Нанотехнологии. Правда и вымысел - Виктор Балабанов

В связи с открытием в 2001 году нового агрегатного состояния вещества (конденсата Бозе-Эйнштейна) и проведением ряда экспериментов по умножению числа атомов (по аналогии с умножением числа фотонов в оптических лазерах) военные круги США в рамках программы «Звездные войны» заинтересовались возможностью изготовления «атомного лазера». В проведенном группой ученых эксперименте количество атомов в пучке, проходящем через установку, удалось увеличить в тридцать раз.

Такое устройство могло бы значительно увеличить мощность боевого луча и, следовательно, эффективность его применения, тем более что именно недостаточная мощность современных оптических лазеров не позволяет в полной мере реализовать намеченные планы.

Первые разработки в области наноскопических датчиков уже успешно применяются в военных целях. Новые поколения сенсорных массивов и аналитического программного обеспечения создадут новые возможности для внедрения в чужие базы данных и перехвата нужной информации. Испытанные американцами во время военной кампании в Афганистане микроскопические датчики Smart Dust («умная пыль»), похожие на пушинки миллиметровых размеров, показали высокую эффективность. Их новизна заключается в том, что сигналы большого количества разнородных элементарных датчиков принимаются и анализируются централизованно, а сами датчики очень дешевы в производстве, так как являются массовым продуктом.

Микроскопические частички Smart Dust разработала и изготовила группа исследователей под руководством профессора химии и биохимии Майкла Сэйлора (Michael Sailor) из калифорнийского университета в Сан-Диего (University of California, San Diego – UCSD). Сэйлор заявил: «Эти пылинки – ключ к разработке роботов размером с песчинку. В будущем можно будет создать миниатюрные устройства, передвигающиеся в крошечных средах вроде вен или артерий к определенным целям, обнаруживать там химические или биологические составы и передавать информацию во внешний мир. Такие устройства могли бы использоваться для контроля чистоты питьевой или морской воды, обнаружения опасных химических или биологических агентов в воздухе и даже нахождения и уничтожения поврежденных клеток в организме человека».

Создание «умной пыли» – это результат электрохимического процесса механической обработки и химических модификаций. Вначале был взят кремниевый чип, из которого гравировкой химикатами получили пористую фотонную структуру. Затем эту структуру модифицировали, чтобы получилось цветное двустороннее зеркало – красного цвета с одной стороны, зеленого – с другой (рис. 74).

Рис. 74. Схема изготовления и работы ««умной пыли»

Стороны пористой зеркальной поверхности наделены практически противоположными свойствами. Одна сторона – гидрофоб, то есть водоотталкивающая, но «любящая» маслянистые вещества, другая – гидрофил (привлекательная для воды). После разрушения зеркального чипа ультразвуком от него остаются микроскопические частички диаметром с человеческий волос. Каждая из них – это крошечный датчик, и поэтому создается семейство самоорганизующихся сенсоров. При появлении влаги пылинки поворачиваются «гидрофильной» красной стороной к воде, а «гидрофобной» зеленой – к воздуху. Когда же появляется маслянистое (нерастворимое в воде) вещество, частички окружают каплю, прижимаясь к ней «гидрофобной» стороной. Ввиду того, что стороны разноцветные, по окраске можно определить, что происходит в этой «пыльной» среде. По словам М. Сэйлора, частицы можно запрограммировать на миллионы реакций, что даст возможность обнаружить присутствие тысяч химических веществ одновременно.

Длины волн света или цвета, отраженного от поверхностей пылинок после реакции на химический или биологический агент, – это своего рода штрихкод. Каждая частичка слишком мала, чтобы по ее цвету определить изменения, однако совокупность сотен или тысяч пылинок уже достаточно заметна для лазера даже на расстоянии 20 м. В университете Сан-Диего поставили цель разглядеть изменения с расстояния 1 км.

Работу над «пылинками» профессор М. Сэйлор с коллегами ведет в течение нескольких лет. В 2002 году они представили частички с односторонней зеркальной поверхностью. Финансовую поддержку ученым оказывает Национальный научный фонд США, озабоченные борьбой с терроризмом военные в лице управления научных исследований ВВС и агентства Пентагона по передовым оборонным разработкам DARPA.

Продолжая тему миниатюризации военных систем и использования в них нанотехнологий, следует рассказать о разработках беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), которые все больше используются военными разных стран в разведывательных и боевых операциях.

В связи с этим стоит отметить интенсивные полеты российских и грузинских БПЛА иностранного производства в канун начала грузино-осетинской войны 2008 года, а также полеты израильских аппаратов над территорией Палестины.

В настоящее время на вооружение стран НАТО поступают уже сверхмалые БПЛА, созданные с применением последних нанотехнологических разработок в конструкционном, энергетическом, радиотехническом и навигационном оснащении.

Норвежская компания Prox Dynamics создала самый маленький в мире беспилотный разведывательный вертолет PD-100 Black Hornet («Черный шершень») с оптической камерой, способной вести наблюдение на открытой местности и внутри помещений.

Вес «шершней» составляет всего 15 г, диаметр двухлопастного несущего винта – 10 см, а масса сервомоторов PDS-2 – всего 0,5 г. Особенность вертолета в том, что он практически неслышен с расстояния в несколько метров.

В комплекс беспилотной системы общей массой 0,7 кг включены три БПЛА PD-100 Black Hornet , пульт управления, зарядное устройство и транспортный контейнер размером 8x12x20 см с пультом управления на основе жидкокристаллического дисплея с диагональю 6 дюймов и устройством для записи сигнала, получаемого с камер, установленных на аппарате.

Компания Prox Dynamics планирует начать поставку полнофункционального нанобеспилотника PD-100 Black Hornet потенциальным заказчикам уже в 2010 году.

Аналогичные разработки ведутся и в других странах. В США разработан еще более миниатюрный аналогичный БПЛА NAV (Nano Air Vehicle) длиной всего 7,5 см, массой менее 10 г, полезной нагрузкой около 2 г, скоростью 5-10 м/с, дальностью полета более 1000 м и возможностью зависания над объектом не менее чем на 60 с. При этом данное нанотехнологическое воздушное транспортное средство Nano Air Vehicle приводится в движение взмахами крыльев и предназначено не только для военных миссий, но и для применения в городских условиях при мониторинге различного назначения и проведении спасательных операций.

По данным создателей, в БПЛА применены революционные разработки в аэродинамической конструкции подъемных устройств, обеспечивающих парящий полет, а также бортовое программное обеспечение, позволяющее избегать столкновений с препятствиями не только на улице, но и в закрытых помещениях.

NAV оснащен современной навигационной системой с GPS и, кроме видеонаблюдения, может выполнять различные функции в зависимости от типа устанавливаемых на него нанодатчиков.

По сообщениям российских интернет-изданий, отечественные разработки БПЛА пока не отличаются аналогичной компактностью. БПЛА вертолетного типа, выпускаемые ижевской компанией «Беспилотные системы», серий ZALA 421-06 и ZALA 421-06 при максимальном взлетном весе 12,5 кг имеют длину 1,57 м, ширину 0,54 м и высоту 0,57 м. При диаметре несущего винта в 1,77 м отечественный БЛПА имеет возможность нести полезную нагрузку массой до 3,5 кг. Однако эта характеристика, пожалуй, не является достоинством российского БЛПА, а указывает на несравнимо огромные, по сравнению с зарубежными аналогами, габариты и вес его оснащения.

Если говорить о проблемах авиации в целом, то следует отметить, что для реализации следующих поколений летательных аппаратов сегодня необходим технологический прорыв в создании новых конструкционных материалов при производстве двигателей, крыльев и фюзеляжей, в том числе значительном повышении доли нанотехнологий, и, самое главное, новаторские кадры, способные этот прорыв обеспечить.

Военный аналитик Том Маккарти (Tom McCarthy), автор статьи Molecular Nanotechnology and the World System [14] , заявляет, что нанотехнологии фундаментально изменят природу войны. Во-первых, это то, чего можно ожидать от инновационных и потенциально могущественных идей: нанотехнологии сделают войну гораздо более опасной и опустошительной, чем когда-либо в прошлом, в частности благодаря возможности создавать оружие огромной разрушительной силы. Во-вторых, нанотехнологии позволят странам вести войну при существующем миропорядке.