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2019年美国军方10大科学技术进步
文章来源:前沿材料公众号     点击数: 次     更新时间:2020-01-15 14:09

 2019年,美国军方研究人员在科学和技术领域取得了进步。美国陆军CCDC陆军研究实验室(The U.S. Army CCDC Army Research Laboratory)作为美国陆军企业研究实验室,其使命是发现、创新并转变科学和技术,确保陆地战略力量在军事领域的主导地位。该实验室首席科学家Alexander Kott博士代表实验室从众多科学技术进步项目中选择了最能展示陆军科学家和工程师们全年工作成果的10大科技进步!

 

1.士兵-机器人团队

 

陆军研究人员一直在开发新算法使机器人可以在未知环境中(如未来的战场)自主运行。新算法可以创造机器人的大脑,使其能够与不可预见的物体或在未知场景中进行交互,最终实现机器人与士兵在未来战场上的团队合作。

 

2.自修复材料

 

陆军研究人员和德克萨斯州农工大学专家联合开发了一种可3D打印的可逆交联环氧树脂。在室温条件下,该交联环氧树脂在没有受到任何额外刺激或使用愈合剂的情况下可自愈。这种材料的独特化学性质使其在受到温度刺激时也会变形。陆军研究员正在探索这些材料能否用于重构军用平台,使其根据需要改变形状。

 

3.用于定向通信的机器人阵列

 

陆军研究小组开发了一种在复杂的物理环境中发送定向无线电信号的新方法。该团队设计了小型机器人平台,配有紧凑的低频天线和人工智能,旨在创建一个自适应自组织定向天线阵列的系统。尽管在低频下不可能进行多向辐射,但此阵列配置可以发出全向辐射图,可按需创建定向链接。具有紧凑型低频天线的机器人与其他机器人协同工作可以使电磁场聚焦在所需方向上,使阵列更加集中,扩大范围并提高可靠性。这一应用会使城市和地下的无线通信使用更加集中和有针对性。

 

4.人工智能识别节能材料

 

新算法机器人可以应对超出人类实验能力之外最复杂的挑战。美国康奈尔大学由军方资助的研究人员开发了一种名为“晶体(CRYSTAL)”的系统,该系统可为士兵探索保持力量持久的新材料。CRYSTAL依赖于一组算法机器人对数十万种组合和元素进行筛选。这样庞大的数据筛选通过传统实验是无法获得的。该系统能够遵守物理和化学定律,识别下一代突破性材料,为未来战场上的士兵提供装备。对此,《材料研究学会通讯》(The Materials Research Society Communications)发表了一篇文章进行详述。

 

5.人类兴趣探测器

 

陆军研究人员已经开发出一种人类兴趣探测器,该探测器可以确定人们在看什么,并解码其大脑活动。研究人员通过监测脑电波跟踪其神经性反应来评估在危险环境的诸多刺激因素下吸引士兵注意力的因素。研究人员表示,这将提高战场上的态势感知能力,使指挥官能够做出更好的决策,最终提高士兵与未来人工智能合作的能力。

 

6.3D打印超强钢

 

陆军研究人员将一种最初由空军研制的合金制成了粉末,并通过这种途径开发出一种能3D打印超强钢金属零件的方法。3D打印机的激光通过一种名叫“Powder Bed Fusion”的方法选择性地将粉末熔化并制成图案,然后,打印机在建板上再涂上一层粉末,完成部件打印。打印完成的金属外形就是一块钢,看上去如传统锻造一般,但这样的钢有复杂的设计特点,不能用模具制造,而且坚硬程度是常规钢的1.5倍。陆军研究小组组长Brandon McWilliams博士表示:“增材制造对可持续发展有着重大影响,只要有原材料和3D打印机,你就可以制造任何你需要的东西,不用担心要购买一车车的备件。”

 

7.用氢气按需发电

 

陆军研究人员正在探索一种结构稳定的纳米电镀铝基合金(Aluminium-based nanogalvanic alloys),该合金在无催化剂的情况下可以与任何水基液体反应并按需产生氢气。研究人员们最初的设想就是使用药片一样大小的合金和些许水就可以产生能量。陆军材料科学家Kris Darling博士表示:“想象一下,一群士兵在远离基地的地方进行远程巡逻,而恰巧电池没电,他们又正急需打开无线通讯工具,这时一名士兵拿起药片大小的合金,将其放入容器中,加入水或含水的液体,如尿液,合金“药片”立即溶解,氢气便会释放到燃料电池中,为无线电提供即时能量。”

 

8.一种水基防火电池

 

马里兰大学和约翰Ÿ霍普金斯应用物理实验室的陆军研究人员开发了一种新型水基防火电池。军事材料工程师Arthur von Wald Cresce博士表示:“士兵携带高能或高功率电池具有电池着火的风险,而我们的项目规避了这一风险。我们希望通过完善电池安全问题使士兵们可以随心所欲地使用电池。”

 

这些含水锂离子电池(aqueous lithium-ion batteries)使用了一种不易燃的水基溶剂,替代了锂离子电池中高度易燃的电解液,同时还使用了热稳定性较好的锂盐,因此扩大了该电池的存储和使用温度范围。Cresce博士和研究团队与马里兰大学科学家最开始合作研究了新型含水电解质,称为“water-in-salt电解质”,并将其研究发现发表在《科学》杂志上。

 

9.用生物识别接收器检测士兵的健康和行为

 

陆军研究人员正在研究如何通过开发独特的生物识别接收器来实时监测士兵的健康和表现。这些生物接受器体积小,生产简单,价格低廉,并且环保。一旦生物接受器集成到可佩戴的生物传感器中,科学家们就可以有选择地从血液、汗液或唾液等复杂的混合来源中收集数据。

 

10.塑料制成的人造肌肉

 

未来的军事机器人将成为世界上最强大的机器人,而塑料制成的人造肌肉可以用来完善军事机器人。陆军研究员与佛罗里达农工大学-佛罗里达州立大学工程学院客座教授组成合作研究小组,该小组研究了塑料纤维弯折卷曲成弹簧时的反应。不同的刺激会使弹簧像人类肌肉一样自然收缩或扩张。研究小组确定了达到预期人造肌肉性能指标的最佳材料性能,并开发技术和具体实施措施使人造肌肉可用于提高机器人的性能。

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