Obor: Bezpečnostní a strategická studia



Yüklə 0,97 Mb.
səhifə8/22
tarix03.05.2018
ölçüsü0,97 Mb.
#40996
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   22

4.6.2Zdravotnictví


Je nasnadě, že je vojenská medicína s případy těžkých násilných poranění, mentální zátěže a nemocí, které vojákům hrozí při nasazení, oblastí, na jejíž rozvoj je kladen nemalý důraz. Právě nanotechnologie jsou z hlediska kombinace nízké invazivity a vysoké reaktivity ideálními prostředky pro výrazné zkvalitnění služeb ve zdravotnictví, kterému Altmann (2006: 105) přisuzuje status oblasti, v níž se vojenský vývoj nebude podstatně odchylovat od civilního.

Nanotechnologii a syntetickou biologii pro vojenské zdravotnictví má na starosti především Institute for soldiers nanotechnology16, jehož aktivity pokrývají řešení nedostatečně rozvinutých problematických oblastí. Vývoj nanotechnologií pro účely vojenského zdravotnictví je spojen s řadou pasivních i aktivních nanostruktur. Z první skupiny lze předeslat široké uplatnění především pro vlastnost některých nanopovrchů a spřízněných roztoků působit antimikrobiálně (ISN 2014b).

Jednou z prioritních oblastí, na které ISN v tomto ohledu pracuje, je vývoj Krycích a obvazových a růstově podpůrných materiálů. Za účelem předcházení časté příčiny úmrtí na bojišti, kterou je hemorrhagický šok, způsobený poruchou funkcí organismu při ztrátě velkého množství krve, jsou vyvíjeny biomimetické nanogely, které zastaví krvácení a zároveň urychlí regeneraci zasažené tkáně. Je zvažováno řešení na bázi uměle vytvořených polymerových hydrogelů, napodobujících vlastnosti prostředí uvnitř organismu, umožňující do zmíněného materiálu včlenit látky, podporující růst buněk. Plánované vlastnosti tohoto nanogelu umožní organismu, aby jej vstřebal bez nutnosti dodatečného odstraňování a dostatečnou odolnost vůči tlaku, který může oběhová soustava na místo krvácení vytvořit (ISN 2014j).

Armádě je zapotřebí i skladný a snadno aplikovatelný obkladový materiál, který krom prevence ztráty přílišného množství krve bude sloužit i k zamezení infekce. Kvalita hojení ran se výrazně odvíjí komplikací jako vznik sepse či nadměrné tvorby fibrózní tkáně, které mohou zabránit plnému uzdravení a vést k deformacím, snížené hybnosti nebo i smrti vojáka. ISN zkoumá za tímto účelem možnosti užití samosestavovacích nanovrstev, které budou zastavovat krvácení a vylučovat antiinfekční prostředky. I zde je plánováno zužitkovat polymery (peptidy), samočinně se organizující nejprve do formy nanovláken, vytvářejících při kontaktu s vlhkostí hydrogel efektivně zastavující krvácení.

Obdobného postupu bude využíváno při tvorbě obvazového materiálu a post-chirurgických vstřebatelných nanostruktur, které mohou napomáhat procesu dlouhodobé rekonvalescence dodáváním prostředků napomáhajícím hojení, a uměle vytvořených nanomateriálů, jenž při stanoveném impulsu (určitého pásma infračerveného záření apod.) povlak rozruší nebo spustí další reakci, jako uvolnění určitého léku – např. antiinflamatorika (ISN 2014k). S využitím popsaného procesu nanostruktur, aplikovaných do místa poranění za účelem rychlejšího uzdravení je počítáno i ve formě vysoce porézních struktur, sloužící jako konstrukce (tzv. scaffolds) pro přichycení, organických částic. Tímto způsobem je možno urychlovat růst tkání a posilovat reparativní procesy nervů, kostí a svalů v případech, kdy voják utrpí vážné zranění, které do nich zasahuje (AFIRM 2012: II- 35, 48).

Řada aplikačních možností v oblasti medicíny zahrnuje inovativní postupy využívající vkládání nanočástic do organismu jako senzory, přenašeče léků nebo stimulanty, disponující vyšší selektivitou, využitelné vůči nemocem či dalším zdravotním komplikacím, které dosud není možné adresovat z hlediska jejich povahy, nebo místa výskytu v lidském těle (Allhoff et al 2010: 175). ISN se v tomto ohledu zabývá vývojem alternativních strategií pro léčbu poranění v podobně nanočástic a nanoorganismů jako jsou bakteriofágy, pro boj s mikroorganismy, rezistentními vůči antibiotikům, které se hromadí v místech poranění. Stejná iniciativa si klade za cíl i produkci nanočástic, které budou vnikat do buněk a dodávat jim proteiny bránící vzniku zánětu (ISN 2014l). O řád výše na stupnici sofistikovanosti je také program „In vivo nanoplatforms“ pod patronátem DARPA, který si klade za cíl zvýšit selektivitu při léčbě s pomocí uměle designovaných biologických částic (DARPA 2013: 196).

Nanočástice mohou snižovat zajizvení ošetřené tkáně (AFIRM 2012: IV-14-16) a zlepšení invazivních možností, se kterým jsou spojovány, se plánuje zužitkovat také u dlouhodobějších zdravotních komplikací, týkajících se nervové soustavy. Požadovány jsou zejména stabilizace a opravy nervové tkáně po poraněních mozku, projevujících se jako post traumatická epilepsie nebo chronická traumatická encefalopatie. V zásadě jsou k tomuto účelu zvažovány kombinace zařízení schopných souběžné chemické a elektrické stimulace nervových tkání a dodáváni syntetických lipidových nanočástic, které budou dodávat medikamenty a vyživovat okolní tkáň způsobem, jaký dosud nebyl realizovatelný (ISN 2014m).

V ohledu léčiv se s nanotechnologiemi spjaté postupy vyjma dávkování také ukazují jako prostředek pro dlouhodobou konzervaci léků uchovávaných ve vysušené formě s možností rychlé rehydratace. Takto připravené látky nevyžadují žádné podchlazení a spolu s prostředky umožňujícími jejich aplikaci budou zabírat mnohem méně prostoru a díky své trvalosti usnadní s nimi spojenou logistiku (ISN 2014n).

V oblasti monitorovací a diagnostické techniky je v prvé řadě příslibem zlepšení pokročilá technologie a miniaturizace běžně užívaného vybavení, které je často kvůli rozměrům v řadě podmínek na bojišti nepoužitelné. Do vysoké míry se na možnostech rekonvalescence projeví i úroveň znalostí o vlivech různých poranění. Samostatnou oblastí je vyhodnocování aktuálního stavu, jež by mělo zajišťovat již oblečení vojáka, o němž je pojednáno v minulé kapitole.

Prostřednictvím začlenění NEMS a MEMS do zdrojů rentgenového záření, je předpokládáno značné snížení jejich velikosti, váhy a energetických požadavků, umožňujících zvýšenou kvalitu snímání. Využití se nabízí mimo jiné v pokročilejší diagnostice zranění měkkých tkání a cév v případech vnitřních poranění (DARPA 2013: 19). Diagnostiku usnadní také pokroky u metod odběrů a analýzy vzorků, například v kontextu s vyhodnocováním funkce imunitního systému (ISN 2014a) a biosenzorika, umožňující buněčné označování a monitoring pomocí začleněných kvantových teček, uhlíkových nanotrubic a dalších vytvořených částic. Kromě nízké invazivity se tyto prostředky budou podílet na značném nárůstu citlivosti vůči detekci a minimalizaci vzorku, potřebného k výsledkům (DARPA 2013: 196, NRL 2013a, Gardner 2014). Příkladem senzorů, uváděných v kontextu s využitím ve zdravotnictví, jsou laboratoře na čipu (lab on a chip). Jedná se o elektromechanické systémy, schopné pomocí cirkulace nepatrného množství tekutého média určovat fyzický stav uživatele (DARPA 2013: 221).

Poměrně specifickou oblastí je s robotikou spojená protetika, která vychází ze snahy co možná nejefektivněji kompenzovat náhražkami chybějící nebo nefunkční části lidského těla. Nanotechnologie mohou těmto systémům poskytnout vlastnosti, které se více přiblíží možnostem zdravého člověka, ale časem není vyloučeno ani jejich vyrovnání nebo překonání. Směrodatnou oblastí z hlediska protetiky je výzkum neurálních rozhraní, umožňujících bezdotykovou interakci mezi lidskou bytostí a umělým systémem, kterým je v tomto případě protéza. Zmíněná technologie, třebaže ne nutně směřující do využití v oblasti medicíny, je vyvíjena i v rámci ARL a několika iniciativ DARPA. Právě druhá zmíněná organizace usiluje v programu RE-NET o zvyšování senzorické citlivosti protetických končetin a možnostech jejich zpětné vazby vůči organismu (DARPA 2014: 63, 66).

Bez povšimnutí nezůstala ani oblast zrakové protetiky. NRL se zabývá možnostmi zlepšení kvality sítnicových implantátů pomocí porézního nanoskla. Tato miniaturní vložená destička má potenciál umožnit na způsob patice mikroprocesoru přemostění mezi biologickou stěnou sítnice a elektronickou strukturou, která bude vysílat impulsy, stimulující tvorbu obrazového vjemu (NRL 2013b).

V oblasti vojenského lékařství je možno pro uplatnění nanotechnologií spatřovat velký potenciál v časových horizontech od aktuálních zásahů, jejichž provedení může podstatně snížit úmrtnost vojáků, přes zkrácení doby rekonvalescence a mírnění komplikací při léčbě, až po intervence se značným časovým odstupem, vztahující se na válečné veterány, kterým utrpěná zranění snižují kvalitu života. Tyto problémy bude možno lépe adresovat pomocí rozšířených reparativních technik nebo pokročilou protetikou. V podstatě se jedná o široké pole diagnostických, simulačních a stabilizačních technik, které budou umožňovat vysokovýkonné počítače, miniaturizace zdravotního vybavení jako zdroje rentgenového záření, a nově vyvinuté materiály pro mírnění účinků zranění v často provizorních bojových podmínkách. Nanotechnologie zpřístupní i řadu nových léčiv, metod jejich podávání a možností uskladnění. V neposlední řadě též poskytne lepší vhled do podstaty a příčin fenoménů souvisejících s nemocemi a širokou škálou utrpěných zranění.

4.6.3Pohybové platformy


Zásadní kvalitativní změny, které budou nanotechnologie přinášet této kategorii na nejvíce obecné rovině, jsou konstrukční inovace umožněné snižováním hmotnosti s využitím převážně kompozitních alternativ k majoritně používané oceli (U. S. Army 2010) a související posílení, či rozšíření mechanických vlastností díky dokonalejším výrobním technikám a začlenění pokročilých inteligentních materiálů, jako jsou slitiny s tvarovou pamětí.

Předeslané vlastnosti se budou podílet na dosahování vyšší rychlosti, stability a manévrovatelnosti, spolu s umenšením energetických nároků; příkladem mohou být návrhy subtilnějších a delších křídel u podzvukových letadel, omezovaných nedostatečnými kvalitami konvenčních materiálů (Implications of emerging micro- and nanotechnologies 2002: 107). Celkově z těchto principů nejvíce vytěží vodní a vzdušné prostředky, kterým inovace, plynoucí z lepšího pochopení dynamiky tekutin umožní ideální odpor při pohybu a pokročilejší design částí pohonných systémů, jež s okolním prostředím interagují (vrtule, turbíny, lodní šrouby). Vyjma pohybové efektivity tak například půjde snižovat míru hluku a vibrací, limitujících například možnosti prostředků typu VTOL, nebo účinněji adresovat jev kavitace ve vodním prostředí.

Možnosti uvedených komponentů a povrchů jako takových nekončí u dosažení strukturálně nejpříznivější morfologie, ale zahrnují prostřednictvím aktivních nanostruktur jako MEMS dosažitelné aerodynamické modifikace, schopné selektivně zvyšovat a snižovat odpor, kladený okolnímu mediu. To otevírá cestu k negaci jemu vlastních nedostatků, jako sklon ke tvorbě turbulencí a dosažitelnosti vysokých manévrovacích schopností i bez klasických ovládacích prvků jako směrová kormidla (ARL 2012: 51, 77, Implications of emerging micro- and nanotechnologies 2002: 114-117). Dalším zvýhodněním, které se dá univerzálně přiřknout pohybovým prostředkům, jsou dokonalejší technologie získávání a uskladňování energie, které řada nanotechnologických vylepšení dodá palivům, energetickým převodníkům a bateriovým systémům.

Z široké skupiny rozmanitých senzorických prostředků, uplatnitelných v kombinaci s těmito platformami se vydělují zejména senzory včleněné do konstrukce, pro pozdější poskytování spolehlivé diagnostiky stávajícího poškození, a indikace výdrže materiálů na nejkritičtějších místech, jež výrazně omezí poruchovost způsobenou projevem skrytých vad. Příkladem mohou být různé komponenty v leteckém průmyslu, či monitoring výdrže extrémně namáhaných částí jako ložiskové systémy u kosmických raket (Implications of emerging micro- and nanotechnologies 2002: 95, 115-116, Tiwari 2012: 826-827). Při pokrocích v související oblasti samoopravovacích materiálů lze podle Ratnera a Ratnera (2009: 62-63) významně prodlužovat životnost a snižovat rizikovost provozu, což by pro řadu nákladného vojenského vybavení bylo dozajista přínosné.

U řady platforem je možno předjímat hojné využívání úprav snižujících viditelnost, zachytitelnost radarovými systémy a související omezení termálního vyzařování některých kritických prvků17. Kromě maskování je akcentována také oblast obrnění, pro jehož zlepšení se experimentuje s použitím materiálů, složených z nanokrystalických struktur18 a kombinacemi příměsí nanočástic. S použitím různých rozměrů nanopříměsí se asociují rozdílné charakteristiky materiálů a vkládáním částic nestejných velikostí, je možno docílit kombinace ideálních mechanických vlastností pro účely obranných aplikací jako odolnost proti deformacím a rozkládání kinetické energie, vzniklé zásahy projektilů (ISN 2014h). Mezi kompozitními složkami, které jsou s těmito ohledy spojovány, zaujímají přední pozice keramické prvky, slitiny s tvarovou pamětí a uhlíkové částice. V méně tradičním smyslu může být na vlastnostech nanočástic a nanopovrchů, souvisejících s rozptylováním různých druhů záření založena obrana proti budoucím zbraním, pracujícím na principu vyzařování energie.

Zejména pro prostředky s lidskou posádkou, jako pozemní vozidla, vodní a vzdušné, bojové či přepravní platformy, bude mít uvedená generace nanotechnologií význam při snižování lidských ztrát díky menší zjistitelnosti, předcházení poruch a vyšší odolnosti konstrukce. V kontextu posilování mechanických vlastností se s přispěním nanotechnologií pokládají za realizovatelné průhledné neprůstřelné materiály, nerozptylující díky vnitřní nanostruktuře dopadající světlo. Cílem vývoje jsou v tomto ohledu čiré komponenty, které by měly dosahovat stejné pevnosti jako standardní obrnění (DARPA 2014: 152-154).

V tomto ohledu se patrně pozitivně projeví také aplikace polymerů obohacených o nanokeramické částice, u nichž je prokázáno podstatné snížení hořlavosti bez toxického efektu běžných aditiv zpomalujících hoření, což je v uzavřených prostorech klíčová vlastnost. K vyššímu komfortu posádky přispějí materiály s nanostrukturami, jež dokáží lépe tlumit vibrace a pohlcovat zvuky způsobené pohybem prostředku nebo jeho částí. Nanoprvky mohou posloužit i v podobě komponentů, zajišťujících elektromagnetické stínění kvůli ochraně systémů a pilotů letadel před rušivými vlivy tohoto záření (Savage 2004: 13-14, Tiwari 2012: 826, 829).

Technický vývoj je rovněž zárukou intenzifikace pokroku v oblasti bezposádkových prostředků, pro které je zvláště relevantní možnost miniaturizace nebo úpravy manévrovací rychlosti do míry, která není slučitelná prostorovými nároky a rychlostí reflexů, potažmo odolností proti přetížení u lidského personálu. Je ovšem patrné, že bude zmenšování přece jen omezováno účelem zařízení: například pro útoky na výrazně obrněné cíle bude zapotřebí podmínit velikost dostatku kapacit pro potřebnou munici19 (Altmann a Gubrud 2004: 36).

Kromě snížení energetických nároků se posun limitů očekává především v rovině senzorické výbavy, která bude různým formám dronů navyšovat detekční citlivost a přinese nové možnosti v oblasti navigace, lokalizace a identifikace cílů (ARL 2012: 14, 54, DARPA 2013: 34, tamtéž: 177-178). Širší oblast pokročilé robotiky bude cílit na produkci „inteligentnějších“ autonomních strojů s adaptačními schopnostmi, které se budou učit z vlastních chyb, efektivně spolupracovat mezi sebou i s živými vojáky, a napomáhat k udržování přehledu o bojišti (ARL 2012: 57). Stávající a dosud nevytvořené platformy budou tak patrně s vydatným přispěním nanotechnologií pokračovat v umenšování monopolu vojáka jako primární jednotky k vedení boje.

Na tento trend poukazuje mimo jiné i DARPA Robotics challenge, což je soutěž pro společnosti zabývající se robotikou, zaměřená na návrhy strojů, schopných zastávat co možná nejvíce činností, které v současnosti vykonávají lidé, jako například řízení vozidel, překonávání terénních překážek, manipulace s obslužnými zařízeními a další komplexní úkony (DARPA 2014: 124). Nanotechnologie se ovšem bude bezpochyby podílet i na dalších formách robotických zařízení, sloužících k přenášení nákladů nebo zraněných osob, či plnící funkci bojových prostředků v prostředí s vyšší členitostí terénu. Za tímto účelem je vojenský výzkum směrován na biomimetické postupy, které by umožňovaly napodobovat pohybové funkce končetin nebo křídel (ARL 2012: 59).

Imitace přírodního designu se maximálně zhodnotí u nízkorozměrových robotů, kde se vlivem technologického vývoje otevírají možnosti pro replikaci pohybových a senzorických ústrojí, které poskytují východisko z nemožnosti, spoléhat se v miniaturizovaných podmínkách na konvenční konstrukční řešení. Stejně jako u rozměrnějších automatizovaných prostředků se důsledky týkají intenzifikace možností vyhodnocování pozice v prostoru, dokonalejší detekce objektů v okolí a vyšší pohybové koordinace, biomimeticky založené modely propriocepce a složitého víceosého pohybu křídel, které umožní efektivní manévrování a adopci složitých forem kolektivního chování při interakci v rojích (AFOSR 2013b, Smith et al. 2012: 20).

V současné době je pohyb experimentálních robotizovaných prostředků s miniaturními končetinami a křídly realizován pomocí MEMS, používajících, slitiny s tvarovou pamětí a elektrostatických, elektromagnetických, termálních, či momentálně favorizovaných piezoelektrických aktuátorů, kde vlákna reagují pohybem na přivedenou elektrickou energii (Edamana et al. 2011: 32). Pomýšleno je ale i na alternativní formy senzorů, napodobujících složené oči hmyzu, schopné orientovat se podle polarizovaného světla a kombinace nanočástic coby obdob brv a hmatových vousků zvířat, schopných díky dostatečné citlivosti zvyšovat povědomí o okolním prostoru a fungovat jako čidla inerciální navigace (Smith et al. 2012: 20, Yaris 2014, AFOSR 2013b). Agilita a pohybové možnosti obecně se robotům budou zvyšovat, například nelétajícím strojům umožní přilnavé nanovýběžky, využívajících Van der Waalsových sil překonávat vertikální povrchy (DARPA 2013: 154-155), ale s postupně se zvyšující konstrukční dovedností bude možné napodobovat mnohem více způsobů pohybu známých z živočišné říše, které se budou vztahovat na vodní, pozemní i vzdušné prostředky.

Možnou alternativou, obcházející vysoké nároky spojené s kopírováním pohybových ústrojí pro potřeby menších robotů a komplikace s jejich napájením, je zavedení elektroniky do nervových center drobných zvířat a jejich následného užívání jako řiditelných prostředků například za účelem získávání informací (Altmann a Gubrud 2004: 36).

Krom rozváděných možností bude zásadním znakem aplikace uvedených technologií snižování ztrát na životech. Primárně se jedná se o lepší ochranu poskytnutou sníženou viditelností, vyšší spolehlivostí a možnostmi obrnění u prostředků, kterých se týká interakce s lidským personálem. Nelze zanedbat ani ohled zvyšujícíh se možností nahrazování osob v bojových operacích. Podle předpokladů se s budoucími robotickými prostředky váže mnohem větší míra využitelnosti a při nasazení budou moci vojákům významně pomáhat, nebo, jak bylo uvedeno, otevřou možnosti k distančnějším způsobům vedení boje.


4.6.4Výzbroj


Veškeré zbraňové prostředky mohou teoreticky těžit z pasivních nanostruktur, rozšiřujících možností designu na základní materiální úrovni. Projevy využití nanokompozitů a dalších nanomateriálů čítají snižování hmotnosti nebo požadavků na objem výrobní suroviny, při zachování nebo zvýšení mechanické odolnosti konstrukce. Analogicky s oblečením a dalšími prvky výbavy, bude pomocí nanočástic možné dosahovat nižší detekovatelnosti zbraní a zbraňových systémů v infračerveném i viditelném spektru (Simonis a Schilthuizen 2006: 41).

V oblasti konvenčních zbraní se pro uvedené alternativy nachází vysoká využitelnost. U palných zbraní přichází v úvahu zlepšení z hlediska pevnosti a odvádění tepla nejexponovanějších částí jako jsou hlavně a v případě potřeby lze nanočástice využít ke zvýšení hmotnosti munice za účelem umocnění kinetické energie při dopadu, jako případné náhražky environmentálně zatěžujícího ochuzeného uranu. Nanotechnologie mohou zprostředkovat i další úpravy nábojů jako povlaky či strukturální složení, zvyšující jejich průraznost (Williams 2007: 273, Altmann 2006: 86).

Raketám a přízněným systémům se nabízejí palivová nanoaditiva (částice nebo struktury zdokonalující oxidaci), která umožní vyšší rychlost pohybu a/nebo snížení hmotnosti palivové složky za současné zlepšení stability tuhých paliv v podmínkách, ve kterých nemá docházet k aktivaci jejich smíchaných reaktivních komponentů. Princip zvýšené chemické reaktivity může logicky dopomoci také k větší explozivní síle pro zařízení určená k detonaci (Altmann 2006: 81-82, Implications of emerging micro- and nanotechnologies 2002: 121-122).

Zajímavější inovace jsou spojovány s případnou adopcí aktivních nanostruktur. Pro palné zbraně je možností uplatnění inteligentních materiálů s lepší schopností tlumení vibrací při výstřelu, což jím ve výsledku přidá na přesnosti. Takové vlastnosti budou benefitem například i pro oblast dálkově ovládaných stacionárních střelných zbraní (Simonis a Schilthuizen 2006: 54). Pokročilejším konceptem využití je integrace MEMS/NEMS do konstrukce, které otevře možnost různé druhy zbraní a munice dálkově monitorovat, a případně omezovat jejich funkčnost (Daniel 2013).

Pokroky v porozumění aerodynamických a hydrodynamických fenoménů v kombinaci se začleněním inteligentních materiálů a MEMS/NEMS umožní podobně jako ostatním pohybovým platformám ovlivňovat strukturu povrchů a využívat změn dynamiky v kontaktu s okolním prostředím. S přispěním těchto principů a zařízení se zřejmě projeví ve zlepšení ovladatelnosti raket nebo v možnosti korekce směru letu u ostatních projektilů (ARL 2012: 78), které bude umocněno také dokonalejšími navigačními systémy, podstupujícími intenzivnější miniaturizaci (DARPA 2013: 177-178). Jak uvádí Jha (2008: 11), již v současné době je prvků jako MEMS a nanoelektroniky v navigaci raketových střel hojně využíváno.

Navržené aplikace nanotechnologií v prvé řadě pomáhají zlepšovat odolnost materiálů, z čehož plynou charakteristiky jako zvyšování rychlosti nenaváděných projektilů, a design, schopný způsobovat zasaženým cílům více škody. Naváděné prostředky budou díky pokrokům v pohybových a detekčních schopnostech mnohem efektivnější v ohledech letality a selektivity cílů. Altmann (2006: 87) rovněž shledává potenciál v miniaturizaci naváděných raketových systémů až do míry velikosti nábojů ručních palných zbraní.

Ještě významnější přínosy lze očekávat v oblasti nekonvenční výzbroje, jako jsou vysoce výkonné laserové systémy (lepší možnosti chlazení, supravodivé materiály a prvky emitující, popřípadě upravující záření, jako nanostrukturovaná průsvitná keramika) nebo zbraně typu rail gun, u kterých mohou příměsi nanoobjektů bránit rychlému opotřebení kritických součástí a přispívat k navyšování účinnosti použitých magnetů (síla magnetismu je podmíněna poměrem hmoty a povrchu částic, které magnet obsahuje), jak podotýká Williams (2007: 273). Nově dostupné energetické materiály jako vysoce výkonné kondenzátory a baterie jsou klíčové také pro odvětví primárně neletálních elektromagnetických pulzních zbraní. Nanotechnologie zároveň překonává existující bariéry pro zmenšení mikrovlnných, radiofrekvenčních, akustických a dalších směrově orientovanou energii vyzařujících zbraňových systémů do podoby, kdy budou velikostně použitelné jako osobní vybavení jednotlivých vojáků (Altmann 2006: 87, DARPA 2013: 158). To znamená zvýšení šancí pro jejich širší praktické využití v boji, aniž by bylo potřeba nějaké větší platformy, která by je zásobovala energií.

Nanotechnologie nejsou bez potenciálu ani v oblasti zbraní hromadného ničení, jejichž stávajícím formám mohou přidávat na účinnosti nebo je s jejich pomocí možno vytvářet nové druhy jaderných, biologických a chemických ZHN. Již zmiňovaná vyšší chemická reaktivita, se kterou jsou nanočástice spojovány, z nich činí ideální příměs do výbušných zařízení, kterým dovoluje větší účinnost výsledné exploze při nižším objemu použité výbušniny. Zmíněná vlastnost je v modifikovaných formách využitelná při omezení množství sekundárního štěpného materiálu, produkujícího potřebný tlak a teplotu pro spuštění reakce u fúzních jaderných zbraní (Altmann 2006: 98). Nelze ovšem vyloučit přispění k výrobě čistě fúzních zbraní, které, jak podotýká Visingr (2010: 97), spojují sílu atomové zbraně s minimálním radioaktivním zamořením. Z fyzikálního hlediska neexistuje žádná překážka ani k využití iniciátorů jaderné fůze v podobě extrémně silných laserů nebo částic antihmoty (Altmann 2006: 100-101). V neposlední řadě by byla velikostí částic v řádu nanometrů jako rozptylovaného materiálu z hlediska ztíženého zachycování, detekce a vyšší míry penetrace organismu umocněna působnost radiologických zbraní.

U chemických zbraní leží těžiště uplatnění nanotechnologií především ve vývoji nových chemických látek a možností jejich distribuce včetně zvýšené selektivity v působení na jednotlivé orgány, genové struktury či proteiny. Lze předpokládat i možné užití známé vlastnosti nanočástic, pronikat přes pojistné mechanismy organismu do mozku. Od popisovaného využití se příliš neodchylují ani možnosti uplatnění u biologických zbraní. Nanotechnologie jsou vedle biotechnologií schopny podílet se na produkci mikroorganismů s žádoucím způsobem upravenými vlastnostmi, jako rychlost působení, nakažlivost, doba latentní fáze a odolnost vůči různým vlivům a vyšší selektivitě prostředku vůči osobám a částem organismu (tamtéž: 101-103). V neposlední řadě nanotechnologie dokážou jak zvyšovat, tak snižovat odhalitelnost těchto prostředků. Zatímco jejich použití otevírá cestu k vylepšování biologických a chemických senzorů, na druhou stranu může s nanotechnologiemi propůjčenou vyšší efektivitou postačovat mnohem méně aktivní látky (Allhoff et al. 2010: 175).

4.6.5Nanoelektronika a příbuzné systémy


Klasická forma elektroniky je, i přes adopci řady nanokomponentů při pokračující miniaturizaci za současných požadavků na zachování, či dokonce zlepšení funkčnosti, na hranici svých možností. Příklady, na kterých lze problémy demonstrovat jsou zejména limity konvenčních polovodičů, nebo nedostatky elektrického proudu jako média, které je v nepatrných rozměrech zdrojem interferencí a nadměrné spotřeby energie, spojené s intenzivním zahříváním (DARPA 2013: 171, Popovic a Snyder 2013).

Značné úsilí je proto věnováno vývoji a produkci alternativ, kterými jsou molekulární elektronika, bioelektronika a kvantové systémy, reprezentované zejména nano optoelektronikou, magnetoelektronikou a spintronikou. Dvojice posledních jmenovaných je přitom asociována s různými stupni využití elektronového spinu (Martinez-Duart et al. 2006: 6). Nanoprvky, jako nedílná součást těchto odvětví, mohou přispět miniaturizací polovodičových součástek, vyššími dosažitelnými frekvencemi a větším vlnovým rozsahem pro přenos informací.

Na nanotechnologie ve spojení s elektronikou nelze zdaleka pohlížet jen optikou navyšování výkonu a miniaturizace. Rozmanité spřízněné technologie mohou zajistit také vyšší životnost a odolnost proti nepříznivým okolním vlivům, jak naznačuje vývoj samoopravovacích elektronických prvků, možností lepšího odvádění tepla, potažmo zcela rozdílné principy bioelektroniky, jejíž funkčnost není omezena ani i v humidním prostředí a není vyloučena její potenciální adaptabilita na různé podmínky a schopnosti samočinné opravy (DARPA 2013: 189, Implications of emerging micro- and nanotechnologies 2002: 101, Popovic a Snyder 2013). Evoluce je patrná také se začínající tendencí umožňovat elektronice a příbuzným systémům ohebnost a rezistenci vůči dalším fyzickým deformacím (Ambrosiano 2014, Leys 2014). V podobné roli fungují i různé druhy polovodivých vláken, začlenitelných s širokou mírou uplatnění do tkanin (ISN 2014e).

Vývoj jednotlivých podoblastí nanoelektroniky probíhá souběžně a široké možnosti uplatnění nanotechnologií lze rozřadit přibližně do třech skupin. První je postupné zhodnocování a evoluce standardních komponentů a systémů, stojících na využití elektrického náboje a jeho převodu na světelný signál coby komunikační medium (mikro/optoelektronika). Do takto vytčené kategorie by v základu spadaly jednotky jako stávající polovodiče, jejich specializované formy jako směsné polovodičové prvky20, potažmo původně konvenční součástky jako kondenzátory, zkvalitňované uhlíkovými nanotrubicemi kvůli navýšení kapacity. Pokročilejší formou miniaturizace elektroniky, založené na daném principu je zařazování nanotrubic a kvantových teček, plnících úlohu vodičů a polovodičů (Altmann 2006: 72, DARPA 2013: 28, NRL 2013c, 2013d). Jednou z mnoha možností, které elektronickému vybavení přinést uhlíkové nanotrubice, je monitoring strukturální výdrže komponentů, do kterých jsou začleněné, pomocí změn jejich elektrických vlastností (Mishra et al. 2014: 1).

Z perspektivy optoelektroniky se s maximalizací kapacity optických přenosů informací zvyšuje důraz na sofistikovanější formy výroby a zpracování užívaných signálů. Nanokomponenty toto pole saturují zprostředkováním dokonalejších funkcí detekce, generace, filtrování a usnadňování přenosu optických signálů, kterých lze dosáhnout s pomocí polovodičových prvků jako kvantové studny a kvantové tečky coby zdrojů laserů a jiných optickými médii šiřitelných signálů, či v podobě komponentů rozmanitých MEMS (DARPA 2013: 26, DOD 2009: 8, Jha 2008: 32, Martinez-Duart et al. 2006: 253-259).

Druhou rovinou vývoje je prohlubování možností nativně na principu nanotechnologií fungujících soustav, kam spadají různé formy kvantových systémů, u nichž se zúročí snahy o zvyšování odolnosti kvantových prvků proti rušivým vlivům okolního prostředí, a lepšího poznávání kvantových procesů (DARPA 2013: 186-187). I méně rozvinuté oblasti, jako fotonické výpočty mají s předpokladem vytvoření množiny nanokomponentů, schopných komplexních logických operací s užitím čistě optických impulsů (zdroje vysokofrekvenčních signálů, prostředků jejich filtrace a na toto medium specializované logické prvky) do budoucna obrovský potenciál (AFOSR 2013c, ISN 2014o). Značně specifickou oblastí je bioelektronika, která je kvůli velikosti základních funkčních jednotek od nanotechnologií neoddělitelná. Těmi jsou v této oblasti různé druhy původních nebo designovaných enzymů, receptorů, proteinů a struktur jako DNA, zastávající funkce, analogické elektronickým prvkům s mimořádně širokým realizačním potenciálem v konstrukčních, katalytických, senzorických a výpočetních oblastech (Katz a Willner 2005: 1-4).

Protože zmiňované směry nelze prozatím v praxi vnímat jako výlučné kategorie, ale spíše jako komplementy konvenčních elektronických systémů, je zapotřebí komponentů sloužících pro šíření signálů mezi jednotlivými platformami. Vyjma již zmiňované optoelektroniky s tím souvisí využití nanotechnologií jako mezičlánku vůči elektrickým vlastnostem bioelektroniky, magnetoelektroniky a běžnými obvody. V potaz pro tyto účely připadají rozmanité převodníky a další prvky, vytvářející, zpracovávající a šířící používané signály (ARL 2012: 93-94, Altmann 2006: 72). Nanotechnologie mohou také přispívat k nahrazování spojovacích částí v rámci koherentních soustav (např. kombinací různorodých polovodičů), které bývají slabinou celkového výkonu daného systému nebo v podobě různých nanočástic s možným využitím při vyrovnávání refrakčních indexů na přechodech mezi jednotlivými druhy optických prvků (NRL 2013e, Savage 2004: 8).

Z hlediska koncových oblastí budou pokroky v nanoelektronice zásadní pro výpočetní systémy a jejich součásti, od kterých je pro vojenské aplikace očekáváno radikální zlepšení v efektivitě energetické náročnosti a/nebo v ohledu výpočetního výkonu (DARPA 2013: 237). Z hlediska komponentů přinesou uvedené technologie vylepšení pro součásti jako procesory, harddisky nebo paměti, které budou nahrazovány efektivnějšími (kapacita pro uchovávání informací, přístupová rychlost) a více spolehlivými produkty, mezi nimiž budou figurovat i biologické, magnetické a holografické paměťové prvky (DARPA 2013: 22-23, Implications of emerging micro- and nanotechnologies 2002: 61-64).

Lze se domnívat, že pro elektroniku příznačná miniaturizace postupně dovolí dosahování výkonu, spojovaného se schopnostmi dnešních superpočítačů, strukturám o nepatrných rozměrech a integraci více druhů technologií do přenosných kompaktních celků. S vysokou pravděpodobností také umožní včleňovat jednotlivé čipy do více částí vybavení a poskytovat jejich prostřednictvím vyhodnocovací a komunikační kapacity, spojené s vyšší efektivitou taktiky, operačního umění a logistických procesů spolu s novými metodami zpracování obrazových a signálních dat (Altmann 2006: 74, DARPA 2013: 28, 225, Simonis a Schilthuizen 2006: 43), které budou v důsledku znamenat mnohem menší úroveň „frikce“, s níž se bude systematizovaná činnost vojenských útvarů střetávat.

Další širší dopady zpracování větších objemů dat budou pozorovatelné také při zlepšení koordinaci pohybových úkonů robotů, dokonalejších elektronických překladačích, zvýšení bezpečnosti komunikačních kanálů nebo pokrocích ve farmaceutickém vývoji (ARL 2012: 104-105, DARPA 2013: 186-187). Slibnými oblastmi jsou nepochybně i kryptografie, inovativní data miningové aplikace s příkladem odhadování socio-kognitivních rozměrů v textových formách sdělení nebo vyhodnocováni kombinací nesourodých datových vstupů. Ovlivněny budou také komplexní skupiny simulací včetně chování nepřátel, vlastností různých druhů prostředí a materiálů v širokém spektru podmínek, či účinků a designových možností ZHN. Důležitost nelze upřít ani modelům, které umožní co nejvyšší efektivitu zhodnocením potenciálních přínosů nových technologií, vůči nákladům, s nimi spojeným (Altmann 2006: 99, ARL 2012: 54).

Vliv uvedených prvků a jejich systémů významně zasáhne také oblast komunikačních a radarových systémů, ve kterých se projeví kvalita příjmu signálu s využitím vysokých frekvenčních rozsahů, které nanotechnologie umožní novými komponenty - produkty sofistikovanějších výrobních technik, a vyšší mírou poznání dějů v nanorozměrech. Pomocí nanotechnologií tedy bude možno lépe vyhovět současným nárokům na zvládání datových toků ze zvyšujícího se množství používaných platforem užívajících optických, radiových a mikrovlnných a dalších signálů (Implications of emerging micro- and nanotechnologies 2002: 64-65, Campbell et al. 2011).

Jmenovitě budou zaznamenávány účinky zařazování miniaturizovaných prvků v podobě materiálů pro optické a radiofrekvenční aplikace ve smyslu výše uvedených optoelektronických komponentů, tedy výkonnějších zdrojů různorodých signálů, rozmanitých filtrů, zesilovačů, směšovačů a dalších prostředků k jejich zpracovávání (ARL 2012: 15-16, Jha 2008: 34, NRL 2013f). Ze systémové úrovně lze pozorovat zvyšující se význam MEMS, a jak podotýká Jha (2008: 5), dá se obecně říci, že se bez jejich začlenění neobejde žádná komunikační technologie, jejíž frekvenční rozsah překračuje 50 GHz.

V důsledku bude významně ovlivněna podoba antén a přijímacích aparátů, které díky využití materiálů, jako substrát uhlíkových nanotrubic nabudou na citlivosti a frekvenční flexibilitě pro příjem více druhů signálu, při současném snížení rozměrů. V těchto vlastnostech může být nápomocná i schopnost tvarových změn v závislosti na signálu a podmínkách, kterou mohou poskytovat inteligentní materiály (ARL 2012: 17, Keller a Zaghloul 2013: 1)

Implications of emerging micro- and nanotechnologies 2002: 108). Konkrétně z uvedených komponentů těží různé formy rozměrově kompaktnějších satelitů, nazývaných podle velikostní třídy nanosatelity, pikosatelity a femtosatelity21 (Implications of emerging micro- and nanotechnologies 2002:28). Tyto a další jednotky naleznou uplatnění v dokonalejších typech komunikačních architektur, jako mobilních zdrojů signálů či vyhodnocovacích stanovišť, obstarávajících na různých úrovních kompresi, transport, směšování a efektivní redistribuci různých druhů dat, a budou tak přispívat k vyšší efektivitě vojenských aktivit.

Mezi očekávané pokroky se řadí i užívání flexibilnějších, lehčích a méně energeticky náročných forem zobrazovací techniky (Altmann 2006: 74). Do této oblasti spadají již současné OLED displeje, ale do budoucna se počítá i s pokročilejšími formami s využitelností různých forem organických a anorganických kvantových teček jako prostředku, pro další snižování energetické náročnosti a kvalitnější zobrazování barev (ISN 2014p). Podobné možnosti jsou spojovány i s dalším tradičním nanoprvkem, kterými jsou uhlíkové nanotrubice (Implications of emerging micro- and nanotechnologies 2002: 47).

4.6.6Senzorika


Pro vojenské účely je jako částečná podoblast elektroniky velmi důležitým odvětvím senzorika. Jak uvádí ARL (2012: 95), armádě je zapotřebí co možná největší přehled o situaci v maximální šíři prostředí a podmínek, s hlavním zaměřením do oblastí detekce osob, vojenské techniky, zbraní, chemických a biologických hrozeb, pohybu a výbušných zařízení.

V této disciplíně je užívání nanotechnologií charakteristické ještě větší mírou paralelizace a odlišných technických řešení, která mohou vést ke stejnému cíli, než u oblasti elektroniky. Zjednodušeně vyjádřeno stojí za obrovským potenciálem, který nanotechnologie pro senzoriku představují, jejich unikátní elektrické, elektrochemické, optické a další reaktivní vlastnosti, spojené s vysokým poměrem povrchu nanočástic vůči jejich objemu, což umožňuje snadnější vybuditelnost různými podněty (Pradeep 2008: 285). S vyšší citlivostí jsou spojeny také snížené nároky na spotřebu energie, nižší rozměry a dostupné integrační možnosti různých čidel.

Ačkoliv je těžké v natolik nesourodé skupině zobecňovat, v zásadě lze vklad nanotechnologií do vojenské sensoriky promítnout do matice, obsahující dvě základní formy senzorů a dvě nejširší kategorie jejich koncového využití. Nejužívanějším typem provedení jsou prostředky, založené na interakci s elektrickou energií coby indikátoru vstupního podnětu, nebo role dalšího media v posloupnosti převodu vstupu na cílovou měřenou veličinu. Druhou větví význačnějších, s nanotechnologiemi spjatých řešení jsou optické senzory22. U nich je využíváno především spektrálních emisí, jejichž tvorbu mohou nanoprvky umocňovat v kontaktu s molekulami látek, jejichž detekce je zamýšlena. Výsledná luminiscence je následně analyzovatelná citlivým spektroskopickým vybavením. K různým účelům jsou využitelné i další optické fenomény, jako je interferometrie, polarometrie, nebo fázový posun (ARL 2012: 30, AFOSR 2013b, Pradeep 2008: 289-294, Udd 2008: 2-4). Konkrétní podoba nanoprvků se může pohybovat od polovodičů a dalších druhů reaktivních částic, sloužících buď k samotnému měření, nebo umocňující reakci jiné substance a coby zdroje vysílaných optických signálů.

Z hlediska uplatnění, jsou první skupinou možných senzorů zařízení, sloužící vyhodnocování fyzikálních podnětů. Ve vojenském vývoji je tato skupina významně zastoupena detektory různých forem elektromagnetického vlnění. Pro využití v oblasti fotedetekce jsou zkoumány vlastnosti kvantových teček různého složení (ISN 2014p) a grafenových struktur, které umožňují vysokou citlivost a v závislosti na morfologii také nastavitelnost na odlišné druhy záření ve viditelném i neviditelném spektru (ISN 2014s, Perera a Wijewarnasuriya 2013: 1).

První jmenované nanočástice jsou také považovány za klíč ke zvýšení situačního povědomí s využitím optických jevů při rozkladu odrážejících se paprsků světla a zpětnému určování povrchů, se kterými se střetlo, což umožní zobrazovat objekty, nacházející se v místech, která nejsou přes fyzické překážky viditelná (ISN 2014t). Zachycování fyzikálních vlivů se věnuje i široká skupina funkcionalizovaných tkanin, o níž je referováno v části, věnující se lidskému potenciálu, jenž zpřístupní vyhodnocovací možnosti například v oblasti akustiky, potažmo detekce jiných druhů otřesů pro které jsou zkoumány možnosti feroelektrických vláken (ISN 2014g).

Uvedené kvantové tečky a další nanostruktury jako nanotrubice a grafen jsou jakožto univerzální částice vhodné i pro využití v senzorech pro chemickou a biologickou detekci. V tomto kontextu se jedná o masivní navýšení citlivosti rozpoznávání rizikových látek, jako jsou patogeny v potravinách, výbušniny či chemické a biologické bojové prostředky v širokém spektru podmínek. Uvedené materiály kromě vybuditelnosti nepatrným objemem cílových substancí spojuje také nezvyklá flexibilita v možnostech úprav „na míru“ vůči širokému množství požadovaných látek (ISN: 2014q, 2014r, NRL: 2013g, 2013h, 2013ch). Uhlíkové nanoprvky plánuje využívat také ARL, jenž s jejich pomocí vyvíjí aplikace za účelem detekce nervových plynů (Moloney a Barrera 2013: 1). Zmíněná organizace ale cílí především na optické detektory využívající již zmíněného principu Surfaced-enhanced Raman Scattering (SERS) luminiscence při kontaktu s žádanou substancí (Holthoff a Stratis-Cullum 2010: 1, Farrell et al. 2012: 1).

Zatímco v  podstatě libovolný senzor lze realizovat v podobě nebo za použití MEMS/NEMS, nejzásadnější doménou těchto soustav pro vojenské účely jsou navigační a identifikační systémy, primárně využitelné v satelitní technice, naváděných zbraňových zařízeních a bezposádkových bojových prostředcích. V uvedených mikro elektro-mechanických systémech mohou de facto nalézt uplatnění libovolné nanoprvky. Například formacemi akcelerometrů a gyroskopů v mechanicky založených soustavách, ale principielně se může jednat o řadu odlišných forem v podobě interferometrických, optických, nebo směr a sílu magnetického pole vyhodnocujících magnetometrických systémů. Mezi hlavní oblasti využití se řadí vybavení zprostředkovávající různé druhy inerciálních (vyhodnocování pozice podle sil působících při pohybu prostředku) a neinerciálních (například uváděné optické a magnetometrické systémy) navigací v prostoru, které přesahující možnosti konvenčních technologií závislých na příjmu signálu jako GPS (DARPA 2013: 34, tamtéž: 177-178, Implications of emerging micro- and nanotechnologies 2002: 88-89).

Alternativou technologické větve senzorických prostředků jsou plánované reaktivní systémy, které staví na vlastnostech výstupů oblasti konstruktivní biologie, založených na výzkumu adaptivních a reprodukčních mechanismů biologických celků a zkoumání kvantových fenoménů, které v nich probíhají. Předpokládané přínosy těchto poznatků zahrnují zejména zvyšování odhalitelnosti různých druhů patogenů (DARPA 2013: 4-6). Biomimetika je obecně z hlediska senzoriky dosti perspektivní i mimo oblast biochemické rekognice. Potenciální inspirací může být design dalších senzorických aparátů, přizpůsobitelných na celou škálu myslitelných podnětů. V nejnižším měřítku se v tomto smyslu jedná o nápodobu nebo využívání funkcí buněk a neuronů, ale využitelné jsou i koncepty smyslových orgánů tvorů jako můry (detekce feromonů), pavouci (vnímání vibrací) nebo citu pro teplotní změny, kterým disponují hadi (Implications of emerging micro- and nanotechnologies 2002: 100-101). DARPA například zkoumá funkce magnetoreceptivních proteinů jako vzor pro budoucí kvantové magnetické senzory (DARPA 2013: 6-7).

Příklady rozsáhlých možností, dosažitelných s využitím pokročilé senzoriky, je detekce umístění útočníků podle zvuku výstřelu, zjišťování přítomnosti osob (čidla na feromony nebo oxid uhličitý), odhalování skrytých výbušných zařízení, rozpoznávání pozemních a vzdušných bojových prostředků (například prostřednictvím jejich unikátních zvukových signatur vnímaných jako vibrace) a dalších strategických cílů, jako jsou elektrické rozvody, telefonní sítě, vysílače a jiné důležité objekty (ARL 2012: 52-53, DARPA 2013: 182, Implications of emerging micro- and nanotechnologies 2002: 101-102).

Z realizace těchto předpokladů bude těžit široké spektrum jednotek a prostředků. Již byly naznačeny přínosy pro navigačně/vyhodnocovací systémy, umožňující vysoce účinnou detekci kolizí a naváděcí aparáty pro miniaturizované bezposádkové prostředky, různé druhy naváděné munice a řada do tkanin začlenitelných senzorických vláken. Kromě nich se bude jednat o objemnou množinu dalšího vybavení široké škály pozemních, vzdušných a vodních prostředků jako sonarové detektory, laserové systémy pro monitoring (např. LIDAR), až po výbavu jednotlivých vojáků jako miniaturní přístroje pro multispektrální vidění.

Vývoj ale umožní i řadu dalších bezprecedentních prostředků, kam vedle zmiňovaných laboratoří na čipu spadají rozmanité koncepty kompaktních multisenzorů, kombinující částice s rozdílnou reaktivitou, sloužící k identifikaci širokého spektra nebezpečných látek jak uvádí Tiwari (2012: 827). Zajímavou alternativou využití je rovněž „chytrý prach“, tedy nepatrná senzitivní tělesa, sloužící k distančnímu vyhodnocování vlastností prostředí, kde je fyzická přítomnost riziková (Pradeep 2008: 298).

Jako další evoluční stupeň by bylo možno shledávat budoucí nasazení autonomních a vysoce adaptivních senzorických prostředků, například v podobě skupin nízkorozměrových robotů, kteří budou využíváni k širokospektrálnímu monitoringu prostředí, v jehož rámci budou samočinně volit nejvhodnější druh vzájemné kooperace a nejefektivnější možné způsoby komunikace s velitelskými stanovišti (Implications of emerging micro- and nanotechnologies 2002: 96-98).


4.6.7Uchovávání a transformace energie


V širší perspektivě jsou nanotechnologie v různých formách a funkcích od ryze materiální složky, po úlohu v rozmanitých katalyzačních procesech, využitelné v podstatě ve všech oblastech konverze a uchovávání energie (Zach et al. 2006: 134). Pro vojenské potřeby jsou zkoumány zejména způsoby získávání energie, jejího uchovávání a uplatnění k pohonu dopravních či jiných prostředků nebo napájení vojenské výbavy. Za perspektivní jsou pokládány možnosti nanočástic, zasazovat se o větší energetickou hustotu, rychlejší uvolňování energie a vylepšení stability elektrických zdrojů a různých druhů paliv. Klíčovými výslednými atributy, kterými mohou nanotechnologie přispět, jsou vyšší účinnost a snižování hmotnosti a rozměrů u baterií a palivových článků (Tiwari 2012: 827, Simonis a Schilthuizen 2006: 37).

Efektivita zařízení pro uchovávání energie, jako současných lithium-iontových baterií, značně trpí důsledky elektrochemické a mechanické degradace, která doprovází jejich užívání. Jako jedno z řešení se nabízí začlenění nanočástic do stávajících grafitových náplní, nebo alternativní nano-křemíkové substance, umožňující vylepšení vlastností, jako výdrž a energetická hustota a rychlost nabíjení (Rüegg 2013, PhysOrg: 2014a, 2014b). Vyloučeno není ani zakomponování piezoelektrických materiálů, které budou baterie dobíjet prostřednictvím přijímaných otřesů a deformací (Zyga 2014). Pro vojenské účely je zejména u menších autonomních pohybových platforem, jejichž energetická výdrž je hrubě nedostatečná, relevantní také možnost začlenění systému napájení přímo do jejich konstrukce, a tak navýšit možnou kapacitu a zároveň snížit hmotnost (Bundy et al. 2012: 1).

S oblastí převodu energie, jsou kromě již zmiňovaných funkční/inteligentních tkanin zakomponovatelných do textilních povrchů, spjaty nanotechnologiemi umožněné formy fotočlánků a termočlánků, které budou disponovat menší ztrátovostí (DARPA 2013: 158). Oblast zkvalitnění solárních článků je reprezentována především programy garantovanými ARL. Vyvíjené solární články, s využitím materiálů jako pláty grafenu, nanotrubic, kvantových teček z různých kovů, nanopovlaků nebo látek jako optoelektrické proteiny a jejich vzájemných kombinací se v konverzi energie vyznačují mnohem větší efektivitou, než konvenční systémy (Allen et al. 2008: 1, Karna et al. 2011: 1, Rukshan et al. 2012: 1). V některých případech umožňují i další výhodné vlastnosti, jako je ztráta jinak obvyklé lámavosti nebo průhlednost solárních panelů, stavící je do pozice potenciálně využitelných povlaků skleněných ploch oken, nebo jako součásti flexibilní elektroniky (Boysen 2014, Jha 2008: 353, NRL 2013i, Martin et al. 2012: 1).

Pro palivové články mohou být nanomateriály jako nanotrubice přínosem kvůli jejich zintenzivněným katalyzačním vlastnostem a možnostem uchovávání užívaných energetických medií jako vodík, a tedy dalšímu zefektivnění energetického převodu (NRL 2013j, Zach et al. 2006: 136, Hejl 2014). Vývojové dokumenty naznačují i výzkum biomimetických metod transformace energie, jako je například umělá fotosyntéza (DARPA 2013: 6).

Obě výše uváděné kategorie spojuje možnost využití jako zdrojů energie pro široké spektrum platforem a zařízení. Nanotechnologiemi zhodnocené solární články mohou sloužit jako odolnější a skladnější přenosné konvertory solární energie pro potřeby napájení elektronického vybavení nebo mobilních zdrojů signálu. V kombinaci s výkonnějšími bateriemi se budou podílet i na zajišťování spotřebních nároků zařízení s požadavky na zvýšenou výdrž nebo vysoký odběr energie, jako je satelitní technika a rozmanité druhy autonomních prostředků. Z dokonalejších palivových článků pak mohou těžit energeticky náročnější zařízení, které mají dostatek prostoru jako ponorky, které tohoto zdroje energie používají.

Fyzická zařízení, která převodu energie využívají, jako pohonné jednotky a jejich komponenty (reaktivní, spalovací a elektromotory) rovněž potenciálně prodělají miniaturizaci, snížení hmotnosti a budou mít k dispozici paliva a napájecích složek s vyšší energetickou hustotou. Z hlediska úprav odolnosti využitých materiálů je předpokládatelný také pozitivní vliv na životnost a maximální výkon těchto systémů (Altmann 2006: 79). Konkrétněji kategorii elektromotorů (a dalších systémů založených na elektromagnetické indukci) umožní silnější dostupné magnety vyšší efektivitu a tišší chod (DARPA 2013: 158, Williams 2007: 273).

Velikost standardních pohonných jednotek pro různé druhy zařízení lze s určitými úpravami snižovat do mili až mikro rozměrů, jako například miniaturní turbíny, schopné poměrově vzato dosahovat deseti až sto násobku výkonu vůči systémům normálních velikostí nebo raketové motory s uplatněním MEMS pro vhánění tekutého paliva (Implications of emerging micro- and nanotechnologies 2002: 118, 122). Při minimalizaci pohonných systémů až do nanorozměrů je však již potřeba výrazně upravovat jejich podstatu a omezit se na využití principů, jako je chemická reaktivita nebo mikroorganickým flagellám podobné výběžky, které se v žádoucím směru okolním prostředím doslova provrtávají (Mallouk a Sen 2009: 74-75).

Potenciál ve sféře vojenského uplatnění nalézají mikro a nano pohony především u malých a lehkých platforem na způsob miniaturizované munice, bezposádkových prostředků pro pohyb v zemské atmosféře i ve vesmíru v podobě různé monitorovací, satelitní a protisatelitní techniky. Právě pro zvýšení možností v oblasti zdrojů pohybu satelitů se objevují návrhy elektrických pohonných jednotek, založených na akceleraci plazmonů nebo vodivých nanočástic jako elektrony či ionty (AFOSR 2013a, Liu et al. 2007: 787). Představitelné jsou ale i vysoké počty těchto jednotek, které by kumulací svých účinků byly schopny obstarávat pohon prostředkům libovolné velikosti, a z hlediska sekundární funkce jako možná efektivnější alternativa bateriového napájení některých elektronických systémů prostředků jako letadla v době mimo aktivní činnost. Jak je pro nanotechnologie příznačné, pokrok v oblasti různých druhů pohonů je symbioticky spojen s dokonalejšími bateriemi a palivovými či solárními články (Implications of emerging micro- and nanotechnologies 2002: 119-129).


4.6.8Ostatní možnosti


Nabízí se řada dalších možností, uplatnitelných pro širokou škálu výstroje a zařízení s vyžadovanými vlastnostmi. V tomto smyslu se jeví užitečnými filtrační a katalytické vlastnosti některých nanomateriálů. Například filtry z grafenu, pokročilých netkaných vláken a dalších nanostruktur umožňují upravovat ke spotřebě znečištěnou nebo mořskou vodu, kterou je možné získávat v bojovém prostředí (PhysOrg 2014c, Walker 2013). Filtrovací kapacity jsou znamenitě využitelné i pro zlepšení ochranných vlastností respirátorů u vybavení, jako plynové masky. V oblasti ochrany proti škodlivým látkám ve větším měřítku se hodí vysoké katalyzující a sorbentní schopnosti nanočástic, které mohou být použity k čištění prostředí, výbavy či dopravních prostředků kontaminovaných bojovými látkami (Altmann 2006: 103, Zander et al. 2007), nebo fotokatalytickému rozkladu nečistot, které znesnadňují činnost zařízení jako solární články (PhysOrg 2014d).

Nanotechnologie jsou známy také jako prostředek pro účinnější bránění difuzi. Těchto vlastností je plánováno využít při konzervování potravinových přídělů pro vojáky. NSRDEC zamýšlí využívat k tomuto účelu keramické nanočástice zasazené do polymerového podkladu, která má výrazně zvýšit životnost uchovávaných potravin (NSRDEC 2009). Jedním z možných výsledků již zmíněné schopnosti nanomateriálů bránit kontaktu vnějšího prostředí s uzavřeným obsahem, budou přepravní kontejnery. Bezpečnost a efektivita přepravy jako taková bude vlivem nanotechnologií umocněna lehčími přepravníky, schopnými lépe pohlcovat otřesy, s možným začleněním senzoricko-monitorovacích zařízení, kontrolujícím přepravované látky a materiály (Simonis a Schilthuizen 2006: 35).

Princip difuzních bariér, spjatých zejména s organickými či anorganickými nanopovlaky, patří spolu s přidanými nanokompozity k možným prostředkům ochrany proti fyzikální a chemické degradaci. Kromě klasického uplatnění odolných nanovrstev, schopných chránit povrchy materiálů proti mechanickému opotřebení mohou nanopovlaky zprostředkovat vyšší rezistivitu proti penetraci vlhkosti a dalších korozivních vlivů jako UV záření, nebo některé druhy radiace. Některé protektivní vrstvy mohou zároveň sloužit i jako barva a mít schopnost samočinných oprav. Příjemcem je opět široká skupina pohybových prostředků a jejich komponentů (například povrchy součástek v leteckých motorech) a elektronického vybavení s důrazem na pláště, přicházející do styku se slanou vodou, extrémními teplotami, nebo prostředím mimo zemskou atmosféru (Armed with science 2014, Implications of emerging micro- and nanotechnologies 2002: 103-104, Savage 2004: 11, 14). Vzhledem k tomu, že je v různorodých náročných podmínkách bojového prostředí důležitá odolnost a spolehlivost, jedná se o charakteristiky s nezanedbatelným potenciálem. Specifickou oblastí využití antikorozních účinků jsou zbraně, přičemž je tato vlastnost mimořádně žádána také v oblasti ZHN; především štěpné materiály v jaderných zbraních jsou známy vysokým sklonem k tomuto druhu degradace.

Nanotechnologie mohou sloužit také k manipulaci s frikcí a adhezí, kdy je možné, používat jich v podobě lubrikantů, jako například částice sulfidu wolfraničitého, podílející se na významném snížení tření a případné lepší funkčnosti v extrémních podmínkách (tamtéž: 8). Pro produkci široké skupiny povlakových a lubrikačních látek se přitom předpokládá potenciál ve formě výstupů konstruktivní biologie, napodobující vosky, chránící listy rostlin atp. (DARPA 2013: 42). Na druhou stranu jsou tělesa se speciálními nanopovrchy pokládána za ideální způsob zvyšování přilnavosti, jako již uváděný „gecko“ princip. Tato vlastnost je žádána za účelem rychlého a snadného připevňování výbavy a dalších prvků na povrchy vozidel a ostatních platforem. Zároveň se plánuje, že tyto povrchové vlastnosti půjdou vyrušit určitou definovanou formou snadno vyvolatelného impulsu a v případě potřeby vybavení bez obtíží sejmout (Minnicino a Sands 2011: 1-5).

Další dosud nerozvedenou podoblastí užití nanotechnologií je termální management. V tomto ohledu jsou rovněž široké možnosti, od udržování satelitní techniky bez vrstvy námrazy, například prostřednictvím odporové výhřevnosti grafenových nanostuh (PhysOrg 2013), po využívání vysoké oxidační reaktivity pro rychlé ohřívání instantních vojenských pokrmů (DOD 2009: 9). Stejný princip je za pomoci ultratenké reaktivní nanofolie možno zužitkovat i ve specializovaném vybavení, jako jsou termální baterie užívané v raketách, nukleárních zbraních a dalších systémech, jež se do funkčního režimu dostanou po zahřátí na vysokou teplotu (Poret et al. 2008). Vliv nanoprvků se projeví také v ohledu chlazení elektronických systémů, kterým zlepšení odvodu tepla umožní vyšší výkon, efektivitu a učiní z nich vhodnější nástroje pro řízení a diagnostiku vysoce tepelně zatěžovaných jednotek jako turbíny vzdušných prostředků (DARPA 2013: 223, Implications of emerging micro- and nanotechnologies 2002: 47).

Ovšem s dostatečným zlevněním s nanotechnologiemi souvisejících postupů bude pravděpodobně docházet k rozšiřování jejich aplikace za účelem zhodnocení dalších druhů výbavy, jako jsou provazové materiály, soupravy pro přežití, a jiné obdobné pomůcky (ISN 2014h, Tiwari 2012: 830). V potaz připadají kvalitnější rozmanité prostředky jako noktovizory, ochranné brýle se stíněním proti laserovému záření nebo doplňky výbavy jako přilby nebo rukavice.


4.6.9Oblasti se spekulativním realizačním potenciálem


Zatímco principy, určující možnosti nanotechnologických aplikací pro výše uvedená řešení, jsou v zásadě přijímány jako platné a otázky s nimi spojené jsou koncipovány ve smyslu „kdy?“, některé předpokládané produkty nanotechnologií jsou asociovány spíše s úvahami, zda jsou vůbec realizovatelné. Jako rozlišující kritérium je možno použít existenci racionálně založené argumentační opozice (např. nesoulad se známými fyzikálními zákony, neprůchodnost kvůli etickým zásadám) vůči realizaci daného prostředku nebo výraznou absenci kontinuity mezi předpoklady pro dosažení a zdokumentovaným pokrokem. Oproti řešením, o kterých pojedná předešlá část této kapitoly, pohybujících se v rozmezí prvních dvou vývojových generací, zde se jedná především o kategorii čtvrtou.

Do této oblasti řadí Altmann (2006: 105) především pokročilou nanorobotiku, zmiňovanou okrajově již v kapitole pojednávající o lidském bojovém potenciálu, a související oblast molekulární nanotechnologie, například ve formě universálních assemblerů, jež by se schopností v principu vybudovat téměř cokoliv rozhodně široké uplatnění ve vojenství nalezly.

Namátkou se využitelnost těchto systémů rozprostírá od samosestavování vojenské výbavy a zbraní, přes široké možnosti sabotáže vybavení, výzbroje a dopravních prostředků (a potenciálního převzetí kontroly v případě elektronických systémů), až po řadu možných akcí proti živým organismům. V potaz by mimo běžných metod usmrcení přicházely možnosti mechanizovaných rojů bránit pohybu vojáků a zamezovat jim kumulací v příjmu kyslíku. Při průniku do lidského těla by se interakční možnosti rozšířily na zapříčinění selhávání orgánů, oběhového systému a negativních změn metabolismu a/nebo DNA. Takto pojatou obdobou ZHN by šlo využít ke sterilizaci nebo inkapacitaci velkých segmentů populace s potenciálem přetížit danou společnost nebo v případě „Grey goo“ jako prostředku ultimátní formy odstrašující kapacity (Altmann 2006: 110-115).

Další teoretické koncepce s prozatím pochybnou dosažitelností jsou tzv. „nanojedy“, jak jsou označovány prostředky chemického nebo mechanického charakteru spřízněné využitelností s oblastí ZHN se schopností, spouštět v mozku reakce vedoucí ke kompulzi zasažené osoby chovat se určitým, při vývoji plánovaným, způsobem. V potaz z hlediska předpokládaných požadavků přichází schopnost k přinucení mluvit pravdu nebo omezení interakčních možností, například znemožněním zlostných a negativních reakcí. Obdobou jsou prostřednictvím nanomateriálů generovaná poškození určitých segmentů nervového systému za účelem způsobení ztráty paměti (Tiwari 2012: 828-829). První zmiňovaná praxe je z hlediska současného poznání fungování lidského mozku nerealizovatelná, jelikož je určení podstaty specifických kompulzí záležitostí na úrovni cílené selekce jednotlivých neuronů. Nanotechnologie by tímto způsobem prozatím potenciálně mohla poskytovat efekty obdobné výsledkům užívání psychofarmak. Druhý způsob využití je naopak za předpokladu existence příslušných nanočástic proveditelný vcelku snadno (Kápl, 2013). Spřízněné postupy by se mohly využívat také k potlačení pocitů strachu a viny nebo k navýšení agresivity či omezení vnímání na určité vyžadované druhy podnětů a zvýšené koncentraci na prováděné úkony23.

Mimo jiné i z etického hlediska jsou pravděpodobně v nedohlednu úpravy lidského genofondu za účelem stimulace organismu k nižší potřebě spánku24 při zachování koncentrace a výkonnosti, nebo analogické zásahy poskytující vojákům zvýšení fyzického či mentálního výkonu, popřípadě jiná obdobná zvýhodnění na bázi pozměněných funkcí organismu. Nicméně výzkumy za účelem hlouběji poznávat funkce genů a související procesy relevantní vůči pochopení faktorů ovlivňujících lidský výkon v běžných i extrémních podmínkách (teplotní výkyvy, spánková deprivace, nedostatek potravy a dlouhodobý stres) a rozpoznat mechanismy umožňující zabránit snižování vojákovy akceschopnosti jsou prováděny (ARL 2012: 110-111, DARPA 2013: 160).

S obdobnou mírou nepravděpodobnosti lze asociovat invazivní alternativy pro zvýšení výkonu (tedy ne zařízení, zamýšlená pro navrácení zdraví), jako mikroelektrody připojené přímo k mozkům vojáků kvůli snižování reakční doby a distančnímu sdílení podnětů mezi osobami, které nastiňují Altmann a Gubrud (2004: 36). Prozatím žádné indicie nenasvědčují ani vývoji směrem dokonalejším náhradám končetin nebo orgánů, či Altmannem (2006: 90-91) zmiňované zkvalitňování prvků lidského těla (například zpevňování kostí, svalů a jiných namáhaných částí těla nanoprvky) nebo implantovanou senzorikou, navyšující možnosti vojákova vnímání a vyhodnocování podnětů. Příkladem by mohlo být operativní upravování zraku pro specializovaný personál jako piloti nebo odstřelovači, týkající se například zlepšení kontrastní citlivosti, nebo implantáty, zasahující v případech kdy hrozí ztráta vědomí z vysokého přetížení při pilotování letadla nebo usnutí v nevhodnou dobu (Implication of emerging micro- and nanotechnologies 2006: 84, 102).

Do této oblasti je možno zařadit také nejrozšířenou představu nanorobotů, schopných monitorovat biologické procesy, popřípadě podporovat organismus aktivními opravami zevnitř, nanotechnologie umožňují dosažitelnější formu vylepšení výkonnosti. Jedná se o takzvané respirocyty25, což je označení pro umělé červené krvinky, schopné přenosovou kapacitou kyslíku a oxidu uhličitého masivně převýšit své organické protějšky. Při pominutí ostatních fyzických limitů (možné přehřátí, poškození svalů, selhávání organismu) by tyto vlastnosti teoreticky umožnily vojákovi například vydržet bez příjmu kyslíku po několik hodin, nebo sprintovat maximální rychlostí desítky minut.

Z hlediska evolučního postupu výkonu hardwaru informačních technologií se jednoznačně ukazuje zvyšující se závislost na nanoelektronice a kvantových systémech. Armádní sféra již má v programu vývoj adaptivních výpočetních systémů, schopných učit se zkušeností a reagovat na nové podněty, a zkoumá i strukturu mozku napodobující neuromorfické čipy (DARPA 2014: 107-108, tamtéž 188). I přes nespornou rychlost rozvoje výpočetní techniky se jeví dosažení průlomového pokroku v oblasti umělé inteligence jako vzdálený cíl, nicméně zkonstruování funkčního představitele systému, překonávajícího lidský intelekt, by bylo bez pochyb revolučním počinem, jehož dopady si lze jen těžko představit.

S potenciálním vyřešením otázky, zda nebezpečí spojené s provozováním této formy inteligence nepřevýší význam možných přínosů, by se vojenské využití týkalo například převzetí širšího strategického plánování vojenských operací, vývoji nových bojových prostředků nebo využívání vyšší formy porozumění řadě fyzikálních a biologických procesů, ovšem popis skutečné hlubší množiny dopadů by patrně přesáhl kapacitu této práce.


Yüklə 0,97 Mb.

Dostları ilə paylaş:
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   22




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2024
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə