美軍納米機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀

1、.：.；美軍納米機(jī)器人的開展現(xiàn)狀軍用機(jī)器人，例如無人機(jī)，在第一次海灣戰(zhàn)爭中引起了公眾的留意，按照今天的規(guī)范當(dāng)時伊拉克士兵向原始的先鋒偵查無人機(jī)投誠了。“911事件之后的伊拉克與阿富汗，公眾、媒體、敵人最熟習(xí)的無人機(jī)當(dāng)屬“捕食者Predator無人機(jī)，這種無人機(jī)集成了傳統(tǒng)的情 報、預(yù)警、偵查才干以及發(fā)射“地獄之火導(dǎo)彈的才干，成為了世界上第一種同時具有“獵手/殺手功能的空中機(jī)器人。但是，從上世紀(jì)90年代到目前為止美軍 研制了許多的無人機(jī)，從手上發(fā)射的陸軍、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)青睞的偵查無人機(jī)到世界上最大的“全球鷹無人機(jī)，“全球鷹無人機(jī)曾從美國的加利福尼亞不停歇地飛到 了澳大利亞，總程到達(dá)8214英里。21世

2、紀(jì)，出現(xiàn)了許多機(jī)器人，從日本的機(jī)場跑道機(jī)器人，到美國國家航空和宇宙航行局的宇航機(jī)器人，到4條腿的機(jī)器騾子，到鞋盒大小的用于伊拉克與阿富汗路口搜索汽車炸彈或者檢查建筑物的機(jī)器人，到醫(yī)院走廊攜帶醫(yī)療圖表與藥品的半自動手推車。但是新一代微型機(jī)器人開場運(yùn)用于國防、外鄉(xiāng)平安、醫(yī)療，這些微型器人有的好像沙粒，有的好像昆蟲，有的好像蜂鳥，有的好像知更鳥。當(dāng)這些微型機(jī)器人就像是小型的傳感器，當(dāng)分布在道路、小徑、田野之中就構(gòu)成了傳感器網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)人員、動物或者車輛穿過電子網(wǎng)絡(luò)的時候，每個微型傳 感器獲得信息就會傳到小型計算機(jī)進(jìn)展分析處置，接著傳送到指揮所，不僅可以使作戰(zhàn)人員了解有物體進(jìn)入了該網(wǎng)絡(luò)，而且還可以對其大小

3、、速度、分量作出判別。略微大一些的機(jī)器人，大小介于甲蟲到蜥蜴之間，運(yùn)用機(jī)械腿，或者翅膀，或者推進(jìn)器爬行、飛行、騰躍、滑動到建筑物、洞穴、墻壁之后，提供聲音、 圖像、熱量等其他數(shù)據(jù)。在攻擊與人質(zhì)救助中，這些信息可以反映個體的出現(xiàn)與數(shù)量，包括遠(yuǎn)間隔 的狙擊手。這些機(jī)器人也可以武裝化，可以攜帶炸藥，或者充溢非 致命與致命化學(xué)藥品的皮下注射針頭。納米技術(shù)的歷史、未來、缺乏與潛力在谷歌搜索引擎中搜索“micro spy這一詞條會出現(xiàn)330,000 條搜索結(jié)果，從納米技術(shù)新聞到谷歌書店的“101種邪惡天才的間諜器具101 Spy Gadgets for the Evil Genius。假設(shè)在谷歌搜索引擎中

4、搜索“military micro spy這一詞條，搜索結(jié)果那么會減少2/3，中國制造的“衛(wèi)星間諜竊聽器玩具會出如今第一位，微型無人機(jī)2021年的視頻會出如今最后。納米技術(shù)包括原子級與分子級資料，通常小于100納米1米的十億分之一，具有特殊電子與原子特性，可以用于計算機(jī)信息存儲、半導(dǎo)體、生物技 術(shù)、制造、發(fā)電、傳感器等。這些思想可以追溯到1959年諾貝爾獎得主美國實(shí)際物理學(xué)家理查德費(fèi)曼的一篇關(guān)于小型量子效益的文章。之后的10年，實(shí)踐的 研討才成為了能夠，上世紀(jì)60年代末到70年代初貝爾實(shí)驗(yàn)室的阿爾佛雷德丘與約翰亞瑟發(fā)明了分子束晶體，這使得科學(xué)家可以控制單原子層的堆積，最終可 以制備納米級的設(shè)備

5、。在官方公開記錄中，1999年3月國家科學(xué)基金高級顧問同時兼任比爾克靈頓總統(tǒng)納米技術(shù)子委員會主席的米哈爾C洛克Mihail C. Roco博士提出了聯(lián)邦納米技術(shù)倡議，這也標(biāo)志著美國政府開場關(guān)注納米技術(shù)的投入。在倡議中洛克以為納米技術(shù)時“下一次工業(yè)革命，科學(xué)與技術(shù)委員會 National Science and Technology Council 縮寫為NSTC，屬于白宮科學(xué)與技術(shù)政策辦公室發(fā)布了第一份關(guān)于納米技術(shù)的報告，之后又發(fā)布了，2000年 3月又發(fā)布了。為了解釋克靈頓政府2001年關(guān)于納米技術(shù)研討與開展的費(fèi)用需求想象，當(dāng)時的科學(xué)技術(shù)政策辦公室主任尼爾萊恩Neal F. Lane，總統(tǒng)的

6、科學(xué)與技術(shù)助理，說：“納米技術(shù)的開展是化學(xué)、物理、生物、工程、醫(yī)學(xué)、資料科學(xué)等多門學(xué)科開展的結(jié)果，所以必將推進(jìn)21世紀(jì)科學(xué)與技 術(shù)的跨學(xué)科開展。美國政府置信納米技術(shù)將對21世紀(jì)的經(jīng)濟(jì)與社會有著深化的影響，也答應(yīng)以與信息技術(shù)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳生物學(xué)與分子生物學(xué)所帶來的影響相 比較。軍用納米間諜隨著世界進(jìn)入了21世紀(jì)的第2個十年，納米技術(shù)的研討曾經(jīng)觸及現(xiàn)代生活的每一個方面，從計算機(jī)與通訊到醫(yī)學(xué)與農(nóng)業(yè)。納米技術(shù)的開展以不同的方式、不同的程度發(fā)生著宏大的變化。對于軍事來說這一點(diǎn)特別明顯，納米技術(shù)與基于納米技術(shù)的偵查、制導(dǎo)與跟蹤、敵我識別、智能武器、外鄉(xiāng)與戰(zhàn)區(qū)平安、通訊、戰(zhàn)場醫(yī)學(xué)、修復(fù)術(shù)等永遠(yuǎn)地改動著軍

7、事的方方面面、戰(zhàn)術(shù)技術(shù)與程序以及行動方案。納米機(jī)器人nanomachine或者稱為nanobot, nanoid, nanite, nanomite只需納米級大小從0.1納米到10納米，由納米級部件組成，所具有的非凡的才干，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了尺寸的局限。實(shí)踐上，一組基于納米技術(shù) 的設(shè)備可以完成B-2轟炸機(jī)與“亞布拉姆戰(zhàn)斗坦克才干完成的義務(wù)。隨著納米技術(shù)不斷減少配備中部件的尺寸，設(shè)計者需求確定是減少最終部件或者平臺的尺 寸，還是堅持原來尺寸的同時安裝更多、更好的傳感器、計算機(jī)、武器等設(shè)備。能夠用于軍事最多的納米技術(shù)當(dāng)屬微型化的偵查安裝，如“智能沙?；蛘摺爸悄軌m埃。這些安裝具有電子鼻的功能，只需沙粒那么大

8、，可以分析周圍 環(huán)境、識別化學(xué)構(gòu)成、向監(jiān)視系統(tǒng)匯報。最終的偵查報告是非常全面的，將成千上萬個電子鼻的數(shù)據(jù)進(jìn)展梳理，每個納米電子鼻的偵查范圍只需幾英寸，但是眾多的 電子鼻覆蓋在有限的區(qū)域中，這些納米點(diǎn)具有很高的偵查精度。假設(shè)“智能沙粒組成的網(wǎng)絡(luò)中有各種不同的傳感器，監(jiān)視計算機(jī)可以運(yùn)用數(shù)據(jù)交融對遙遠(yuǎn)的戰(zhàn)場或山中道路構(gòu)成更加復(fù)雜、更加準(zhǔn)確的實(shí)時偵查圖像，敵人卻全然不知，當(dāng)?shù)鼐用竦娘L(fēng)險也很小。2021年7月的美國化學(xué)協(xié)會的文章引見了美國、俄羅斯、德國、意大利等國的科學(xué)家組成的國際研討組如何勝利地制造了“納米帶nanobelt，這是一種獨(dú)立的、契型的、錫氧化物構(gòu)成的線狀物，甚至有能夠超越動物的嗅覺系統(tǒng)。

9、“所提出的方法是一種綜合的、可行的從上向上/從上向下技術(shù)道路，可以用于研制強(qiáng)大的、靈敏的用于分析微米級以下物質(zhì)的分析系統(tǒng)，文章的摘要這樣說。根據(jù)研討組成員安德烈科爾馬科夫Andrei Kolmakov博士南伊利諾斯大學(xué)物理學(xué)副教授的說法，將主要的傳感器、電子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸集成在單個納米構(gòu)造好像研制集成電路一樣。會飛的納米機(jī)器人在最近幾年中，軍隊(duì)在西南亞和其他地方運(yùn)用了大量可以從手上發(fā)射的微型無人機(jī)，例如瑞士軍刀Switchblade、黃蜂Wasp、阿紐比斯Anubis、烏鴉Raven等。但是，這些平臺并不屬于納米安裝，這些微型無人機(jī)必將從納米技術(shù)中受害。然而，國防高級研討工程局Defense

10、Advanced Research Projects Agency 縮寫為DARPA與工業(yè)部門正在努力于新一代納米無人機(jī)nano-UAVs縮寫為NAV，這些納米無人機(jī)只需昆蟲大小。其中有一種被稱為撲翼飛機(jī)， 實(shí)踐上運(yùn)用了昆蟲的翅膀。其他一些納米無人機(jī)根本上是微型的直升機(jī)。在海軍研討生院Naval Postgraduate School的報告中，斯瓦班達(dá)博士空軍研討實(shí)驗(yàn)室空中平臺委員會研討控制論的科學(xué)家引見了微型無人機(jī)的研討目的與價值，這些微型無人機(jī)不容易被 發(fā)現(xiàn)，具有致命性，廉價，可以快速反響，可以繼續(xù)作戰(zhàn)，機(jī)動性好?！白畲蟮募s束，也是最大的挑戰(zhàn)是無人機(jī)的推進(jìn)安裝，需求尋覓將更多能量集中到越來

11、越小的電池中。運(yùn)用目前的動力源，我們只能使無人機(jī)飛行幾分鐘，而我們需求讓它們?nèi)蝿?wù)數(shù)小時，他說：“另一個挑戰(zhàn)是實(shí)現(xiàn)可控的穩(wěn)定的撲翼飛行?！霸谟邢揠娏?、重要的約束下，很難制造出像鳥類、昆蟲這樣高度機(jī)動的微型無人機(jī)。這需求設(shè)計非常復(fù)雜的算法，同時使微型無人機(jī)上的信息處置系統(tǒng) 越來越小。2021年之前，我們想要制造鳥類大小的可以偵查大規(guī)模殺傷武器weapon of mass destruction 縮寫為WMD的微型無人機(jī)。2030年之前，我們想要制造出昆蟲大小的的可以偵查大規(guī)模殺傷武器微型無人機(jī)。賓夕法尼亞大學(xué)正在研討這種平臺，這一工程稱之為微型無人機(jī)群網(wǎng)絡(luò)(Scalable sWarms of A

12、utonomous Robots and Mobile Sensors 縮寫為SWARMS)。工程集中了人工智能、控制論、機(jī)器人技術(shù)、系統(tǒng)工程、生物學(xué)方面的專家。根據(jù)微嘉昆瑪教授的觀念，這一工程是要將生物種群行為運(yùn) 用于工程系統(tǒng)中。昆瑪教授在工程引見中這樣寫道：“我們的團(tuán)隊(duì)對這樣的問題感興趣，大量自動運(yùn)轉(zhuǎn)的無人機(jī)可以以群的方式可靠地部署嗎？可以執(zhí)行預(yù)定的義務(wù)嗎？可 以作為群來呼應(yīng)高層的管理指揮嗎？在沒有明確的指點(diǎn)，成員之間交流較少，成員之間能夠動態(tài)地變換角色的情況下，這樣的群可以在敵對環(huán)境中正常地運(yùn)轉(zhuǎn)嗎？“我們可以從生物群，例如蜂群、鳥群、魚群中，學(xué)會如何組織無人機(jī)嗎？對于生物群來說有一種恰當(dāng)

13、的模型體系可以充分解釋不同層次的群行為從群的涌現(xiàn)行動到單個個體的動態(tài)性嗎？全美國，乃至全世界大學(xué)實(shí)驗(yàn)室研討的各種納米安裝幾乎沒有展現(xiàn)出納米技術(shù)的潛力。這些納米安裝包括：自愈合金屬Self-Healing Metals納米構(gòu)造資料，比鋁合金結(jié)實(shí)10倍，可以自我愈合裂痕、彈孔等。這一工程正在由威斯康星州密爾沃基大學(xué)研討，軍方投入的經(jīng)費(fèi)到達(dá)了120萬美圓。核酸機(jī)器人nucleic acid robots 縮寫為Nubots合成的納米級安裝，如“DNA散步者。紐約大學(xué)、加利福尼亞理工大學(xué)、牛津大學(xué)都在對核酸機(jī)器人進(jìn)展研討。蛇形機(jī)器人軍用系統(tǒng)將太多的留意力投入到可以飛行、盤旋、爬行、騰躍、步行的機(jī)器人，

14、也許從蛇的動搖來挪動身體入手可以獲得更大的進(jìn)展。馬 里蘭大學(xué)的研討人員置信這種方式在某些情況下要比其他挪動方式更好。制造蛇形機(jī)器人有許多的挑戰(zhàn)，如力學(xué)、能源、傳感器等方面，但是這樣的機(jī)器人對作戰(zhàn)人 員非常有協(xié)助 ，尤其是在特種作戰(zhàn)部隊(duì)，敵人難以發(fā)現(xiàn)像蛇或者蚯蚓一樣的機(jī)器人。上世紀(jì)60年代到70年代，美國與蘇聯(lián)在空間領(lǐng)域展開的競爭加速了計算機(jī)、微波、陶瓷等技術(shù)的開展，同樣全球?qū){米技術(shù)的競爭將會極大地推進(jìn)納米技術(shù)的開展。尤其是美國工業(yè)界早已行動起來，它們采取多種方式將納米技術(shù)運(yùn)用于多種產(chǎn)品中；醫(yī)學(xué)界也提出了多種運(yùn)用納米技術(shù)的治療方法；政府向大學(xué)與實(shí)驗(yàn)室投入了數(shù)十億美圓來開發(fā)新的納米技術(shù)；金融部門

15、正在對這些納米技術(shù)研討進(jìn)展戰(zhàn)略性投資，希望從未來納米機(jī)器人的商業(yè)化中獲利。假設(shè)在谷歌中搜索“nanotech patent納米專利，他會看到一百萬條結(jié)果，這從一個側(cè)面反映了納米技術(shù)研發(fā)的速度與范圍。早期的運(yùn)用早已包括了偵查傳感器、藥物保送系統(tǒng)、生物 醫(yī)療手術(shù)器械，這早已改動了藥物動力學(xué)pharmacokinetics，研討身體對藥物的反響與藥效學(xué)pharmacodynamics，研討藥 物對身體的反響的本質(zhì)。在未來的醫(yī)療運(yùn)用中，不可復(fù)制的納米機(jī)器人將注射進(jìn)患者身體，在細(xì)胞層次來修復(fù)或者預(yù)防損傷。然而這種才干依然處于實(shí)際研討階段，不過十年之內(nèi) 普通醫(yī)生就可以運(yùn)用這種納米技術(shù)了。這種方法非?？焖?，

16、細(xì)胞級的療法可以快速處置戰(zhàn)場上戰(zhàn)士的傷口，治療外鄉(xiāng)人民，用于保健，還可以用于審問敵方人員。納米技術(shù)在軍事上的其他運(yùn)用目前，陸軍戰(zhàn)士所面臨的一個最大問題是在義務(wù)繼續(xù)時間存在不確定性的時候缺乏足夠的電池與充電才干，他們需求使一切的廢棄電池可以重新運(yùn)用。2021年，位于俄亥俄州納米技術(shù)設(shè)備公司的研討人員展現(xiàn)了一種突破充電記錄的超級電容器。根據(jù)工程擔(dān)任人波爾詹Bor Jang的說法，該設(shè)備儲存的電量相當(dāng)于鎳氫電池的電量，但是充電只用幾秒鐘時間。研討人員正在研制一種新的納米資料，這種資料可以用于人員防護(hù)服。這種織物鑲嵌有許多的納米機(jī)器人，可以在戰(zhàn)場上自我修復(fù)，也可以為醫(yī)療納米機(jī) 器人這些醫(yī)療機(jī)器人可以監(jiān)

17、視穿著人員的安康情況、縫合傷口提供平臺，根據(jù)天氣變化變得多孔不透氣或者少孔不透氣來調(diào)理戰(zhàn)士的體溫。這種資料非常輕、結(jié) 實(shí)，還可以防火、防化學(xué)武器、防輻射、防水、防潮。除了軍裝之外，納米技術(shù)提高了各種配備的性能，其中包括遠(yuǎn)程通訊、頭盔式顯示屏；可以滿足任何義務(wù)需求的數(shù)據(jù)儲存；望遠(yuǎn)鏡、微光與紅外夜視鏡的 加強(qiáng)功能等。此外，還包括與外部傳感器的集成，例如與昆蟲大小的無人機(jī)/無人地面車，以及數(shù)據(jù)交融，可以為戰(zhàn)士提供實(shí)時的對義務(wù)勝利與人員生存都非常重要 的態(tài)勢感知。同時，國防高級研討工程局正在尋覓可以使人工智能成為現(xiàn)實(shí)的突破性納米技術(shù)。根據(jù)未來學(xué)家布萊爾L王的觀念這能夠很快成為現(xiàn)實(shí)。假設(shè)真正的人工智能是復(fù)制人類擁有千億個神經(jīng)元和百萬億突觸的大腦，那么納米技術(shù)是一種有前景的技術(shù)。人工智能的關(guān)鍵是記憶器 memristor，記憶器是一種新的納米級電路元素。記憶器與大腦神經(jīng)元行為存在一些數(shù)學(xué)類似性，記憶器對于國防部高級研討工程局的一個用芯片模擬 大腦中神經(jīng)元處置信息的工程非常重要。國防部高級研討工程局的另一個工程主要是設(shè)計一種與大腦神經(jīng)元和突觸相當(dāng)?shù)碾娮影惭b，記憶器具有更快的記憶與計算才干，有望實(shí)現(xiàn)人工智能。雖然如此，國防部高級研討工程局最具野心的目的是這種人工智能比人的大腦更節(jié)約能量，耗費(fèi)的能量只需人的大腦的2%。