Материал: Нанотехнологии. Наука будущего (Балабанов), 2009, c.258

- НАНОТЕХНОЛОГИИ -

Российскими специалистами исследовалась эффективность защитных свойств опытного образца ткани из «жидкой» брони и стандартного образца, изготовленного из 18 слоев баллистической ткани. Испытания проводились методом метания в них шариков массой 1,04 г и диаметром 6,3 мм (аналог пули) со скоростью 526 м/с. В результате испытаний было установлено, что «жидкая» броня обеспечивает лучшие защитные свойства, выдерживая нагрузку от шариков, летящих со скоростью до 560 м/с.

Проведенные исследования указывают, что имеющие место многочисленные западные публикации о разработках «жидкой» брони за рубежом в Великобритании и США на основе материалов с прослойкой из жидкого оксида кремния имеют под собой реальную основу. Как отмечается, бронежилеты из такого материала способны достаточно эффективно защитить человека от удара ножом, некоторых осколочных боеприпасов и пуль, выпущенных из огнестрельного оружия. С учетом относительной простоты изготовления и малого веса таких материалов, они уже сейчас вполне пригодны для применения в качестве средств защиты полицейских и некоторых других должностных лиц. В настоящее время в России и за рубежом ведутся исследования с целью обеспечения эффективности «жидкой» брони для защиты военнослужащих от современного стрелкового оружия и осколков большинства взрывных устройств.

Такое поведение суспензии может быть использовано и в амортизационных устройствах различных конструкций, где возможно ограничение максимальной скорости потока суспензии за счет нелинейного изменения вязкости.

Другим изобретением, которое может быть в перспективе использовано для военных целей, является разработка так называемого плаща-невидимки. Как видим, некоторые фантастические сюжеты русских народных сказок о шапках невидимках и коврах-самолетах начинают сбываться.

В таких исследованиях заинтересованы различные спецслужбы и армейские круги, которые и финансируют данные разработки.

202

— Военные нанотехнологии —

Основная задача, стоящая перед разработчиками данного маскирующего устройства, заключается в том, чтобы сделать объект невидимым за счет выполнения двух необходимых требований: свет не должен отражаться от объекта и должен полностью обходить объект. При этом необходимо, чтобы наблюдатель видел только задний фон, а не сам предмет, замаскированный устройством-невидимкой.

По данным интернет-ресурса Physorg.com, ученые и инженеры из центра нанотехнологии Бирка (Birck Nanotechnology Center) при университете Пердью, опираясь на теоретические расчеты, выполненные в 2006 году британскими физиками, создали виртуальную модель, состоящую из множества наноигл, торчащих наружу из центральной спицы, которая напоминает круглую массажную щетку. За счет отклонения кончиками игл видимого света объекты позади щетки становятся видны, но сам предмет, окруженный цилиндрическим массивомнаноигл, — невидим.

Для изготовления наноигл необходимо оборудование, которое сейчас применяется для производства устройств с помощью нанотехнологии, так как диаметр игл в теоретической модели составляет примерно 10 нм при длине в сотни нанометров.

Расчеты показывают, что устройство сделает объект невидимым только при одной строго определенной длине волны в 632,8 нм, что соответствует красному свету. Однако с помощью этой же модели можно создать «плащ-невидимку» для любой длины волны в видимом спектре, утверждает русский ученый Владимир Михайлович Шалаев, в настоящее время профессор Колледжа электрического и компьютерного инжиниринга в университете Пердью.

По словам В. Шалаева, хотя модель работает только для одной частоты, ей уже сейчас можно найти практическое применение — например, производство защитной системы, позволяющей сделать солдат незаметными для приборов ночного видения, поскольку системы ночного видения определяют только конкретную длину волны. Другое возможное при-

203

- НАНОТЕХНОЛОГИИ -

менение — маскировка объектов от «лазерных целеуказателей», используемых военными для поиска и подсветки цели.

Уже сейчас в ряде армий, прежде всего США, применяются специальные покрытия типа «Антилуч» для военных самолетов, кораблей и бронетехники, способные полностью нейтрализовать импульсы боевых лазеров.

«Создание модели, работающей для всех цветов видимого света одновременно, — это трудная техническая задача, но я полагаю, что это возможно, это явно осуществимо. В принципе, такой «плащ» может быть сколь угодно большим — размером с человека или самолет», — заявил В. Шалаев.

Другая группа ученых в составе Джона Пендри (John Pendry) из Империал-колледжа в Лондоне, Дэвида Шурига

(David Schurig) и Дэвида Смита (David Smith) из университета Дьюка, одновременно с Ульфом Леонардом (Ulf Leonhardt) из университета Св. Андрея в Шотландии опубликовали результаты исследований — математические принципы, лежащие в основе устройства оптической маскировки.

Леонард пишет, что исследование университета Пердью представляет «...теоретические симуляции, которые показывают, что модифицированная римская чашка, созданная на основе современной технологии производства наноматериалов, будет работать как устройство для обеспечения невидимости... Любой объект, который вы поместите внутрь, исчезнет, как будто растворится в воздухе — при условии, что его наблюдают через поляризованные окрашенные очки именно этого цвета». Он сравнивает разработанную в центре Пердью модель с созданием в Риме «первого оптического метаматериала» — разновидности стекла, содержащего наночастицы золота. При обычном дневном свете изготовленная из этого стекла чашка кажется зеленой, а при внутренней подсветке становится рубиновой.

Другая группа исследователей разрабатывает концепции маскировки объектов размером меньше и больше длины волны видимого света. Такие системы требуются для защиты от различного рода радарных и поисковых устройств. Однако главная цель на сегодняшний день — все-таки принципиаль-

204

— Военные нанотехнологии —

ное технологическое решение для маскировки произвольного объекта в спектре видимого для людей света. Наверное, следует признать, что эта задача имеет еще и некоторый психологический аспект.

Предполагается, что устройство может быть создано именно из так называемых немагнитных метаматериалов. В отличие от разработок для обеспечения невидимости в микроволновом спектре новая модель не обладает магнитными свойствами. Это значительно облегчает маскировку объектов в видимом спектре, но в то же время небольшая часть видимого света все же отражается от маскируемого объекта. Для его производства необходим особый диэлектрик — метаматериал с отрицательным (левосторонним) коэффициентом преломления. В данном же случае с возможным использованием метаматериалов японский теоретик Томоширо Очиаи (Tomoshiro Ochiai) с коллегами теоретически рассчитал концептуальную модель реального «плащаневидимки».

По поводу метаматериала следует заметить, что в 1967 году советский физик Виктор Георгиевич Веселаго предсказал возможность создания материала с отрицательным коэффициентом преломления (метаматериала), который он назвал «левосторонним». В своей статье «Электродинамика веществ с одновременно отрицательными значениями § и/г», опубликованной в вестнике «Успехи физических наук», он пришел к заключению, что с таким материалом существенно изменяются почти все известные оптические явления распространения волн.

В следующей разработке модель «плаща-невидимки» представляет собой пустотелый цилиндр. Попадающие на него электромагнитные волны огибают внутреннюю полость цилиндра, продолжая движение на его противоположной стороне. В результате волновой фронт остается полностью неизменным, как если бы на его пути не было никакого Цилиндра. Однако главный недостаток заключается в том, что в настоящее время все это «функционирует» опять же только для волн строго определенной частоты. Положитель-

205

- НАНОТЕХНОЛОГИИ -

ной же стороной является тот факт, что предложенный японскими теоретиками вариант устройства полностью соответствует основным требованиям, которые предъявляются к реальному «плащу-невидимке»: не отражать видимого света и не вызывать изменения фазы и направления проходящего излучения.

Имеются и более примитивные устройства, например разработка японского ученого-практика Сусуму Тачи (Susumu Tachi). Его «плащ-невидимка» состоит из частиц (экранчиков), каждая из которых воспроизводит свою часть изображения, полученного камерой на противоположной стороне. Однако невидимым человек является только строго с одной стороны (определенного угла зрения), со всех остальных сторон он видится обычным человеком в «необычном» (смешном) плаще.

Следует, однако, отметить тот факт, что невидимое невооруженным глазом может быть заметно с помощью специальных приборов, и наоборот. Наглядный пример — американский самолет-невидимка F-117 Night Hawk (известный в России как «Стеле», Stealth), созданный по самым новейшим технологиям, который 27 марта 1999 года был сбит югославскими ПВО с помощью достаточно старого советского зе- нитно-ракетного комплекса (ЗРК) С-125 «Нева» (принятого на вооружение еще в 1961 году).

Во время бомбардировок самолетами НАТО территории союзной Югославии американцы безнаказанно бомбили стратегические объекты страны: мосты, аэродромы, электростанции и т.д., рассчитывая, что югославские ПВО их не видят. Оказалось, что часть устаревших средств ПВО Югославии работает на других частотах, и «невидимки» ими регистрируются. Результатом стали обломки американского бомбардировщика Stealth, показанные телевидением бывшей Югославии.

С технической стороны, несомненным достоинством сербской батареи ПВО являлись устаревшие радары и ракеты. Современные высокочастотные радары отслеживают летящие объекты, регистрируя отраженный от них радиосиг-

— Военные нанотехнологии —

нал. В случае со Stealth короткие волны рассеиваются особой карбоновой конструкцией и формой корпуса самолета так, что он не регистрируется на экранах локатора. Оказалось, что для длинноволновых (низкочастотных) радаров подобная форма самолета не является препятствием, и они регистрируют любой крупный объект в воздухе.

Как известно, наибольшее развитие нанотехнологии получили в электронной, компьютерной и вообще в электротехнике, именно поэтому они также заслужили пристального внимания военных кругов развитых стран мира.

Миниатюризация компонентной базы вычислительной техники и увеличение тактовой частоты представляют собой главное направление развития нанотехнологии. К настоящему времени доказана работоспособность ряда активных компонентов — транзисторов, диодов, ячеек памяти, состоящих из нанотрубок, нескольких молекул или даже единственной молекулы. Передача сигнала может осуществляться одним электроном. Пока не решены проблемы, связанные со сборкой таких компонентов в единую систему и соединением их нанопроводами. Тем не менее, можно не сомневаться, что решение этих проблем — вопрос времени. Поэтому было бы удивительно, если бы эти разработки в первую очередь не были использованы в военных целях.

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.

207

- НАНОТЕХНОЛОГИИ -

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. 54).

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 зеленой «гидрофобной» — 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

— Военныенанотехнологии—

«умная пыль»

Рис. 54. Схемаизготовленияиработы«умнойпыли»

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 штрих-код. 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 расстояния1 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.

Военный аналитик Том Маккарти (Tom McCarthy), автор

статьи Molecular Nanotechnology and the World System («Молекуляр-

ная нанотехнология и миропорядок», http://www.mccarthy.cx/ WorldSystem/intro.htm), заявляет, что нанотехнологии фун-

- НАНОТЕХНОЛОГИИ -

даментально 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.

Отмечается, что нанооружие объединит оба пути развития вооружения. Благодаря возможностям наносборки и молекулярного конструирования станет возможным создание невидимых видов вооружений, более коварных и жестоких, чем даже биологическое или химическое оружие. Изготовленные с атомарной точностью с помощью молекулярной нанотехнологии новые виды оружия и боевых роботов окажутся, возможно, сопоставимыми с бактериями, но значительно более универсальными и мощными. Кроме того, таких нанороботов, в отличие от бактерий, можно будет программировать, а при необходимости — разбирать, используя как строительный материал для других целей на молекулярных нанофабриках.

Войну выигрывает тот, кто сможет уничтожить танки, самолеты, авианосцы, а также заводы и фабрики противника. Но если супероружие эпохи нанотехнологии невидимо, вроде невидимых фабрик, тогда и цели для удара не существует, опять же за исключением людей.

«...Развитие радикально новых видов оружия всегда сопровождается нарушением установленных международным сообществом правил»1. Как заявляют некоторые эксперты, технология молекулярного производства приведет к созданию значительно более опасных видов вооружения, чем существуют сегодня. Следует ожидать, что некоторые государства, отдельные группы людей или организаций предпримут попытки к их обладанию в террористических или иных це-

1 The Elements of International Strategy, Halle, Louis J., University Press of America, Inc., 1984, p. 78.

— Военныенанотехнологии —

лях. Можно объявить международный мораторий распространения такого оружия или полного его запрета, но будь это луки и стрелы (Второй Латеранский Собор, 1159 год) или ядерное оружие (Генеральная Ассамблея ООН, 1946 год), ни к чему кардинальному такой мораторий не приведет. «По одному меткому выражению, мечи не перековываются на орала. Они ржавеют», — заявляется в статье.

Представьте себе устройство (боевого робота) размером с мельчайшее насекомое (около 200 мкм), способное самостоятельно перемещаться, обнаруживать незащищенных людей (солдат или просто мирное население) и впрыскивать им яды. Учитывая, что смертельная доза токсина ботулизма составляет 100 нг или около 1/100 объема всего устройства, то количества подобного оружия в 50 млрд. единиц, способного храниться в обыкновенном дипломате, достаточно, чтобы убить всех людей на Земле.

Маккарти делает вывод, что нанотехнологии будут способствовать снижению степени экономического влияния отдельных государств (или даже военных блоков. — Прим. автора). В ходе боевых действий целью воюющих армий будут живые ресурсы, то есть солдаты и мирное население, а не военная техника и промышленные предприятия. Поскольку нанотехнологии обещают возможность организации промышленного производства даже в регионах, где нет минеральных ресурсов, они сделают небольшие группы людей вполне самодостаточными, что может способствовать распаду государственного устройства мирового сообщества.

Однако некоторые известные эксперты и ученые отмечают более глобальную потенциальную опасность нанотехнологии. Так, «отец нанотехнологии» Эрик Дрекслер, почетный председатель американского Института предвидения

{Foresight Nanotech Institute— ведущая нанотехнологическая ор-

ганизация США, финансирующая исследования и активно занимающаяся пропагандой данного направления), почти 20 лет назад выдвинул катастрофический сценарий «серой слизи» (grey goo problem), который предполагает превращение поверхности планеты и всего живого на ней в единый слой