwili obecnej za pomocą badań udowodniono, że materiał ten wykazał odporność na różne temperatury i pranie, jego właściwości pozostają stabilne.
Koncepcja była publicznie dyskutowana od początku XXI wieku
Testowanie „inteligentnej” formy rozpoczęło się dawno temu. Koncepcja jego wykorzystania została opublikowana w 2005 r., a w kwietniu 2012 r. Intelligent Textiles z Surrey zaprezentowały obiecującą formę na imprezie zorganizowanej przez Centrum Przedsiębiorstw Obronnych (CDE). Firma opatentowała szereg technik tkania złożonych tkanin przewodzących. Tkanina elektroniczna może zapewnić mundurom jedno centralne źródło zasilania i transmisji, eliminując większość niewygodnych kabli i przewodów.
System umożliwia przesyłanie danych i zasilania nawet w przypadku uszkodzenia tkanki, co różni się od technologii wykorzystujących kable.
Posiadamy tkaninę zatopioną w kamizelce, koszuli, hełmie, plecaku i rękawicy do broni. To pozwoliło nam stworzyć sieć, która przesyła energię i dane tam, gdzie ich potrzebujemy.
Asha Thompson, dyrektor Intelligent Textiles, powiedziała BBC News.
Firma otrzymała wówczas około 240 000 funtów na dalszy rozwój technologii. Firma opracowywała również tekstylną klawiaturę do laptopa, którą planowano zintegrować z mundurem.
Globalny rynek inteligentnych tkanin rośnie
Market Research Future, prognozując ten sektor rynku do 2023 roku, zauważa, że światowy rynek inteligentnych tkanin do użytku wojskowego przekroczy do tego czasu wartość 1,7 miliarda dolarów.
Według analityków w tym kierunku działają przede wszystkim Stany Zjednoczone, ale kraje azjatyckie, takie jak Indie i Chiny, są gotowe do inwestowania w ten sektor.
Rosja sama się rozwija
Rosja też nie jest gotowa stać z boku. Kanał telewizyjny Zvezda donosi o wykorzystaniu inteligentnych tkanin w zestawie obiecującego sprzętu dla rosyjskiego „żołnierza przyszłości” „Ratnika-2”. W szczególności forma wykorzystuje tkaninę aramidową impregnowaną specjalną kompozycją z JSC „Kamenskvolokno”. Kanał telewizyjny „Zvezda” mówił o tym w swoim materiale o nowym stroju.
W 2018 roku Rostec zaprezentował materiał kameleona, aw 2019 - jego poprawioną wersję. Tkanina ta jest zdolna do imitowania krajobrazu - tym materiałem pokryto hełm „Wojownika”. Aby skutecznie zakamuflować myśliwiec lub pojazd, materiał potrzebuje tylko kilku watów energii elektrycznej. Za rozwój odpowiadają inżynierowie z Instytutu Badawczo-Rozwojowego Technomash.
Dla Arktyki Fundusz Badań Zaawansowanych (FPI) opracował specjalny materiał, który może magazynować ciepło podczas wysiłku fizycznego, a następnie je uwalniać. Pod względem zgromadzonej rezerwy energii tkanina ta jest w stanie 3-5 razy przewyższać dostępne materiały obce. Poinformował o tym dyrektor funduszu Andrei Grigoriev w komentarzu do TASS 9 lipca 2019 r. Tkanina została stworzona przy użyciu technologii wytwarzania ultracienkich włókien metodą elektroprzędzenia.
Ponadto rosyjskim naukowcom udało się opracować inteligentne materiały podobne do tych opisanych na początku artykułu: przepuszczają powietrze i parę wodną, ale zatrzymują cząstki aerozolu. FPI poinformowało, że prace nad tkaniną prowadzone są wspólnie z Saratowskim Uniwersytetem Państwowym.
