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(kāi)展現(xiàn)狀軍用機(jī)器人，例如無(wú)人機(jī)，在第一次海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中引起了公眾的留意，按照今天的規(guī)范當(dāng)時(shí)伊拉克士兵向原始的先鋒偵查無(wú)人機(jī)投誠(chéng)了?！?11事件之后的伊拉克與阿富汗，公眾、媒體、敵人最熟習(xí)的無(wú)人機(jī)當(dāng)屬“捕食者Predator無(wú)人機(jī)，這種無(wú)人機(jī)集成了傳統(tǒng)的情 報(bào)、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(shí)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(wú)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(wú)人機(jī)到世界上最大的“全球鷹無(wú)人機(jī)，“全球鷹無(wú)人機(jī)曾從美國(guó)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(chǎng)跑道機(jī)器人，到美國(guó)國(guó)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(chē)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(dòng)手推車(chē)。但是新一代微型機(jī)器人開(kāi)場(chǎng)運(yùn)用于國(guó)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(chóng)，有的好像蜂鳥(niǎo)，有的好像知更鳥(niǎo)。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(dòng)物或者車(chē)輛穿過(guò)電子網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，每個(gè)微型傳 感器獲得信息就會(huì)傳到小型計(jì)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(duì)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(chóng)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(dòng)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(gè)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(lái)、缺乏與潛力在谷歌搜索引擎中搜索“micro spy這一詞條會(huì)出現(xiàn)330,000 條搜索結(jié)果，從納米技術(shù)新聞到谷歌書(shū)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(huì)減少2/3，中國(guó)制造的“衛(wèi)星間諜竊聽(tīng)器玩具會(huì)出如今第一位，微型無(wú)人機(jī)2021年的視頻會(huì)出如今最后。納米技術(shù)包括原子級(jí)與分子級(jí)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(jì)算機(jī)信息存儲(chǔ)、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(jiǎng)得主美國(guó)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(jí)的設(shè)備

5、。在官方公開(kāi)記錄中，1999年3月國(guó)家科學(xué)基金高級(jí)顧問(wèn)同時(shí)兼任比爾克靈頓總統(tǒng)納米技術(shù)子委員會(huì)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(guó)政府開(kāi)場(chǎng)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(shí)“下一次工業(yè)革命，科學(xué)與技術(shù)委員會(huì) National Science and Technology Council 縮寫(xiě)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(bào)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(kāi)展的費(fèi)用需求想象，當(dāng)時(shí)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(shuō)：“納米技術(shù)的開(kāi)展是化學(xué)、物理、生物、工程、醫(yī)學(xué)、資料科學(xué)等多門(mén)學(xué)科開(kāi)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(kāi)展。美國(guó)政府置信納米技術(shù)將對(duì)21世紀(jì)的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)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(lái)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(gè)十年，納米技術(shù)的研討曾經(jīng)觸及現(xiàn)代生活的每一個(gè)方面，從計(jì)算機(jī)與通訊到醫(yī)學(xué)與農(nóng)業(yè)。納米技術(shù)的開(kāi)展以不同的方式、不同的程度發(fā)生著宏大的變化。對(duì)于軍事來(lái)說(shuō)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(shí)別、智能武器、外鄉(xiāng)與戰(zhàn)區(qū)平安、通訊、戰(zhàn)場(chǎng)醫(yī)學(xué)、修復(fù)術(shù)等永遠(yuǎn)地改動(dòng)著軍

7、事的方方面面、戰(zhàn)術(shù)技術(shù)與程序以及行動(dòng)方案。納米機(jī)器人nanomachine或者稱(chēng)為nanobot, nanoid, nanite, nanomite只需納米級(jí)大小從0.1納米到10納米，由納米級(jí)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(jì)者需求確定是減少最終部件或者平臺(tái)的尺 寸，還是堅(jiān)持原來(lái)尺寸的同時(shí)安裝更多、更好的傳感器、計(jì)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?chē)?環(huán)境、識(shí)別化學(xué)構(gòu)成、向監(jiān)視系統(tǒng)匯報(bào)。最終的偵查報(bào)告是非常全面的，將成千上萬(wàn)個(gè)電子鼻的數(shù)據(jù)進(jìn)展梳理，每個(gè)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(jì)算機(jī)可以運(yùn)用數(shù)據(jù)交融對(duì)遙遠(yuǎn)的戰(zhàn)場(chǎng)或山中道路構(gòu)成更加復(fù)雜、更加準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)偵查圖像，敵人卻全然不知，當(dāng)?shù)鼐用竦娘L(fēng)險(xiǎn)也很小。2021年7月的美國(guó)化學(xué)協(xié)會(huì)的文章引見(jiàn)了美國(guó)、俄羅斯、德國(guó)、意大利等國(guó)的科學(xué)家組成的國(guó)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(dòng)物的嗅覺(jué)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(jí)以下物質(zhì)的分析系統(tǒng)，文章的摘要這樣說(shuō)。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(shuō)法，將主要的傳感器、電子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸集成在單個(gè)納米構(gòu)造好像研制集成電路一樣。會(huì)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(wú)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(tái)并不屬于納米安裝，這些微型無(wú)人機(jī)必將從納米技術(shù)中受害。然而，國(guó)防高級(jí)研討工程局Defense

10、Advanced Research Projects Agency 縮寫(xiě)為DARPA與工業(yè)部門(mén)正在努力于新一代納米無(wú)人機(jī)nano-UAVs縮寫(xiě)為NAV，這些納米無(wú)人機(jī)只需昆蟲(chóng)大小。其中有一種被稱(chēng)為撲翼飛機(jī)， 實(shí)踐上運(yùn)用了昆蟲(chóng)的翅膀。其他一些納米無(wú)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(bào)告中，斯瓦班達(dá)博士空軍研討實(shí)驗(yàn)室空中平臺(tái)委員會(huì)研討控制論的科學(xué)家引見(jiàn)了微型無(wú)人機(jī)的研討目的與價(jià)值，這些微型無(wú)人機(jī)不容易被 發(fā)現(xiàn)，具有致命性，廉價(jià)，可以快速反響，可以繼續(xù)作戰(zhàn)，機(jī)動(dòng)性好?！白畲蟮募s束，也是最大的挑戰(zhàn)是無(wú)人機(jī)的推進(jìn)安裝，需求尋覓將更多能量集中到越來(lái)

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

12、utonomous Robots and Mobile Sensors 縮寫(xiě)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(zhuān)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(jiàn)中這樣寫(xiě)道：“我們的團(tuán)隊(duì)對(duì)這樣的問(wèn)題感興趣，大量自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的無(wú)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(lái)呼應(yīng)高層的管理指揮嗎？在沒(méi)有明確的指點(diǎn)，成員之間交流較少，成員之間能夠動(dòng)態(tài)地變換角色的情況下，這樣的群可以在敵對(duì)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(niǎo)群、魚(yú)群中，學(xué)會(huì)如何組織無(wú)人機(jī)嗎？對(duì)于生物群來(lái)說(shuō)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(dòng)到單個(gè)個(gè)體的動(dòng)態(tài)性嗎？全美國(guó)，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(méi)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(wàn)美圓。核酸機(jī)器人nucleic acid robots 縮寫(xiě)為Nubots合成的納米級(jí)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(duì)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(pán)旋、爬行、騰躍、步行的機(jī)器人，

14、也許從蛇的動(dòng)搖來(lái)挪動(dòng)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(dòng)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(duì)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(guó)與蘇聯(lián)在空間領(lǐng)域展開(kāi)的競(jìng)爭(zhēng)加速了計(jì)算機(jī)、微波、陶瓷等技術(shù)的開(kāi)展，同樣全球?qū){米技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)極大地推進(jìn)納米技術(shù)的開(kāi)展。尤其是美國(guó)工業(yè)界早已行動(dòng)起來(lái)，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(lái)開(kāi)發(fā)新的納米技術(shù)；金融部門(mén)

15、正在對(duì)這些納米技術(shù)研討進(jìn)展戰(zhàn)略性投資，希望從未來(lái)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(zhuān)利，他會(huì)看到一百萬(wàn)條結(jié)果，這從一個(gè)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(dòng)了藥物動(dòng)力學(xué)pharmacokinetics，研討身體對(duì)藥物的反響與藥效學(xué)pharmacodynamics，研討藥 物對(duì)身體的反響的本質(zhì)。在未來(lái)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(lái)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(guò)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(jí)的療法可以快速處置戰(zhàn)場(chǎng)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(wèn)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(gè)最大問(wèn)題是在義務(wù)繼續(xù)時(shí)間存在不確定性的時(shí)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(jí)電容器。根據(jù)工程擔(dān)任人波爾詹Bor Jang的說(shuō)法，該設(shè)備儲(chǔ)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(shí)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(chǎng)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(tái)，根據(jù)天氣變化變得多孔不透氣或者少孔不透氣來(lái)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(chǔ)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(chóng)大小的無(wú)人機(jī)/無(wú)人地面車(chē)，以及數(shù)據(jù)交融，可以為戰(zhàn)士提供實(shí)時(shí)的對(duì)義務(wù)勝利與人員生存都非常重要 的態(tài)勢(shì)感知。同時(shí)，國(guó)防高級(jí)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(lái)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(lèi)擁有千億個(gè)神經(jīng)元和百萬(wàn)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(jí)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(lèi)似性，記憶器對(duì)于國(guó)防部高級(jí)研討工程局的一個(gè)用芯片模擬 大腦中神經(jīng)元處置信息的工程非常重要。國(guó)防部高級(jí)研討工程局的另一個(gè)工程主要是設(shè)計(jì)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(jì)算才干，有望實(shí)現(xiàn)人工智能。雖然如此，國(guó)防部高級(jí)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%。