美军纳米机器人的发展现状

1、.：.；美军纳米机器人的开展现状军用机器人，例如无人机，在第一次海湾战争中引起了公众的留意，按照今天的规范当时伊拉克士兵向原始的先锋侦查无人机投诚了。“911事件之后的伊拉克与阿富汗，公众、媒体、敌人最熟习的无人机当属“捕食者Predator无人机，这种无人机集成了传统的情 报、预警、侦查才干以及发射“地狱之火导弹的才干，成为了世界上第一种同时具有“猎手/杀手功能的空中机器人。但是，从上世纪90年代到目前为止美军 研制了许多的无人机，从手上发射的陆军、海军陆战队青睐的侦查无人机到世界上最大的“全球鹰无人机，“全球鹰无人机曾从美国的加利福尼亚不停歇地飞到 了澳大利亚，总程到达8214英里。21世

2、纪，出现了许多机器人，从日本的机场跑道机器人，到美国国家航空和宇宙航行局的宇航机器人，到4条腿的机器骡子，到鞋盒大小的用于伊拉克与阿富汗路口搜索汽车炸弹或者检查建筑物的机器人，到医院走廊携带医疗图表与药品的半自动手推车。但是新一代微型机器人开场运用于国防、外乡平安、医疗，这些微型器人有的好像沙粒，有的好像昆虫，有的好像蜂鸟，有的好像知更鸟。当这些微型机器人就像是小型的传感器，当分布在道路、小径、田野之中就构成了传感器网络。当人员、动物或者车辆穿过电子网络的时候，每个微型传 感器获得信息就会传到小型计算机进展分析处置，接着传送到指挥所，不仅可以使作战人员了解有物体进入了该网络，而且还可以对其大小

3、、速度、分量作出判别。略微大一些的机器人，大小介于甲虫到蜥蜴之间，运用机械腿，或者翅膀，或者推进器爬行、飞行、腾跃、滑动到建筑物、洞穴、墙壁之后，提供声音、 图像、热量等其他数据。在攻击与人质救助中，这些信息可以反映个体的出现与数量，包括远间隔 的狙击手。这些机器人也可以武装化，可以携带炸药，或者充溢非 致命与致命化学药品的皮下注射针头。纳米技术的历史、未来、缺乏与潜力在谷歌搜索引擎中搜索“micro spy这一词条会出现330,000 条搜索结果，从纳米技术新闻到谷歌书店的“101种邪恶天才的间谍器具101 Spy Gadgets for the Evil Genius。假设在谷歌搜索引擎中

4、搜索“military micro spy这一词条，搜索结果那么会减少2/3，中国制造的“卫星间谍窃听器玩具会出如今第一位，微型无人机2021年的视频会出如今最后。纳米技术包括原子级与分子级资料，通常小于100纳米1米的十亿分之一，具有特殊电子与原子特性，可以用于计算机信息存储、半导体、生物技 术、制造、发电、传感器等。这些思想可以追溯到1959年诺贝尔奖得主美国实际物理学家理查德费曼的一篇关于小型量子效益的文章。之后的10年，实践的 研讨才成为了能够，上世纪60年代末到70年代初贝尔实验室的阿尔佛雷德丘与约翰亚瑟发明了分子束晶体，这使得科学家可以控制单原子层的堆积，最终可 以制备纳米级的设备

5、。在官方公开记录中，1999年3月国家科学基金高级顾问同时兼任比尔克灵顿总统纳米技术子委员会主席的米哈尔C洛克Mihail C. Roco博士提出了联邦纳米技术倡议，这也标志着美国政府开场关注纳米技术的投入。在倡议中洛克以为纳米技术时“下一次工业革命，科学与技术委员会 National Science and Technology Council 缩写为NSTC，属于白宫科学与技术政策办公室发布了第一份关于纳米技术的报告，之后又发布了，2000年 3月又发布了。为了解释克灵顿政府2001年关于纳米技术研讨与开展的费用需求想象，当时的科学技术政策办公室主任尼尔莱恩Neal F. Lane，总统的

6、科学与技术助理，说：“纳米技术的开展是化学、物理、生物、工程、医学、资料科学等多门学科开展的结果，所以必将推进21世纪科学与技 术的跨学科开展。美国政府置信纳米技术将对21世纪的经济与社会有着深化的影响，也答应以与信息技术、细胞生物学、遗传生物学与分子生物学所带来的影响相 比较。军用纳米间谍随着世界进入了21世纪的第2个十年，纳米技术的研讨曾经触及现代生活的每一个方面，从计算机与通讯到医学与农业。纳米技术的开展以不同的方式、不同的程度发生着宏大的变化。对于军事来说这一点特别明显，纳米技术与基于纳米技术的侦查、制导与跟踪、敌我识别、智能武器、外乡与战区平安、通讯、战场医学、修复术等永远地改动着军

7、事的方方面面、战术技术与程序以及行动方案。纳米机器人nanomachine或者称为nanobot, nanoid, nanite, nanomite只需纳米级大小从0.1纳米到10纳米，由纳米级部件组成，所具有的非凡的才干，远远超出了尺寸的局限。实践上，一组基于纳米技术 的设备可以完成B-2轰炸机与“亚布拉姆战斗坦克才干完成的义务。随着纳米技术不断减少配备中部件的尺寸，设计者需求确定是减少最终部件或者平台的尺 寸，还是坚持原来尺寸的同时安装更多、更好的传感器、计算机、武器等设备。能够用于军事最多的纳米技术当属微型化的侦查安装，如“智能沙粒或者“智能尘埃。这些安装具有电子鼻的功能，只需沙粒那么大

8、，可以分析周围 环境、识别化学构成、向监视系统汇报。最终的侦查报告是非常全面的，将成千上万个电子鼻的数据进展梳理，每个纳米电子鼻的侦查范围只需几英寸，但是众多的 电子鼻覆盖在有限的区域中，这些纳米点具有很高的侦查精度。假设“智能沙粒组成的网络中有各种不同的传感器，监视计算机可以运用数据交融对遥远的战场或山中道路构成更加复杂、更加准确的实时侦查图像，敌人却全然不知，当地居民的风险也很小。2021年7月的美国化学协会的文章引见了美国、俄罗斯、德国、意大利等国的科学家组成的国际研讨组如何胜利地制造了“纳米带nanobelt，这是一种独立的、契型的、锡氧化物构成的线状物，甚至有能够超越动物的嗅觉系统。

9、“所提出的方法是一种综合的、可行的从上向上/从上向下技术道路，可以用于研制强大的、灵敏的用于分析微米级以下物质的分析系统，文章的摘要这样说。根据研讨组成员安德烈科尔马科夫Andrei Kolmakov博士南伊利诺斯大学物理学副教授的说法，将主要的传感器、电子系统、数据传输集成在单个纳米构造好像研制集成电路一样。会飞的纳米机器人在最近几年中，军队在西南亚和其他地方运用了大量可以从手上发射的微型无人机，例如瑞士军刀Switchblade、黄蜂Wasp、阿纽比斯Anubis、乌鸦Raven等。但是，这些平台并不属于纳米安装，这些微型无人机必将从纳米技术中受害。然而，国防高级研讨工程局Defense

10、Advanced Research Projects Agency 缩写为DARPA与工业部门正在努力于新一代纳米无人机nano-UAVs缩写为NAV，这些纳米无人机只需昆虫大小。其中有一种被称为扑翼飞机， 实践上运用了昆虫的翅膀。其他一些纳米无人机根本上是微型的直升机。在海军研讨生院Naval Postgraduate School的报告中，斯瓦班达博士空军研讨实验室空中平台委员会研讨控制论的科学家引见了微型无人机的研讨目的与价值，这些微型无人机不容易被 发现，具有致命性，廉价，可以快速反响，可以继续作战，机动性好。“最大的约束，也是最大的挑战是无人机的推进安装，需求寻觅将更多能量集中到越来

11、越小的电池中。运用目前的动力源，我们只能使无人机飞行几分钟，而我们需求让它们任务数小时，他说：“另一个挑战是实现可控的稳定的扑翼飞行。“在有限电量、重要的约束下，很难制造出像鸟类、昆虫这样高度机动的微型无人机。这需求设计非常复杂的算法，同时使微型无人机上的信息处置系统 越来越小。2021年之前，我们想要制造鸟类大小的可以侦查大规模杀伤武器weapon of mass destruction 缩写为WMD的微型无人机。2030年之前，我们想要制造出昆虫大小的的可以侦查大规模杀伤武器微型无人机。宾夕法尼亚大学正在研讨这种平台，这一工程称之为微型无人机群网络(Scalable sWarms of A

12、utonomous Robots and Mobile Sensors 缩写为SWARMS)。工程集中了人工智能、控制论、机器人技术、系统工程、生物学方面的专家。根据微嘉昆玛教授的观念，这一工程是要将生物种群行为运 用于工程系统中。昆玛教授在工程引见中这样写道：“我们的团队对这样的问题感兴趣，大量自动运转的无人机可以以群的方式可靠地部署吗？可以执行预定的义务吗？可 以作为群来呼应高层的管理指挥吗？在没有明确的指点，成员之间交流较少，成员之间能够动态地变换角色的情况下，这样的群可以在敌对环境中正常地运转吗？“我们可以从生物群，例如蜂群、鸟群、鱼群中，学会如何组织无人机吗？对于生物群来说有一种恰当

13、的模型体系可以充分解释不同层次的群行为从群的涌现行动到单个个体的动态性吗？全美国，乃至全世界大学实验室研讨的各种纳米安装几乎没有展现出纳米技术的潜力。这些纳米安装包括：自愈合金属Self-Healing Metals纳米构造资料，比铝合金结实10倍，可以自我愈合裂痕、弹孔等。这一工程正在由威斯康星州密尔沃基大学研讨，军方投入的经费到达了120万美圆。核酸机器人nucleic acid robots 缩写为Nubots合成的纳米级安装，如“DNA散步者。纽约大学、加利福尼亚理工大学、牛津大学都在对核酸机器人进展研讨。蛇形机器人军用系统将太多的留意力投入到可以飞行、盘旋、爬行、腾跃、步行的机器人，

14、也许从蛇的动摇来挪动身体入手可以获得更大的进展。马 里兰大学的研讨人员置信这种方式在某些情况下要比其他挪动方式更好。制造蛇形机器人有许多的挑战，如力学、能源、传感器等方面，但是这样的机器人对作战人 员非常有协助 ，尤其是在特种作战部队，敌人难以发现像蛇或者蚯蚓一样的机器人。上世纪60年代到70年代，美国与苏联在空间领域展开的竞争加速了计算机、微波、陶瓷等技术的开展，同样全球对纳米技术的竞争将会极大地推进纳米技术的开展。尤其是美国工业界早已行动起来，它们采取多种方式将纳米技术运用于多种产品中；医学界也提出了多种运用纳米技术的治疗方法；政府向大学与实验室投入了数十亿美圆来开发新的纳米技术；金融部门

15、正在对这些纳米技术研讨进展战略性投资，希望从未来纳米机器人的商业化中获利。假设在谷歌中搜索“nanotech patent纳米专利，他会看到一百万条结果，这从一个侧面反映了纳米技术研发的速度与范围。早期的运用早已包括了侦查传感器、药物保送系统、生物 医疗手术器械，这早已改动了药物动力学pharmacokinetics，研讨身体对药物的反响与药效学pharmacodynamics，研讨药 物对身体的反响的本质。在未来的医疗运用中，不可复制的纳米机器人将注射进患者身体，在细胞层次来修复或者预防损伤。然而这种才干依然处于实际研讨阶段，不过十年之内 普通医生就可以运用这种纳米技术了。这种方法非常快速，

16、细胞级的疗法可以快速处置战场上战士的伤口，治疗外乡人民，用于保健，还可以用于审问敌方人员。纳米技术在军事上的其他运用目前，陆军战士所面临的一个最大问题是在义务继续时间存在不确定性的时候缺乏足够的电池与充电才干，他们需求使一切的废弃电池可以重新运用。2021年，位于俄亥俄州纳米技术设备公司的研讨人员展现了一种突破充电记录的超级电容器。根据工程担任人波尔詹Bor Jang的说法，该设备储存的电量相当于镍氢电池的电量，但是充电只用几秒钟时间。研讨人员正在研制一种新的纳米资料，这种资料可以用于人员防护服。这种织物镶嵌有许多的纳米机器人，可以在战场上自我修复，也可以为医疗纳米机 器人这些医疗机器人可以监

17、视穿着人员的安康情况、缝合伤口提供平台，根据天气变化变得多孔不透气或者少孔不透气来调理战士的体温。这种资料非常轻、结 实，还可以防火、防化学武器、防辐射、防水、防潮。除了军装之外，纳米技术提高了各种配备的性能，其中包括远程通讯、头盔式显示屏；可以满足任何义务需求的数据储存；望远镜、微光与红外夜视镜的 加强功能等。此外，还包括与外部传感器的集成，例如与昆虫大小的无人机/无人地面车，以及数据交融，可以为战士提供实时的对义务胜利与人员生存都非常重要 的态势感知。同时，国防高级研讨工程局正在寻觅可以使人工智能成为现实的突破性纳米技术。根据未来学家布莱尔L王的观念这能够很快成为现实。假设真正的人工智能是复制人类拥有千亿个神经元和百万亿突触的大脑，那么纳米技术是一种有前景的技术。人工智能的关键是记忆器 memristor，记忆器是一种新的纳米级电路元素。记忆器与大脑神经元行为存在一些数学类似性，记忆器对于国防部高级研讨工程局的一个用芯片模拟 大脑中神经元处置信息的工程非常重要。国防部高级研讨工程局的另一个工程主要是设计一种与大脑神经元和突触相当的电子安装，记忆器具有更快的记忆与计算才干，有望实现人工智能。虽然如此，国防部高级研讨工程局最具野心的目的是这种人工智能比人的大脑更节约能量，耗费的能量只需人的大脑的2%。