Die vielversprechendsten amerikanischen Militärprojekte, deren Nutzung für friedliche Zwecke möglich ist

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Anonim

Die vielversprechendsten amerikanischen Militärprojekte, deren Nutzung für friedliche Zwecke möglich ist

Für die Entwicklung der technologischen Ausrüstung der Streitkräfte und der Wissenschaft werden jährlich mehrere Millionen Dollar bereitgestellt. Die Research Agency for Advanced Defense Projects, besser bekannt unter der amerikanischen Abkürzung DARPA, beschäftigt sich mit Entwicklungen in diesem Bereich. Diese Agentur ist der Autor von Erfindungen wie Internet, GPS und Tarnkappenflugzeugen, die nicht nur für das Militär, sondern auch für die normale Zivilbevölkerung von großer Bedeutung sind.

Derzeit entwickelt die Agentur eine beachtliche Anzahl von Projekten, die auch erhebliche Auswirkungen auf die Menschheit haben können, wenn sie nur in die industrielle Produktion aufgenommen werden.

Derzeit schenkt DARPA der Entwicklung von Lasersysteme … Zu den Programmen der Agentur gehören die folgenden Programme: Excalibur, Architecture for Diode High Energy Laser System, Ultra Beam und Compact Mid-Ultraviolett-Technologie.

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Kleine lasergesteuerte Pistole Excalibur

Das Militär ist immer sehr darauf bedacht, die perfekte Waffe in einem Städtekrieg einzusetzen. Um Flugzeuge und Drohnen mit Laserwaffen auszustatten, ist es jedoch notwendig, dass seine Abmessungen kompakt genug und deutlich effizienter sind als die derzeit existierenden Systeme, die auf großen Plattformen installiert sind. DARPA hat mit der Entwicklung eines kompakten und leistungsstarken Laserwaffensystems für den Einsatz in Flugzeugen und anderen Luftfahrzeugen begonnen.

Bisher war der einfachste Weg, einen Laser herzustellen, große Behälter mit giftigen aktiven Chemikalien zu verwenden. Insbesondere ist ein solcher Laser in der Boeing-747 installiert, aber die Verwendung eines so großen Geräts als Waffe in einem Angriffs- oder Kampfflugzeug ist zumindest unpraktisch.

Die neue Excalibur Laserkanone ist deutlich leichter und kompakter. Schematisch besteht diese Waffe aus einer großen Anzahl von Lasern, die unabhängig voneinander sind. Somit kann die Größe der Emitter selbst verringert werden. Diese Strahler müssen zu einem Strahl zusammengefasst werden, ohne seine Leistung zu verlieren. Dank dieses Prinzips wird der Energieverbrauch deutlich reduziert. Aber die Kanone hat auch gewisse Nachteile. Daher gibt es insbesondere eine Reihe von Problemen, die mit der Kombination vieler Strahlen zu einem verbunden sind, die eine hohe Helligkeit und eine geringe Divergenz aufweisen würden. Interferenzen, Beugung und andere nichtlineare Effekte sind Hindernisse, dies zu erreichen. Um dieses Problem zu beheben, verwendeten die Entwickler daher ein Analogon der Phased-Array-Antenne, die in modernen Radargeräten verwendet wird und es ermöglicht, nicht nur den Strahl zu fokussieren, sondern auch den Ablenkwinkel ohne Drehen der Antenne zu korrigieren selbst.

Bis Ende des Jahres verspricht die Agentur, einen Prototyp einer Laserkanone mit einer Leistung von nur 3 Kilowatt zu demonstrieren. Aber das fertige System wird eine viel höhere Leistung haben (ca. 100 Kilowatt). Somit kann es für punktgenaue Schläge gegen Luft- und Bodenziele verwendet werden. Und da das Gewicht der Waffe zehnmal geringer sein wird als bei den derzeit existierenden Lasern, kann der Excalibur auf fast jeder militärischen Plattform installiert werden, ohne deren Kampfeigenschaften zu verschlechtern.

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Architektur für Dioden-Hochenergielasersystem

Das andere neue Programm der Agentur, Architecture for Diode High Energy Laser System (ADHELs), widmet sich der Erforschung neuer Laserstrahllängen bei der Entwicklung einer neuen Generation kompakter, hocheffizienter Hochenergielaser. Solche Systeme können auf taktischen Luftfahrzeugen, insbesondere auf Drohnen, integriert werden.

Das Programm zielt in erster Linie auf die Entwicklung von Technologien zur Erzielung von Laserstrahlen hoher Leistung und Helligkeit mit geringer Strahldivergenz ab.

Das Programm ist auf 36 Monate ausgelegt und besteht aus zwei Phasen. Im ersten Schritt ist geplant, die spektrale und kohärente Strahlkombination zu untersuchen. Die zweite Stufe ist vollständig darauf ausgerichtet, einen Spektralstrahl mit hoher Effizienz und Leistung zu erzeugen. Das ultimative Ziel des Projekts ist es, eine Beugungsstruktur für ein System zu erhalten, das mit langen Laserwellen in der Größenordnung von Systemen der HEL-Klasse von 100 Kilowatt betrieben wird.

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Ultra Beam

Die Agentur führt derzeit mehrere Laserverbesserungsprojekte durch. Ein solches Programm ist also "Ultra Beam", dessen Zweck es ist, einen Laser mit Gammastrahlung zu erzeugen. In der ersten Entwicklungsstufe wurden bereits einige Ergebnisse erzielt - Röntgenlaser wurden unter Laborbedingungen hergestellt, bei denen die Photonenenergie 4,5 keV betrug, was beweist, dass ein Gammalaser in naher Zukunft liegt. Diese Entwicklung ist auch von ziviler Bedeutung, da kompakte Gammalaser effizienter in der Strahlentherapie und Diagnostik eingesetzt werden können.

Der in seinen Eigenschaften einzigartige Röntgenlaser, dessen Technologie von DARPA entwickelt wurde, kann zur Entwicklung von kompakten Laborquellen mit hoher Helligkeit kohärenter Strahlung beitragen, die es ermöglichen, dreidimensionale Modelle lebender Zellen.

Das UltraLuch-Programm besteht aus zwei Phasen. In der ersten Stufe wurde eine Erhöhung der Sättigung von Röntgenstrahlen um 4,5 keV mit einer Leistung von 10 mJ erreicht und es wurde nachgewiesen, dass diese Strahlen Impulse durch undurchsichtige feste Objekte, beispielsweise Behälter, übertragen können. Im zweiten Schritt ist geplant, für 36 Monate einen Röntgenlaser mit höherer Leistung zu entwickeln, Gammastrahlen zu diagnostizieren und die notwendigen Parameter für die Verstärkung der Gammastrahlung beim Einsatz auf Festkörpermaterialien mit einer großen Anzahl von Atome.

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Kompakte Mid-Ultraviolett-Technologie

Das Militär muss in der Lage sein, chemische und biologische Waffen zu erkennen und zu identifizieren, die sich möglicherweise im Arsenal des Feindes befinden. Doch moderne Detektionsverfahren sind groß und schwer und benötigen zudem viel Leistung. Um diese Mängel zu beheben, begann die DARPA mit der Entwicklung eines Compact Mid-Ultraviolett-Technologieprogramms. Die Ergebnisse, die im Rahmen dieses Programms erzielt werden sollen, werden die Erkennung und Identifizierung von biologischen und chemischen Waffen mit Lasertechnologien effektiver machen. Aminosäuren und andere biologische Moleküle können mit mittelwelligen ultravioletten Wellen nachgewiesen werden, sodass diese Elemente identifiziert werden können, wenn diese Art von Waffe verwendet wird.

In großen Lasern, insbesondere in KrF (248 nm), gibt es bereits Lasertechnologien zum Nachweis von NMP innerhalb ultravioletter Strahlen. Kleine Laser (Biological Point Detection System) sind derzeit auf der Ebene der chemischen Bataillone im Einsatz. Aber, wie oben erwähnt, sind alle diese Systeme so teuer und groß bemessen, so dass sie für eine weit verbreitete Verwendung äußerst unbequem sind. Daher wird das von der Agentur vorgeschlagene Programm in zwei Hauptrichtungen präsentiert: mit einer LED-Ausrichtung von 250-275 nm und einer Ausgangsleistung von 100 mW sowie Lasern mit einer Leistung von 10 mW und einer Ausrichtung von 220-250 ni. Der Hauptteil des Programms wird darauf abzielen, die Probleme zu lösen, die mit der Begrenzung der Anordnung einer Gruppe von Nitriden als Halbleiter für mittelkurze ultraviolette Wellen verbunden sind.

Die Umsetzung dieses Programms wird es ermöglichen, kompakte Geräte zu entwickeln, die chemische und biologische Verschmutzungen, beispielsweise in Wasser, erkennen können.

Die vielversprechenden Programme von DARPA in medizinischen Bereich … Dazu gehören Projekte der Agentur Dialysis-Like Therapeutics (DLT), In Vivo Nanoplatforms, Living Foundries, Zuverlässige Neural-Interface-Technologie.

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Dialyseähnliche Therapeutika (DLT)

Infektionen durch Bakterien sind oft die Folge einer Blutvergiftung (Sepsis), an der sogar ein leicht verletzter Soldat sterben kann. Das amerikanische Militärministerium ist ernsthaft besorgt über dieses Thema und hat daher den Auftrag, eine neue Technologie zur Reinigung von Blut von Bakterien zu entwickeln. DARPA hat mit der Entwicklung eines 10-Millionen-Dollar-Projekts begonnen. Sein Hauptziel ist es, ein tragbares Gerät zu schaffen, mit dem es möglich wäre, kontaminiertes Blut aus dem Körper zu entfernen, es mit speziellen Filtern von Schadstoffen zu reinigen und dann dem Körper bereits sauberes Blut zurückzugeben. Dieses Gerät ähnelt in seiner Funktion der Nierendialyse.

Derzeit läuft die Entwicklung von Sensoren für pathogene Substanzen, die virale und bakterielle Toxine stoppen sollen. Darüber hinaus werden Technologien zur Abtrennung dieser Bestandteile aus Blut entwickelt. Der nächste Schritt sollte sein, einen Test durchzuführen, um die Wirksamkeit dieses Geräts zu überprüfen. Letztendlich soll ein tragbares Gerät beschafft werden, das eine detaillierte Analyse des gesamten Blutvolumens auf einmal durchführt, um das Auftreten von Viren und Toxinen frühzeitig zu erkennen.

Eine solche Technologie wird für die zivile Nutzung von großer Bedeutung sein, denn mit ihrer Hilfe können jährlich Hunderte und Tausende von Menschenleben gerettet werden.

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In Vivo Nanoplattformen

Alle möglichen Krankheiten schränken die Kampfbereitschaft der Soldaten ein und verursachen erhebliche Kosten für das Militärdepartement im Gesundheitswesen. Doch derzeit sind die vorhandenen Technologien zur Diagnose von Krankheiten meist teuer und zeitaufwendig. Daher sind ihre schnellere Diagnose und Behandlung in einer modernen Armee notwendig.

DARPA hat mit der Entwicklung eines weiteren vielversprechenden Projekts namens "In Vivo Nanoplatforms" begonnen. Seine Essenz läuft auf die Schaffung einer neuen Klasse von Nanopartikeln hinaus, die für eine einheitliche und genaue Erfassung des menschlichen Körpers sowie für die Behandlung verschiedener Arten von Infektionskrankheiten und physiologischen Anomalien bestimmt sind.

Tatsächlich zielt das Programm auf die Entwicklung einer Nanokapsel ab, die eine kontinuierliche Überwachung des Zustands des menschlichen Körpers ermöglicht.

Eine Nanokapsel ist ein hohler kugelförmiger Partikel, dessen Hülle aus Phospholipiden oder Polymeren besteht. In dieser Kapsel befindet sich eine Substanz mit niedrigem Molekulargewicht. Darüber hinaus kann die Hülle aus in einer bestimmten Weise organisierten DNA-Molekülen, Kalziumsilikat oder Hydroxyapatit bestehen.

Durch den Einsatz von Nanopartikeln können Medikamente oder genetische Konstrukte einer bestimmten Zusammensetzung (Hormone oder Enzyme) gezielt verabreicht werden. Und um die Nanokapsel „an ihr Ziel“zu bringen, wird ihre Hülle mit Rezeptoren oder Antigenen ausgestattet.

Das Programm wurde im März 2012 getestet. Es wird erwartet, dass es im Herbst zur Verwendung freigegeben wird.

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Lebende Gießereien

Modernes Engineering basiert auf akribischen Spezialentwicklungen und Ergebnisse werden erst nach wiederholtem Ausprobieren erzielt. Und sehr oft erlaubt Ihnen die Arbeit an einem Projekt nicht, mit der Arbeit an einem anderen zu beginnen. Als Ergebnis werden zig Jahre und Hunderte von Millionen Dollar für ein Bioengineering-Projekt bereitgestellt. Die Verbesserung biotechnologischer Technologien wird es ermöglichen, komplexe Probleme zu lösen, für die es derzeit entweder gar keine oder mehrere Lösungen gleichzeitig gibt.

Das neue Living Foundries-Programm von DARPA soll einen neuen biologischen Rahmen für die Gestaltung humanbiologischer Bausysteme schaffen und deren Komplexität erweitern. Das Programm zielt darauf ab, neue Technologien und Techniken zu entwickeln, die es ermöglichen, bisher ungelöste Probleme zu lösen. Insbesondere wird es möglich, die genetische Veranlagung eines Menschen für bestimmte Krankheiten zu bestimmen, die Funktionen von Zellen und des Körpers als Ganzes zu korrigieren.

Einerseits mag es scheinen, dass solche Technologien nicht geschaffen werden können, aber die Möglichkeit der Massenproduktion neuer biologischer Materialien und Medikamente klingt verlockend.

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Zuverlässige neuronale Schnittstellentechnologie

Die Entwicklung und Forschung von Neuralprothesen, insbesondere von Cochlea-Implantaten (künstliche Ohren), hat bewiesen, dass der menschliche Körper dieses Material wahrnimmt. Mit Hilfe solcher Prothesen wurden vielen Menschen verlorene Funktionen wiederhergestellt. Obwohl Prothesen, die am menschlichen Nervensystem befestigt werden können, sehr vielversprechend und wichtig für das Kriegsministerium sind, gibt es zwei große und grundlegende Hindernisse, die den Einsatz solcher Implantate im klinischen Umfeld verhindern. Beide Hindernisse hängen mit der Genauigkeit der Informationsübertragung zusammen. Beispielsweise ist ein tragbares neuronales Miniaturgerät seit vielen Jahren nicht dazu geeignet, genaue Informationen von Nervenzellen zu erhalten. Außerdem können solche Prothesen die empfangenen Signale nicht verwenden und mit hoher Geschwindigkeit steuern.

Die Agentur ist daran interessiert, diese beiden Probleme zu lösen, damit die Prothesen in den klinischen Einsatz kommen können. So werden verwundete Soldaten schneller geborgen bzw. können viel schneller wieder einsatzbereit sein.

Das Programm zielt zunächst darauf ab, zu verstehen, warum Implantate nicht über mehrere Jahre zuverlässig funktionieren können. Es ist geplant, den Parameter der Interaktion zwischen abiotischen und biotischen Systemen zu erforschen. Außerdem soll ein neues System entstehen, das Informationen darüber enthält, wie Informationen von Nervenzellen auf Prothesen übertragen werden.

Es kann argumentiert werden, dass diese Technologie auch umfangreiche zivile Anwendungen haben wird.

Entwicklungsorientierte Programme der DARPA Überwachungssysteme.

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Kostengünstige Wärmebildherstellung

Das Wärmebildsystem hat viele militärische Anwendungen. Aber bis jetzt ist dieses System extrem teuer, so dass seine Anwendung nicht so groß ist wie nötig. DARPA bietet ein Programm zur Entwicklung einer kostengünstigen Wärmebildkamera an. Nach den Zusicherungen der Entwickler ist es durchaus möglich, solche Wärmebildkameras in Kommunikatoren und Mobiltelefone zu integrieren. Der Entwicklung wurden 13 Millionen US-Dollar zugewiesen. Zudem soll der Abschluss des Projekts spätestens drei Jahre später erfolgen.

Die Hauptanforderungen an Wärmebildkameras der neuen Generation sind ein relativ niedriger Preis - etwa 500 US-Dollar. Darüber hinaus muss die Auflösung des resultierenden Bildes mindestens 640 * 480 Pixel betragen, der Betrachtungswinkel muss 40 Grad oder mehr betragen und die Leistungsaufnahme muss weniger als 500 Milliwatt betragen.

Die Technologie der neuen Wärmebildkamera basiert auf der Nutzung von Infrarotstrahlung, die hilft, warme von kalten Objekten im Farbspektrum zu unterscheiden. Somit können sie nicht nur unter normalen Bedingungen, sondern auch bei schlechten Sichtverhältnissen und bei Nacht eingesetzt werden.

Die heute existierenden Wärmebildkameras sind groß und teuer. Es muss auch gesagt werden, dass, wenn die Forschung erfolgreich ist, die Ergebnisse nicht nur militärische, sondern auch zivile Organisationen nutzen können. Denken Sie daran, dass solche DARPA-Entwicklungen wie Hypertext-Technologie und grafische Benutzeroberfläche ursprünglich auch für militärische Zwecke entwickelt wurden.

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Erweiterte Wide-FOV-Architekturen für die Bildrekonstruktion und -nutzung

Die Fähigkeit, unter allen Bedingungen mit größerer Klarheit weiter zu sehen, ist einer der Faktoren für die erfolgreiche Durchführung von Kampfhandlungen. Es besteht die Notwendigkeit, das Sichtfeld zu vergrößern, die Fähigkeit, bei Tag und Nacht gleich gut zu sehen, vorausgesetzt, die Kamera ist nicht teuer. Der Hauptgrund für diesen Bedarf liegt darin, Soldaten mit verfügbaren Visualisierungstools zur Erhöhung ihrer Kampfeffektivität, also Foto- und Videokameras, zur Verfügung zu stellen. Aus diesem Grund hat DARPA das Programm Advanced Wide FOV Architectures For Image Reconstruction and Exploitation (AWARE) ins Leben gerufen, das auf diese Art von Problemen ausgerichtet ist.

Das neue Visualisierungssystem, das im Rahmen der Implementierung dieses Programms erworben werden soll, wird sehr kompakt und leicht sein. Es geht von einer Vergrößerung des Sehfeldes, einer hohen Auflösung und qualitativ hochwertigen Bildern bei jedem Wetter aus, Tag und Nacht in beträchtlicher Entfernung. Es vereint über 150 Kameras in einem Objektiv. Das System ist darauf ausgelegt, Bilder mit einer Auflösung von 10 bis 50 Gigapixel zu erstellen – diese Auflösung übertrifft den für das menschliche Auge sichtbaren Bereich deutlich.

Die ersten solchen Systeme werden für den Einsatz auf Bodenobjekten konzipiert, sie werden Sichtweite, Bedienbarkeit, Tag- und Nachtsicht erhöhen, die Fähigkeit zur Zielsuche herstellen und den Einsatz einer großen Gruppe von Sensoren gewährleisten.

Solche Geräte sind von großer militärischer Bedeutung, da sie für Zwecke wie Zielen, Erfassen und ständige Überwachung verwendet werden können.

Heutzutage ist fast jedes militärische Produkt mit elektronischen Komponenten, Mikroschaltungen, Chips usw. Daher zielen viele DARPA-Programme auf die Entwicklung und Verbesserung ab Komponentenbasis … Zu diesen Programmen gehören die folgenden: Intrachip Enhanced Cooling; Integrität und Zuverlässigkeit von integrierten Schaltkreisen; Energieeffizienz-Revolution für eingebettete Computertechnologien; Tip-Based Nanofabrication und andere.

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Verbesserte Intrachip-Kühlung

Die zunehmende Anzahl von Komponenten in der modernen Elektronik hat das Niveau der Erwärmung und Verlustleistung auf ungeahnte Höhen gehoben. Gleichzeitig ist es immer noch unmöglich, den Temperaturanstieg zu begrenzen, ohne das Volumen und das Gewicht der elektronischen Systeme selbst zu erhöhen. Der Einsatz von Remote Cooling, bei dem Wärme von den Spänen in die Luft geleitet werden muss, ist nicht mehr effektiv.

Aus diesem Grund begann DARPA mit der Entwicklung eines Programms namens Intrachip Enhanced Cooling (ICECOOL), das versucht, die Einschränkungen der Fernkühlung zu überwinden. Dazu untersucht das Programm die Erwärmung innerhalb der Chips mit Silizium. Die Agentur will beweisen, dass die Kühlung für das Design des Chips genauso wichtig ist wie die übrigen Komponenten. Das Projekt geht davon aus, dass die Innenkühlung entweder direkt in die Mikroschaltung oder in den Mikrospalt zwischen den Chips eingebaut wird.

Bei erfolgreichem Abschluss bietet das Projekt die Möglichkeit, die Dichte des Chips selbst und der Kühlsysteme zu reduzieren, was für die Schaffung einer neuen Generation elektronischer Systeme sehr effektiv sein wird.

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Wärmemanagement-Technologien

Bedeutende Verbesserungen in Technologie und Systemintegration haben zu einem deutlichen Anstieg des Energieverbrauchs des Militärs geführt. Der Energieverbrauch hat sich erhöht, während die Größe der Mikroschaltungen abgenommen hat. Dies führte zur Überhitzung dieser Systeme. Aus diesem Grund hat DARPA das Programm Thermal Management Technologies ins Leben gerufen, das sich mit der Untersuchung und Optimierung neuer Nanomaterialien mit einem Kühlkörpersystem beschäftigt, die bei der Herstellung von Mikroschaltungen verwendet werden sollen. Das Programm entwickelt sich in fünf Hauptbereichen: Mikrotechnik zur Kühlung von Wärmetauschern, aktive Kühlung von Modulen, angepasste Heatpipe-Technologie, modernisierte Leistungsverstärker, thermoelektrische Kühler.

Die Hauptanstrengungen des Programms zielen daher auf die Entwicklung und Schaffung von Hochleistungswärmeverteilern auf Basis von Zweiphasenkühlung und deren Ersatz für Kupferlegierungen, die derzeit in Systemen verwendet werden; Erhöhung des Grades der thermischen Kühlung durch Verringerung des thermischen Widerstands; Entwicklung neuer Materialien und Strukturen, die die Erwärmung reduzieren können; Studium der Kühltechnologien mit thermoelektrischen Modulen.

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Energieeffizienz-Revolution für eingebettete Computertechnologien

Die meisten der gegenwärtigen militärischen Informationssysteme sind in Bezug auf die Rechenleistung aufgrund von Beschränkungen in der elektrischen Leistung, Größe und Gewicht sowie Kühlproblemen begrenzt. Diese Einschränkung hat erhebliche negative Auswirkungen auf die Betriebsführung militärischer Dienststellen, da beispielsweise Nachrichten- und Aufklärungssysteme mehr Informationen sammeln, als in Echtzeit verarbeitet werden können. Daher stellt sich heraus, dass Intelligenz nicht in der Lage ist, wertvolle Daten zu einem bestimmten Zeitpunkt bereitzustellen.

Bestehende Informationsverarbeitungssysteme sind in der Lage, 1 Gigabyte Daten pro Sekunde zu verarbeiten, während nach Angaben des Militärs 75-mal mehr benötigt werden. Aber moderne Prozessoren haben bei der Erhöhung der Kapazitäten ohne Erhöhung des Stromverbrauchs bereits ihr Maximum erreicht. Das Programm „Power Efficiency Revolution for Embedded Computing Technologies“(PERFECT) von DARPA wurde entwickelt, um die Energieeffizienz zu liefern, die Sie benötigen.

Das Programm sieht eine Erhöhung der Kapazität der Informationsverarbeitung um das 75-fache vor. Die Implementierung dieses Programms kann es ermöglichen, Smartphones zu entwickeln, die wochenlang funktionieren, oder Laptops, deren Akku so oft aufgeladen werden muss, wie Sie das Auto tanken.

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Spitzenbasierte Nanofabrikation

Die Agentur gibt viel für die Entwicklung der Nanotechnologie aus. Doch trotz der Tatsache, dass die Grundkonzepte ihrer Entwicklung als notwendig erkannt werden, gibt es immer noch Probleme mit ihrer Massenproduktion.

Das Ziel des Tip-Based Nanofabrication-Programms ist es, die Kontrolle über die Qualität der Herstellung von Nanomaterialien – Nanodrähte, Nanoröhren und Quantenpunkte – zu etablieren, was die Kontrolle über die Größe, Ausrichtung und Position jedes Produkts einschließt. Das Programm beinhaltet die Kombination von Steuerung mit innovativen Technologien, wodurch hohe Temperaturen, Hochgeschwindigkeitsströmungen und starke elektromagnetische Felder ähnlich der optischen Technologie erzeugt werden.

Derzeit ist es unmöglich, den Nanoherstellungsprozess zu kontrollieren. Bestimmte Techniken wurden in den letzten Jahren demonstriert, aber alle haben erhebliche Nachteile. So lässt sich beispielsweise bei der Herstellung von Nanotubes nur ihr Wachstum steuern, nicht aber ihre Größe und Ausrichtung. Beim Erzeugen von Quantenpunkten ist es unmöglich, ein großes Array mit hoher Homogenität zu erzeugen.

Wenn das Projekt erfolgreich abgeschlossen wird, werden seine Ergebnisse für die Herstellung von Nanoprodukten von großer Bedeutung sein.

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Integrität und Zuverlässigkeit von integrierten Schaltkreisen

Das Herzstück vieler elektronischer Systeme, die für das US-Verteidigungsministerium entwickelt wurden, sind integrierte Schaltkreise. Gleichzeitig verwendet die Militärabteilung sie mit äußerster Vorsicht und sorgt sich um die Integrität dieser Systeme. Da im Rahmen der Globalisierung des Marktes die meisten Mikroschaltungen in illegalen Unternehmen hergestellt werden, besteht die Gefahr, dass die für die Systeme der Militärabteilung erworbenen Schaltungen nicht den Spezifikationen entsprechen und dementsprechend nicht zuverlässig sind.

DARPA, als Teil des Programms Integrity and Reliability of Integrated Circuits (IRIS), versucht Methoden zu entwickeln, die die Funktionen jedes Chips überprüfen können, ohne ihn zu zerstören. Das System dieser Verfahren umfasst eine fortschrittliche Erkennung von Bauelementen mit tiefen Submikron-Schaltungen sowie Rechenverfahren zum Bestimmen der Beziehung zwischen Bauelementen.

Darüber hinaus sieht das Programm die Entwicklung innovativer Methoden zur Modellierung von Geräten und zur Durchführung analytischer Prozesse vor, die darauf abzielen, die Zuverlässigkeit integrierter Schaltungen durch Testen einer kleinen Anzahl von Proben zu bestimmen.

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Führendes Zugangsprogramm

Wie oben erwähnt, werden die meisten Chips, die in den Vereinigten Staaten verwendet werden, außerhalb des Landes hergestellt. Dieser Zustand ist nach Meinung der Amerikaner schädlich. Erstens trägt der fehlende Zugang zu fortschrittlichen Technologien zur Abwanderung von hochqualifiziertem Personal aus dem Land bei. Zweitens traut das Verteidigungsministerium solchen Mikroschaltungen nicht zu sehr.

Forschung auf dem Gebiet der Halbleitertechnologie ist von großer Bedeutung für die Einführung technologischer Entwicklungen nicht nur in kommerzielle Strukturen, sondern auch in die militärische Abteilung. Aus diesem Grund hat die Agentur ein neues Programm namens Leading Edge Access Program gestartet, das darauf abzielt, Universitäten, Industrie und Regierungsbehörden fortschrittliche militärische Halbleitertechnologie bereitzustellen. All dies geschieht in der Hoffnung auf eine baldige Rückkehr der Chipproduktion nach Amerika.

Zu den Anwendungen der fortgeschrittenen Technologie gehören der digitale Ersatz von integrierten Analog- oder Mixed-Signal-Schaltungen, zusätzliche integrierte Mixed-Signal-Schaltungen, Lösungen für das Problem der hohen Geschwindigkeit und geringen Leistung von Analog-Digital-Wandlern und Mehrkernprozessoren. Zu einem bestimmten Zeitpunkt wird die Militärabteilung der Agentur neue Projekte zur Verfügung stellen. Die wichtigsten Auswahlkriterien werden die Neuheit des Designs, die Möglichkeit der Anwendung in der Militärindustrie sowie das Potenzial zur erfolgreichen Mobilisierung der operativen Effizienz sein.

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Vielfältig zugänglich heterogen

Eines der Hauptprobleme, die derzeit die Weiterentwicklung der Computertechnologie behindern, besteht darin, dass Mikroschaltungen dafür aus verschiedenen Materialien hergestellt werden müssen. DARPA entwickelt das Diverse Accessible Heterogeneous-Programm, dessen Ziel es ist, eine neue einzelne Siliziumplattform zu schaffen, auf der Mikrochips der neuen Generation hergestellt werden. So soll die heterogene Integration laut den Entwicklern eine Reihe schwerwiegender Probleme im Zusammenhang mit dem Datenübertragungsprozess überwinden, die Dichte heterogener Verbindungen bestimmen, das optimale Temperaturregime festlegen und die neue Plattform für die Massenproduktion optimieren.

Bei erfolgreicher Entwicklung kann die heterogene Plattform in Branchen wie optoelektronischen Mikroschaltungen, optischen Sensorsystemen, optischen Generatoren für beliebige Signale, Mehrwellen-Wärmebildkameras mit integrierter Bildverarbeitung und Informationsauslesung eingesetzt werden.

Die Ergebnisse des Programms werden auch für die zivile Nutzung von Bedeutung sein, da die Schaffung einer universellen Plattform dazu beitragen wird, dass Computer schneller und effizienter arbeiten.

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Allgegenwärtiges Hochleistungs-Computing

Zu den Entwicklungen der Agentur gehört ein Programm, das den Prozess der Erstellung von Computerausrüstung praktisch von Grund auf neu angeht - "Ubiquitous High Performance Computing". Es konzentriert sich auf das Design und die Entwicklung von Technologien, die die Grundlage für die Schaffung von Computern mit geringem Stromverbrauch, Schutz vor Cyberangriffen und höherer Leistung bilden. Außerdem geht das Programm davon aus, dass solche Rechner in der Programmierung deutlich einfacher werden, sodass auch Spezialisten mit wenig Erfahrung damit fertig werden.

Diese Computer werden durch die Verbesserung skalierbarer, hochprogrammierbarer Systeme zuverlässiger und effizienter. An diesem Projekt nehmen so ernsthafte Strukturen wie die Massachusetts Technological University, Intel, NVIDIA teil. Somit kann argumentiert werden, dass dieses Programm eine der ehrgeizigsten Entwicklungen von DARPA ist.

Darüber hinaus arbeitet die Agentur aktiv an der Entwicklung integrierter 3D-Mikroschaltungen. Mikroschaltungen sind derzeit einer der Kernpunkte der Mikroelektronik. Angesichts immer kleiner werdender Chipgrößen stehen moderne Halbleitertechnologien jedoch vor vielen spezifischen und grundlegenden Problemen. Daher suchen Entwickler trotz des großen Erfolgs von Halbleitern nach neuen Arten von Allzweck-Mikroschaltungen, die eine höhere Leistung aufweisen.

Die Schaffung eines dreidimensionalen integrierten Schaltkreises eröffnet große Chancen für eine schnellere und effizientere Entwicklung der Computertechnologie, da die Beschränkung auf zwei Dimensionen überwunden wird. Schließlich hat der Fortschritt einen Entwicklungsstand erreicht, an dem die Mikroschaltungen so komplex sind, dass auf einem zweidimensionalen Chip einfach kein Platz für die notwendigen Verbindungen ist.

Die Schaffung einer dreidimensionalen Mikroschaltung mit allen Problemen, die mit ihrer praktischen Anwendung verbunden sind, wird es ermöglichen, Technologien kompakter zu machen.

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Mikrotechnologie für Ortung, Navigation und Zeitmessung

Seit vielen Jahrzehnten ist das Global Positioning System oder GPS in die meisten militärischen Navigationsgeräte eingebaut. Somit hängen viele Waffentypen von Daten zu Standort, Fahrtrichtung, Flugzeit und ähnlichen Informationen ab, die vom System übertragen werden. Eine solche Abhängigkeit kann jedoch zu großen Problemen führen, da Waffen, die eine ständige Kommunikation mit dem System erfordern, bei schwierigem Empfang oder Störung eines Signals nicht funktionieren.

DARPA hat mit der Entwicklung des Programms Micro-technology for Positioning, Navigation, and Timing (MICRO-PNT) begonnen, dessen Kern darin besteht, Technologien zu entwickeln, die es Ihnen ermöglichen, offline zu arbeiten. Die wichtigsten Aspekte der Befestigung in dieser Phase sind Größe, Gewicht und Leistung. Erfolgreiche Forschung wird ein einziges Gerät schaffen, das alle notwendigen Geräte vereint: Beschleunigungsmesser, Uhren, Kalibrierung, Gyroskope. Die mikroskopische Kalibrierung sollte durch interne Fehlerkorrektur eine genauere Zielerfassung ermöglichen.

Im Jahr 2010 begann die Forschung in der Entwicklung der Mikrotechnologie im Zusammenhang mit der Herstellung von hochpräzisen Uhren und Trägheitsinstrumenten.

Die Entwicklung des Programms zielt in erster Linie darauf ab, den Dynamikbereich von Inertialsensoren zu erhöhen, den Taktfehler zu reduzieren sowie Mikrochips zur Bestimmung von Position und Bewegungsbahn zu entwickeln.

Wenn das Programm umgesetzt wird, dann stellen Sie sich Google Maps in der U-Bahn vor.

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