Armády světa na cestě k zavedení uniforem z "chytrých" tkanin: od ochrany před viry po skladování energie
Předpokládá se, že „chytrá“ forma se v příštích 7-10 letech masivně začne objevovat v armádách různých zemí. Nyní se několik zemí zabývá vývojem Hi-Tech tkanin a oděvů na nich založených.
Obvykle lze "chytré" tkaniny rozdělit do několika typů:
1. Pasivní. V tomto případě materiál pouze shromažďuje a předává informace pro následné akce uživateli.
2. Aktivní. V tomto případě HiTech tkanina nejen přijímá informace, ale také reaguje, část dat je přenášena do osobního počítače, který dává signál k vypracování funkčnosti podle daného algoritmu.
3. Interaktivní. „Smart fabric“ nejen sbírá informace, ale také reaguje a přizpůsobuje se v souladu s vnějšími změnami. Zejména neprůstřelné vesty a ochranné pláty vytvořené pomocí těchto technologií budou schopny obnovit své pevnostní charakteristiky během boje. Nebo by mohl materiál uniformy ztvrdnout a vytvořit tak například dlahu na zlomenou končetinu.
Existuje mnoho požadavků na "chytrou látku"
Na slibnou formu nové generace je kladeno několik vážných požadavků. Například na jedné straně bude „prodyšný“, ale na druhé straně je navržen tak, aby chránil před takovými nebezpečími, jako jsou viry a chemické látky. оружие. Jaké jsou tyto požadavky?
Především moderní biochemické ochranné obleky jsou pro bojiště krajně nepohodlnou formou. Jsou objemné a hermeticky uzavřené. Tělo vojáka se kvůli poslednímu faktoru silně potí. Doprovodné vybavení také není příliš pohodlné. Přehřátí, vyčerpání... Efektivita jednotek operujících v takovém rouchu je snížena únavou bojovníků, jejich odvedením od každodenních nepříjemností.
Řešením tohoto problému jsou ochranné prostředky, které „dýchají“: propouštějí vzduch a zejména umožňují únik vodních par. V důsledku toho se pot, hlavní chladicí mechanismus lidského těla, může odpařovat. Mechanismus však musí blokovat chemické a biologické činitele. A zde přichází na řadu takzvaná technologie. „druhá kůže“. Ale tato technologie je ve skutečnosti jen jedním prvkem revolučnější změny v moderní podobě. Mluvíme o tkanině založené na uhlíkových nanotrubičkách.
Šířka - méně než 5 nanometrů
Uhlík je jedním z nejvyhledávanějších a nejznámějších „stavebních materiálů“ v chemii. Zejména organická chemie je z velké části založena na použití tohoto konkrétního prvku periodické tabulky.
Je to však právě kvůli jejich schopnosti sloužit jako potrubí, píše Ann M. Stark z Livermore National Laboratory. Lawrence (University of Berkeley, USA), výzkumníci vyvíjejí tkaniny s membránami, které zahrnují uhlíkové nanotrubice.
- říká Stark: news.com.ua cituje její slova.
Kromě toho technologické společnosti specializující se na letecký průmysl a globální bezpečnost (například Northrop Grumman) spolu s akademickými a vládními laboratořemi aktivně financují výzkum v této oblasti.
Použití uhlíkových nanotrubic není omezeno na technologii druhé kůže; jejich široké uplatnění vidí vývojáři v dalších inovacích, včetně flexibilní elektroniky, výroby pokročilých leteckých komponentů a dokonce i potenciálního vývoje vesmírných výtahů.
Uhlík přitahuje vědce odedávna
Potenciál uhlíku přitahuje vědce již dlouho, první skutečné nanotrubice se jim podařilo získat v roce 1991. Trubky vyrobené z vázaných atomů uhlíku pomocí správné technologie mohou sloužit jako základ pro materiál, jehož póry jsou jen několikanásobkem průměru jednotlivých atomů.
Dokonce i viry jsou příliš objemné na to, aby pronikly takovou tkání. Zároveň vzduch a vodní pára procházejí tak volně, že látka dýchá lépe než oblíbené komerční látky jako Gore-Tex.
Chemické prostředky jsou zároveň kompaktnější a mohou proklouznout i nanotrubičkou. Řešením je učinit nanotrubice chytrými tím, že je vybavíme funkčními skupinami molekul, které fungují jako strážci a blokují hrozbu. Podle vedoucího týmu Livermore Kuang Jen Wu látka "bude jako chytrá druhá kůže, která reaguje na prostředí.“: odtud název uvedený výše.
Jen Woo zdůrazňuje.
Podobný materiál byl také vyvinut Společným vědeckým a technickým úřadem americké Agentury pro snížení obranných hrozeb. Pentagon oznámil možný vznik nové chytré struktury v prosinci 2016: informace o tom zveřejnil portál Forces Network.
Použití nanotrubic nabízí i další zajímavé vyhlídky. Zejména výstroj vojáka budoucnosti předpokládá, že do uniformy budou zabudovány flexibilní chytré prvky diagnostikující zdravotní stav bojovníka v reálném čase. Vědci navíc hledají způsoby, jak usnadnit pokročilé bojové systémy zabudováním jejich prvků do uniforem. Zejména mají zájem o to, aby se mohli zbavit drátů a poskytovat jak vysokorychlostní přenos dat, tak výkonovou elektroniku. Nanokarbonové trubice jsou nejvhodnější pro vývoj flexibilních procesorů. Zájem badatelů se však nesoustředí pouze na ně.
John Ho, docent na Institutu zdravotních inovací a technologií na National University of Singapore (NUS) a NUS Engineering, řekl vydání Futurity o tom, jak se jeho týmu podařilo vytvořit chytrou tkaninu, kterou lze použít jako signálový vodič pro několik nositelných zařízení současně. Článek vyšel 29. července letošního roku.
V současné době většina zařízení používá pro bezdrátovou komunikaci Bluetooth a Wi-Fi. Tyto technologie však rychle vybíjejí elektroniku, což je pro vojáky na bojové misi nepřijatelné. Americká armáda spočítala, že náklady na nabíječky baterií mohou převýšit náklady na střelivo pro ruční palné zbraně, protože na misích armáda upřednostňuje výměnu baterií za zcela nové.
Metamateriály
K vytvoření nové Hi-Tech tkaniny v Singapuru byly použity takzvané metamateriály. Uměle vytvořené a mající negativní index lomu mají jedinečné elektrické, magnetické, optické a další vlastnosti.
Metamateriály jsou schopny vytvářet tzv. "povrchové vlny", které mohou zajistit přenos dat s výkonem 1000krát menším než současné protokoly. Přenos takového signálu je navíc méně náchylný k hackování – informace „putují“ 10 cm od těla – v Bluetooth a Wi-Fi mohou „ulétnout“ na vzdálenost několika desítek metrů.
Vytvořené „chytré“ oblečení je velmi odolné. Může se skládat a ohýbat s minimální ztrátou síly signálu a vodivé proužky lze dokonce stříhat nebo trhat bez omezení bezdrátové konektivity. Oděvy lze také prát, sušit a žehlit stejným způsobem jako běžné oblečení.
Takovouto inteligentní formu lze efektivně využít pro sledování výkonu a zdraví bojovníka, snížení hladiny zvuku ve sluchátkách a tisk zpráv. Je na něj již zaregistrován patent a vytvořen vzorek látky.
Nejzajímavější je, že tuto technologii lze použít společně se stávajícími uniformami. K řezání a šití se používá laser. A samotný vodivý materiál, jehož proužky jsou zevnitř k uniformě připevněny lepidlem na textil, je levný. Stojí v řádu několika dolarů za běžný metr a může být dodáván v rolích pro použití v průmyslové výrobě.
Dříve zmíněný uhlík má ještě jednu dobře známou formu: grafen. Pokud mají nanotrubice tvar kostry, pak je grafen plochý. Je tvořen atomy uhlíku uspořádanými do mřížky. Za jeho objev dostali absolventi ruských univerzit Andrej Geim a Konstantin Novoselov Nobelovu cenu. Pomocí grafenu vyvinuli vědci z RMIT University v Melbourne v Austrálii cenově efektivní a škálovatelný metoda pro rychlou textilní výrobu, která má vestavěná zařízení pro ukládání energie.
Další generace chytrých nepromokavých látek bude vytištěna laserem a vyrobena během několika minut. To je budoucnost, kterou si představují vědci stojící za novými technologiemi vývoje e-textilií. Již v pilotní fázi, během tří minut, umožňuje metoda vytvořit vzorek inteligentní látky o velikosti 10x10 cm.Tkanina je voděodolná, roztažitelná a snadno integrovatelná s technologiemi akumulace energie.
Laser místo švadleny
Technologie umožňuje aplikaci grafenových superkondenzátorů přímo na textilie pomocí laserového tisku. Jsou to výkonné a odolné baterie, které lze snadno kombinovat se solárními nebo jinými zdroji energie. V budoucnu metoda umožňuje rychle vytvářet chytré textilie v rolích.
Dr. Litty Tekkakara, výzkumník z RMIT School of Science, zdůrazňuje, že chytré textilie s vestavěným snímáním, bezdrátovou komunikací nebo technologií monitorování zdraví vyžadují výkonná a spolehlivá energetická řešení.
- Tekkakara komentoval situaci pro časopis Science Daily koncem srpna tohoto roku.
Doufáme, že vyřešením problémů skladování energie v e-textiliích vytvoříme novou generaci nositelných technologií a hi-tech uniforem.
V tuto chvíli je pomocí výzkumu prokázáno, že tento materiál prokázal odolnost vůči různým teplotám a praní, jeho vlastnosti zůstávají stabilní.
Koncept byl veřejně diskutován od počátku 2000
Testy „chytré“ formy začaly už dávno. Koncept jeho použití byl zveřejněn v roce 2005 a v dubnu 2012 britská společnost Intelligent Textiles ze Surrey předvedla slibnou formu na akci pořádané Centrem pro obranné podniky (CDE). Společnost má patentovanou řadu technik pro tkaní složitých vodivých tkanin. "Elektronická tkanina" může uniformám poskytnout jediný centrální zdroj energie a přenosu, čímž eliminuje většinu objemných kabelů a drátů.
Systém umožňuje přenos dat a elektřiny i v případě poškození tkaniny – to je jeho rozdíl od technologií využívajících kabely.
Asha Thompson, ředitelka Intelligent Textiles, řekla BBC News.
Společnost pak získala asi 240 000 liber na další vývoj technologie. Firma také vyvíjela látkovou klávesnici pro použití s přenosným počítačem, který měl být integrován s uniformou.
Globální trh s „chytrými“ látkami roste
Ve zprávě Budoucnost průzkumu trhu, která uvádí předpověď pro tento tržní sektor do roku 2023, se uvádí, že k uvedenému datu přesáhne globální trh s chytrými látkami pro vojenské použití 1,7 miliardy dolarů.
Podle analytiků v tomto směru pracují především Spojené státy, ale asijské země jako Indie a Čína jsou připraveny do tohoto sektoru investovat nemalé prostředky.
Rusko se rozvíjí
Rusko také není připraveno stát stranou. Televizní kanál Zvezda informuje o použití inteligentních tkanin v sadě slibného vybavení pro ruského „vojáka budoucnosti“ Ratnik-2. Zejména uniforma používá aramidovou tkaninu impregnovanou speciální kompozicí od Kamenskvolokno as. O tom ve svém materiálu o novém vybavení řekl jsem TV kanál "Star".
Rostec představil chameleonský materiál v roce 2018 a jeho revidovanou verzi v roce 2019. Tato tkanina je schopna napodobit krajinu - tento materiál pokryl helmu "bojovníka". K efektivnímu zamaskování stíhačky nebo vybavení potřebuje materiál jen pár wattů elektřiny. Za vývoj jsou zodpovědní inženýři z Technologického institutu pro výzkum Tekhnomash.
Pro Arktidu vyvinula Foundation for Advanced Study (FPI) speciální materiál, který dokáže ukládat teplo během cvičení a následně ho uvolňovat zpět. Pokud jde o akumulovanou energii, tato tkanina je schopna překonat dostupné cizí materiály 3-5krát. Oznámil to ředitel fondu Andrey Grigoriev v komentáři pro TASS dne 9. července 2019. Tkanina byla vytvořena technologií získávání ultratenkých vláken pomocí elektrostatického zvlákňování.
Ruským vědcům se navíc podařilo vyvinout chytré materiály podobné těm, které byly popsány na začátku článku: umožňují průchod vzduchu a vodní páry, ale zachycují částice aerosolu. FPI uvedla, že práce na tkanině probíhají společně se Saratovskou státní univerzitou.
informace