To pomeni predvsem večjo pozornost na nova odkritja in njihovo uporabo v tehnologijah in aplikacijah za uporabo v vojaških logističnih sistemih in podporo vojaškim logističnim operacijam. To še posebej velja za raziskave in razvoj na atomski, molekularni in fotonski ravni. Znanstveno-tehnološko področje, ki se s tem ukvarja, so ga poimenovali RAMP (angl. Revolution in Atoms, Molecules and Photons), posebej pa zadeva tri področja velikega pomena za vojsko in njeno logistiko: energijo, materiale in komunikacije. Za ameriško vojaško logistiko je namreč oskrba z energijo na bojišču izjemno pomembna. Pomen materiala je bistven tudi z vidika zanesljivosti sistemov, komponent in delov. Vloga komunikacij v globalnem vojaškem omrežju je vse večja in zahteva vse večje zmogljivosti komunikacijskih tehnologij, kot so zbiranje, analiza in hranjenje podatkov, upravljanje znanja in podpora odločanju ter širjenje informacij.

NANOCEVKE ZA LOGISTIKO

Izraz RAMP se uporablja predvsem v vojaških raziskovalnih in znanstvenih krogih, vendar so tovrstne tehnologije, izdelki in aplikacije namenjeni tudi javnem sektorju, gospodarstvu in izobraževanju. Na področju RAMP-a delujejo številna nevojaška podjetja in ustanove, v raziskavah in razvoju nanotehnologij pa sodelujejo tudi številna podjetja iz drugih držav. Merilo »nano« se nanaša na objekte, velike od 1 do 100 nanometrov (1 nm je milijardni del metra), ki jih človeško oko ne more zaznati brez močnih mikroskopov. Razvoj RAMP-a se je začel v letu 1985, potem ko je dr. Richard Smaley, profesor na univerzi Rice, odkril »nanožoge«, objekte, velike le tisočinko premera človeške dlake. Takšne objekte je mogoče videti le s tunelskim mikroskopom, mikroskopom z atomsko silo ali poljskim elektronskim mikroskopom. V letu 1991 je japonski znanstvenik dr. Sumio Iijima odkril ogljikove nanocevke, ki so 30- do 100-krat močnejše od jekla in so izredni električni prevodniki.

Nadaljnje raziskave so precej izboljšale sposobnost videnja in manipuliranja infrastruktur na molekularni in atomski ravni. Tehnologije, ki so rezultat raziskav RAMP, vključujejo superprevodniške materiale, ki jih vgrajujejo v baterije (akumulatorje), da bi jim znatno podaljšali trajanje, alfa oddajne baterije, ki lahko trajajo več let namesto več dni, ter tudi antimaterijo, ki bi (s stališča vojske) lahko sisteme za gibanje, streljanje in komuniciranje poganjale do konca njihovega življenja. Vse takšne tehnologije bi z vidika logistike dokaj podaljšale cikel oskrbovanja ali pa ga v primeru antimaterije praktično odpravile. Raziskave RAMP vključujejo alternativne vire v širokem razponu – od biomase prek fotonapetostnih do vodika. Vsi ti viri lahko verige oskrbe skrajšajo z več tisoč na nekaj sto kilometrov ter s tem zmanjšajo porabo energije in proces distribucije ali pa tega sploh odpravijo.

MOČ V GUMBU ANTIMATERIJE

Večina baterij za mobilne telefone vsebuje ogljikove nanocevke, ki zmanjšujejo odpornost v prevodnikih in tako varčujejo z energijo. Alfa oddajne baterije kot vir energije uporabljajo majhno količino radioaktivne snovi. Njihovo uvajanje v vojsko kot pogona za male naprave zahteva premagovanje odpora oz. negativnih stereotipov o njihovi »atomski« naravi. Pri tem lahko pomaga dejstvo, da se alfa baterije že uporabljajo v detektorjih dima in alarmnih napravah doma. V TV-nadaljevanki Zvezdne steze vesoljska ladja uporablja »pogon za zvijanje prostora« (warp drive), ki je zasnovan na antimateriji. Kot vemo, je antimaterija »materija« z naelektrenostjo, nasprotno običajni – namesto protonov ima antiprotone, namesto elektronov pa pozitrone – ki ima izjemno visoko gostoto energije. »Gumb« antimaterije ima 123-krat več energije, kot jo Space Shuttle porabi za dvig v orbito.
S stališča vojske bi tulec takšnih »gumbov«, velik kot cigara, zagotovil dovolj energije za gibanje, streljanje z visokoenergetskim orožjem in komuniciranje za 30 ali 40 let. V tem primeru sploh ne bi bilo potrebe za dodatnim oskrbovanjem z energijo na terenu, pravijo logistiki. Fotonapetostni materiali, ki se uporabljajo za solarne celice, omogočajo zajemanje in skladiščenje večjih količin solarne energije oz. fotonov iz svetlobe.

Nanostrukture, kot so večstenske nanocevke, lahko povečajo zajeto energijo za več redov velikosti. Solarni paneli iz nanokompozitnih fotonapetostnih materialov so praktičen vir energije za električne naprave. Raziskovalcem je ta zmožnost novih materialov na voljo zaradi uravnavanja nanopalic fotonapetostnega materiala, ki se tem »razčistijo« pot za fotone, da se laže ujamejo in postanejo vir energije.

MATERIALI »PO NAČRTU«

Neuravnane nanopalice zmanjšujejo mobilnost fotonov na poti do aktivnega sloja. Z nadzorom oblike in usmeritve nanopalic se povečuje količina zajete energije. Naslednja generacija fotonapetostnih materialov bo sposobna proizvajati dovolj energije za poganjanje naprav za nadzor klime, vdelano prognostiko in samodejno komunikacijsko opremo. Ameriški vojaški strokovnjaki dodeljujejo pomembno vlogo novim materialom, ki nastajajo kot rezultat »revolucije v atomih, molekulah in fotonih« (RAMP). Način organiziranja molekul v obrazce na nanoravni, tako določa pomembne lastnosti materiala, kar vključuje električno prevodnost, optične kakovosti in mehanično jakost. Z nadzorom ustvarjanja nanoobrazcev se raziskovalci učijo, kako načrtovati nove materiale s pomembnimi novimi lastnostmi. Revolucionarni »materiali po načrtu« so lahki, zanesljivi, superprevodni ali vsebujejo druge izredne lastnosti. Raziskovalci so že prej sanjali o ustvarjanju molekularnih različic tranzistorjev, žic in drugih komponent na čipu, zdaj pa to zares tudi izdelujejo po svetu.

Nanoznanost in nanoinženirstvo zdaj omogočata razumevanje in nadzor brez primere nad osnovnimi gradniki fizičnih stvari. Takšen razvoj bo prinesel spremembe skoraj vsega – od cepiv do računalnikov,vozil in objektov, kakršnih si jih zdaj ne moremo niti zamisliti. Znanstveniki danes že ustvarjajo različne metamateriale – umetne materiale, z lastnostmi in reakcijami, kakršne v naravi ne obstajajo. Funkcije novih materialov izhajajo iz postranskih nehomogenosti oz. neenakomernih struktur, ki imajo različne oblike – kot so praznine, delci, žice in sloji – ter zagotavljajo lastnosti, ki prekašajo naravne materiale ali njihove sestavine. Visokozmogljivi, nizkofrekvenčni in magnetni metamateriali se vse bolj uporabljajo v energetski elektroniki, elektronskih pogonih in proizvodnji energije. Nizkofrekvenčni metamateriali se že uporabljajo v aplikacijah za potrebe komunikacij, radarjev in pri brezžičnem prenosu energije.

ČUDEŽNI METAMATERIALI

»Levoročni« metamateriali, z ogledalnimi lastnostmi v primerjavi z naravnimi materiali, omogočajo med drugim proizvodnjo prevodne plastike. Uporaba plastičnih prevodnikov namesto kovinskih žic za vojaške namene bo omogočila večjo uporabnost vozil, zmanjšanje ciklov vzdrževanja in angažiranja ljudi, zmanjšanje oskrbe, zalog in porabe goriva za ta namen ter tako prihranila več milijard dolarjev. Strokovnjake za logistiko posebej zanimajo metamateriali, imenovani PBG (Photonic Band Gap), ki lahko znatno izboljšajo zanesljivost elektronskih komponent. Metamateriali PBG prinašajo v mikročipe poenostavitev in izboljšanje učinkovitosti. Nedavni razvoj v tehnologiji mikrostrukturiranja je omogočil kontrolirano inženirstvo 3D PBG- strukture v področju bližnjega infrardečega in tudi vidnega dela elektromagnetnega spektra. Svetloba v posameznih projektiranih dielektričnih (izolacijskih) mikrostrukturah lahko teče na način, podoben električnem toku v polprevodniških čipih.

Mikrostrukture so osnova novih mikrofotonskih naprav in njihove integracije v optični mikročip. Sedanje raziskave struktur PBG so v fazi, v kateri je bila polprevodniška tehnologija v času odkritja polprevodniškega tranzistorja. Po analogiji bodo lahko PBG materiali postali gonilo revolucije optičnih informacijskih tehnologij v 21. stoletju, ki bo podobna revoluciji v elektroniki v drugi polovici 20. stoletja. Med metamateriali so zelo zanimivi tudi »pametni« kristali, ki bodo morda ključni za razvoj materialov, sposobnih prevajanja električnega toka, a brez toplote, kar je ključnega pomena za izboljšanje zanesljivosti električnih komponent. V metamateriale sodi tudi aerogel, prozoren material, ki je 99,38 odstotka zrak, kljub temu pa lahko brez deformacije prenese 4000-krat večjo maso od lastne. Aerogel se med drugim lahko uporablja kot termalna zaščita za razstrelivo v bojnih vozilih. Material je že dobavljiv na komercialnem trgu.

ZLITINE, KI SE SAME POPRAVLJAJO

V elektroniki se vse bolj uporabljajo različni nanomateriali, kot so nanocevke, nanopipete, nanostožci, nanorogi in podobno. Vsi prispevajo k zmanjšanju električne odpornosti in s tem povezanega akumuliranja toplote, ki je glavni vzrok odpovedi električnih komponent. Bodoče nanodiode naj bi imele celo 20.000-krat manjšo odpornost od današnjih diod. Superprevodniške ogljikove nanocevke, kot smo povedali, znatno podaljšujejo tudi trajanje energije v baterijah. Znanstveniki so razvili male gorivne celice za mobilne terminale, ki uporabljajo enkratno strukturo nanorogov. Miniaturne gorivne celice prinašajo pomembno izboljšanje v primerjavi s konvencionalnimi rešitvami. Gorivna celica iz nanorogov ima 10-krat večjo kapaciteto kot litijeve baterije. Ena takšna gorivna celica bo zagotavljala večdnevno uporabo prenosnega računalnika namesto le nekaj ur dela. Materiali, kot so nanorogi, vojaškim logistikom olajšajo oskrbo z energijo na terenu.

Drugi materiali ponujajo različne druge koristi, ki so brez primere v dosedanji tehnologiji in znanosti. Čudežne kombinacije moči, odpornosti in lahkosti bodo omogočile gradnjo novih lahkih in varčnih vozil za kopno, morje, zrak in tudi vesolje. Seveda bodo zadovoljni tudi vojaški logistiki, ki se jim obeta vrsta lahkih in v večji meri samostojnih bojnih in logističnih vozil. Zrakoplovi, zgrajeni iz lahkih in močnejših nanomaterialov, bodo zmožni daljšega letenja in večje nosilnosti. Plastični nanomateriali, ki se manj obrabljajo, ker imajo molekularne verige ujete v keramičnih nanodelcih, bodo pripeljali do razvoja materialov, ki trajajo do konca življenja. Že zdaj potekajo raziskave s ciljem ustvarjanja kovinskih zlitin, ki bodo samodejno izpolnjevale in utrjevale majcene razpoke, ki bi se sicer povečevale in postale še nevarnejše. Tovrstne zlitine bodo sposobne preprečevati katastrofalne napake v opremi in komponentah.

POMEN »IZVRŠLJIVEGA« ZNANJA

Obstaja še vrsta različnih novih materialov, ki so zanimivi tudi za vojsko. Med zanimivimi so na primer kristali, pridobljeni z nanašanjem sloja za slojem molekul, ki se lahko uporabljajo za učinkovitejše solarne celice. Med njimi so tudi selektivne membrane za desalinizacijo morske vode, ki bodo omogočale poceni dobivanje pitne vode iz morske in drugih vrst vode, ki je ni mogoče normalno uporabljati. Novi materiali bodo omogočili proizvodnjo kameleonskih oblek za kamuflažo, ki bodo lahko spreminjale barvo in oblike kjerkoli in kadarkoli. Med novimi materiali bo tudi umetna kri, ki jo bodo proizvajali v zadostnih količinah. Materiali RAMP »po načrtu«, kot so PBG, pametni kristali, aerogeli in drugi, zagotavljajo večjo zanesljivost, nove vire energije, sposobne, človeku podobne robote, elektropredene prevleke za zaščito ljudi in ter nove vrste komunikacij.

Ameriška vojaška doktrina »vojne proti terorizma« vključuje tehnološko superiornost tudi v smislu »izvršljivega« znanja, ki je lahko osnova za akcije ,»kjerkoli je potrebno«, seveda po oceni vojske. Podlaga takšnega znanja so »izvršljive« informacije, ki vključujejo podatke o načrtovanih aktivnostih sovražnika, trenutnih bojih, stanju opreme, porabi goriva, streliva in energije, možnostih oskrbe z vodo (lokacije, stanje, zaloge) ter razpoložljivosti drugih virov, pomembnih za vojaške operacije. Enako pomembna kot pridobivanje takšnega znanja je možnost posredovanja tega znanja drugim, ki na tej podlagi ustrezno ukrepajo. Tovrstne sporočilne zmogljivosti vojaški strokovnjaki imenujejo »znanje na zahtevo«, pri katerem igra pomembno vlogo RAMP, ki zadnje čase prinaša revolucionarna sredstva za zbiranje, skladiščenje, pregledovanje in razpošiljanje informacij in tudi »izvršljivega« znanja. Temu tretjem vidiku RAMP-a bomo posvetili poseben članek v naslednji številki.

Moj mikro, julij-avgust 2008 | Esad Jakupović