Este año ha tenido su cuota de avances en ciencia y tecnología de investigadores del Ejército. El Laboratorio de Investigación del Ejército CCDC del Ejército de los EE. UU., El laboratorio de investigación corporativo del Ejército, tiene la misión de descubrir, innovar y hacer la transición de la ciencia y la tecnología para garantizar el poder de la tierra estratégica dominante.
El principal científico del laboratorio, el Dr. Alexander Kott, eligió los mejores avances para mostrar lo que los científicos e ingenieros del Ejército están haciendo para apoyar al Soldado del futuro con una lista de los 10 principales de 2019:
Número 10: músculos artificiales hechos de plástico
Los futuros robots del Ejército serán los más fuertes del mundo, si los investigadores visionarios se salen con la suya. Los robots podrían estar armados con músculos artificiales hechos de plástico. Investigadores del ejército colaboraron con un profesor visitante de la Facultad de Ingeniería de la Florida A&M University-Florida State University para estudiar cómo responden las fibras de plástico cuando se retuercen y se enrollan en un resorte.
Diferentes estímulos hacen que la primavera se contraiga y se expanda, imitando los músculos naturales. La experiencia del equipo en ciencia de polímeros e ingeniería química ayudó a identificar los valores óptimos de las propiedades del material para lograr los objetivos deseados de rendimiento muscular artificial, y ayudó a desarrollar e implementar técnicas para medir esas propiedades del material. Los músculos artificiales podrían aumentar el rendimiento del robot, permitiendo a nuestros futuros socios mecánicos pulir y bombear más hierro.
Número 9: Monitoreo de la salud y el desempeño del soldado con receptores de biorreconocimiento
Investigadores académicos y del ejército están estudiando cómo monitorear la salud y el desempeño de los soldados en tiempo real, mediante el desarrollo de receptores únicos de bioreconocimiento. Estos futuros biorreceptores son pequeños, fáciles de producir, económicos y resistentes al estrés ambiental. Una vez integrados en biosensores portátiles, los datos se pueden capturar selectivamente de una compleja mezcla de fuentes en el teatro, como sangre, sudor o saliva.
"El Ejército tendrá que ser más adaptable, más expedicionario y tener una demanda logística casi nula al tiempo que optimiza la ejecución de individuos a escuadrones en entornos operativos multifacéticos", dijo el Dr. Matt Coppock, químico y líder del equipo. "Se puede imaginar que el monitoreo de la salud y el desempeño en tiempo real, así como la detección de amenazas ambientales actuales y emergentes, podrían ser un conjunto clave de herramientas para hacer esto posible". El Ejército del futuro puede usar estos sensores portátiles para monitorear las amenazas ambientales y los diagnósticos de salud, todo con grandes beneficios para el Soldado. Chemical Reviews publicó esta investigación (ver enlaces relacionados a continuación).
Número 8: una batería a prueba de fuego a base de agua
Investigadores del ejército y sus socios en la Universidad de Maryland y el Laboratorio de Física Aplicada Johns Hopkins han desarrollado una nueva batería a prueba de fuego y basada en agua. "Nuestro proyecto aborda el riesgo al permitir que se coloquen baterías de alta o alta potencia en el Soldier sin riesgo de que las baterías se incendien", dijo el Dr. Arthur von Wald Cresce, un ingeniero de materiales del Ejército. "Esperamos que al diseñar la seguridad en la batería, esta preocupación desaparezca y los soldados puedan usar sus baterías a su antojo".
Estas baterías acuosas de iones de litio reemplazan el electrolito altamente inflamable en las baterías de iones de litio, usando un solvente no inflamable a base de agua, y también usando una sal de litio que no es sensible al calor, lo que permite que las baterías se almacenen y usen a una gran cantidad de agua. rango más amplio de temperaturas. Cresce y el equipo primero colaboraron con científicos de la Universidad de Maryland para estudiar las propiedades de una nueva clase de electrolitos acuosos conocidos como electrolitos de agua en sal y publicaron sus hallazgos en la revista Science (ver enlaces relacionados a continuación).
Número 7: generación de energía a pedido con hidrógeno
Imagínese si pudiera generar energía a pedido, usando solo una tableta y un poco de agua. Investigadores del ejército están explorando aplicaciones potenciales para una aleación nanogalvónica estructuralmente estable basada en aluminio que reacciona con cualquier líquido a base de agua para producir energía de generación de hidrógeno a demanda sin un catalizador.
"Imagine un escuadrón de futuros soldados en una patrulla de largo alcance lejos de la base con baterías agotadas y una necesidad desesperada de encender su radio", dijo el Dr. Kris Darling, científico de materiales del Ejército. "Uno de los soldados toma una tableta de metal y la deja caer en un recipiente y agrega agua o algún líquido que contenga agua como orina, inmediatamente la tableta se disuelve y el hidrógeno se libera en una celda de combustible, proporcionando energía instantánea para la radio".
Número 6: impresión en 3-D de acero ultra fuerte
Un equipo de investigadores del Ejército ha desarrollado una forma de imprimir en 3D piezas metálicas ultrarresistentes, adaptando una aleación desarrollada originalmente por la Fuerza Aérea en forma de polvo. Con un método llamado Powder Bed Fusion, el láser de una impresora 3-D funde selectivamente el polvo en un patrón. Luego, la impresora recubre la placa de construcción con capas adicionales de polvo hasta completar la pieza. El resultado final es una pieza de acero que parece forjada tradicionalmente, pero tiene características de diseño intrincadas que ningún molde podría crear, y es aproximadamente un 50% más resistente que cualquier cosa comercialmente disponible.
"Creo que realmente va a revolucionar la logística", dijo el Dr. Brandon McWilliams, líder del equipo del Ejército. "La fabricación aditiva va a tener un gran impacto en el sustento ... en lugar de preocuparse por transportar una carga completa de camiones o convoyes de repuestos, siempre que tenga materias primas y una impresora, potencialmente puede hacer todo lo que necesite". Los investigadores dicen que esta capacidad tiene el potencial de reemplazar partes de los tanques de hoy, o apoyar futuros sistemas de vanguardia.
Número 5: detector de interés humano
¿Alguna vez has querido entrar en la cabeza de un soldado? Los investigadores del ejército han desarrollado un detector de interés humano que puede determinar dónde miran las personas y decodificar su actividad cerebral. Al monitorear las ondas cerebrales, los investigadores rastrean las respuestas neuronales y evalúan qué capta la atención de un soldado entre una miríada de estímulos en entornos de amenaza. Los investigadores dicen que esto conducirá a una mejor conciencia de la situación en el campo de batalla, permitirá a los comandantes tomar mejores decisiones y, en última instancia, mejorará la capacidad del Soldado para formar equipos con futuros agentes de IA.
Número 4: AI para identificar materiales de bajo consumo de combustible
Un nuevo sistema de bots algorítmicos podría abordar los desafíos más complejos más allá de las capacidades experimentales humanas. Sobre la base de éxitos sorprendentes en la inteligencia artificial, que incluso puede ganar un juego como Jeopardy, los investigadores financiados por el Ejército de la Universidad de Cornell desarrollaron un sistema llamado CRISTAL para explorar nuevos materiales para el poder duradero de los soldados. CRYSTAL se basa en un colectivo de robots algorítmicos que analizan cientos de miles de combinaciones y elementos, un número tan vasto que es inaccesible a través de la experimentación tradicional. El sistema puede obedecer las leyes de la física y la química, donde los enfoques de aprendizaje automático existentes fallan, y podría identificar la próxima generación de avances materiales que equiparán a los soldados en el futuro campo de batalla.
"La parte emocionante de la investigación en ciencias básicas es que no siempre se puede predecir hacia dónde conducirán los resultados", dijo el Dr. Purush Iyer, jefe de división, ciencias de redes en la Oficina de Investigación del Ejército. “Financiamos esta investigación para comprender mejor la inteligencia colectiva (sabiduría de las multitudes). Mientras que la aplicación de la ciencia de los materiales, como el diseño de aleaciones novedosas, siempre estuvo en juego, la naturaleza fortuita del resultado final, el de un catalizador para ayudar a diseñar mejores celdas de combustible, está resolviendo un problema de inmensa importancia para el ejército: poder en el campo: muestra la importancia de invertir en investigación básica". Las comunicaciones de la sociedad de investigación de materiales publicaron un artículo (ver enlaces relacionados a continuación).
Número 3: matrices robóticas para comunicación direccional
Un equipo del Ejército ha desarrollado una nueva forma de enviar señales de radio direccionales en entornos físicamente complejos. El equipo diseñó pequeñas plataformas robóticas con antenas compactas de baja frecuencia y AI para crear un sistema que se autoorganiza de forma adaptativa en un conjunto de antenas direccionales. Aunque la radiación multidireccional no es posible en baja frecuencia, esta matriz está configurada para emitir un patrón de radiación omnidireccional, creando un enlace direccional bajo demanda.
Un robot con una antena compacta de baja frecuencia se coordina con otros compañeros de equipo robóticos que tienen antenas pasivas sin alimentación que ayudan a enfocar el campo electromagnético en la dirección deseada. Agregue más robots y la matriz se enfocará más y aumentará el alcance y la confiabilidad. Esto permite una comunicación inalámbrica robusta y específica a mayores distancias a través de edificios y en entornos urbanos y subterráneos desafiantes.
Número 2: material de autocuración
Imagine un material sintético que podría curarse solo cuando se daña. Los investigadores del ejército y sus socios en Texas A&M han desarrollado un epóxico de reticulación reversible que es imprimible en 3-D y se autocura a temperatura ambiente sin ningún estímulo adicional o agente curativo. La química única del material incluso permite que se programe para transformarse cuando se estimula con la temperatura. Los investigadores del Ejército están explorando si estos materiales podrían crear plataformas reconfigurables del Ejército del futuro que podrían transformar las formas a pedido.
Número 1: equipos soldado-robot
¿Cómo entrenas a un robot para pensar en escenarios desconocidos, cuando no sabes cómo será el futuro campo de batalla y no tienes control para modificar el entorno para cumplir con las habilidades del robot? Los investigadores del ejército han estado desarrollando nuevos algoritmos y capacidades que no se ven en la industria, lo que permite a los agentes autónomos, como los robots, operar en estos entornos desconocidos, como los futuros campos de batalla. Estos algoritmos están creando el cerebro de los robots, para equiparlos para interactuar con objetos imprevistos y en escenarios desconocidos, preparándolos para asociarse con soldados en el futuro campo de batalla, sea lo que sea.
Número 10: músculos artificiales hechos de plástico
Los futuros robots del Ejército serán los más fuertes del mundo, si los investigadores visionarios se salen con la suya. Los robots podrían estar armados con músculos artificiales hechos de plástico. Investigadores del ejército colaboraron con un profesor visitante de la Facultad de Ingeniería de la Florida A&M University-Florida State University para estudiar cómo responden las fibras de plástico cuando se retuercen y se enrollan en un resorte.
Diferentes estímulos hacen que la primavera se contraiga y se expanda, imitando los músculos naturales. La experiencia del equipo en ciencia de polímeros e ingeniería química ayudó a identificar los valores óptimos de las propiedades del material para lograr los objetivos deseados de rendimiento muscular artificial, y ayudó a desarrollar e implementar técnicas para medir esas propiedades del material. Los músculos artificiales podrían aumentar el rendimiento del robot, permitiendo a nuestros futuros socios mecánicos pulir y bombear más hierro.
Número 9: Monitoreo de la salud y el desempeño del soldado con receptores de biorreconocimiento
Investigadores académicos y del ejército están estudiando cómo monitorear la salud y el desempeño de los soldados en tiempo real, mediante el desarrollo de receptores únicos de bioreconocimiento. Estos futuros biorreceptores son pequeños, fáciles de producir, económicos y resistentes al estrés ambiental. Una vez integrados en biosensores portátiles, los datos se pueden capturar selectivamente de una compleja mezcla de fuentes en el teatro, como sangre, sudor o saliva.
"El Ejército tendrá que ser más adaptable, más expedicionario y tener una demanda logística casi nula al tiempo que optimiza la ejecución de individuos a escuadrones en entornos operativos multifacéticos", dijo el Dr. Matt Coppock, químico y líder del equipo. "Se puede imaginar que el monitoreo de la salud y el desempeño en tiempo real, así como la detección de amenazas ambientales actuales y emergentes, podrían ser un conjunto clave de herramientas para hacer esto posible". El Ejército del futuro puede usar estos sensores portátiles para monitorear las amenazas ambientales y los diagnósticos de salud, todo con grandes beneficios para el Soldado. Chemical Reviews publicó esta investigación (ver enlaces relacionados a continuación).
Número 8: una batería a prueba de fuego a base de agua
Investigadores del ejército y sus socios en la Universidad de Maryland y el Laboratorio de Física Aplicada Johns Hopkins han desarrollado una nueva batería a prueba de fuego y basada en agua. "Nuestro proyecto aborda el riesgo al permitir que se coloquen baterías de alta o alta potencia en el Soldier sin riesgo de que las baterías se incendien", dijo el Dr. Arthur von Wald Cresce, un ingeniero de materiales del Ejército. "Esperamos que al diseñar la seguridad en la batería, esta preocupación desaparezca y los soldados puedan usar sus baterías a su antojo".
Estas baterías acuosas de iones de litio reemplazan el electrolito altamente inflamable en las baterías de iones de litio, usando un solvente no inflamable a base de agua, y también usando una sal de litio que no es sensible al calor, lo que permite que las baterías se almacenen y usen a una gran cantidad de agua. rango más amplio de temperaturas. Cresce y el equipo primero colaboraron con científicos de la Universidad de Maryland para estudiar las propiedades de una nueva clase de electrolitos acuosos conocidos como electrolitos de agua en sal y publicaron sus hallazgos en la revista Science (ver enlaces relacionados a continuación).
Número 7: generación de energía a pedido con hidrógeno
Imagínese si pudiera generar energía a pedido, usando solo una tableta y un poco de agua. Investigadores del ejército están explorando aplicaciones potenciales para una aleación nanogalvónica estructuralmente estable basada en aluminio que reacciona con cualquier líquido a base de agua para producir energía de generación de hidrógeno a demanda sin un catalizador.
"Imagine un escuadrón de futuros soldados en una patrulla de largo alcance lejos de la base con baterías agotadas y una necesidad desesperada de encender su radio", dijo el Dr. Kris Darling, científico de materiales del Ejército. "Uno de los soldados toma una tableta de metal y la deja caer en un recipiente y agrega agua o algún líquido que contenga agua como orina, inmediatamente la tableta se disuelve y el hidrógeno se libera en una celda de combustible, proporcionando energía instantánea para la radio".
Número 6: impresión en 3-D de acero ultra fuerte
Un equipo de investigadores del Ejército ha desarrollado una forma de imprimir en 3D piezas metálicas ultrarresistentes, adaptando una aleación desarrollada originalmente por la Fuerza Aérea en forma de polvo. Con un método llamado Powder Bed Fusion, el láser de una impresora 3-D funde selectivamente el polvo en un patrón. Luego, la impresora recubre la placa de construcción con capas adicionales de polvo hasta completar la pieza. El resultado final es una pieza de acero que parece forjada tradicionalmente, pero tiene características de diseño intrincadas que ningún molde podría crear, y es aproximadamente un 50% más resistente que cualquier cosa comercialmente disponible.
"Creo que realmente va a revolucionar la logística", dijo el Dr. Brandon McWilliams, líder del equipo del Ejército. "La fabricación aditiva va a tener un gran impacto en el sustento ... en lugar de preocuparse por transportar una carga completa de camiones o convoyes de repuestos, siempre que tenga materias primas y una impresora, potencialmente puede hacer todo lo que necesite". Los investigadores dicen que esta capacidad tiene el potencial de reemplazar partes de los tanques de hoy, o apoyar futuros sistemas de vanguardia.
Número 5: detector de interés humano
¿Alguna vez has querido entrar en la cabeza de un soldado? Los investigadores del ejército han desarrollado un detector de interés humano que puede determinar dónde miran las personas y decodificar su actividad cerebral. Al monitorear las ondas cerebrales, los investigadores rastrean las respuestas neuronales y evalúan qué capta la atención de un soldado entre una miríada de estímulos en entornos de amenaza. Los investigadores dicen que esto conducirá a una mejor conciencia de la situación en el campo de batalla, permitirá a los comandantes tomar mejores decisiones y, en última instancia, mejorará la capacidad del Soldado para formar equipos con futuros agentes de IA.
Número 4: AI para identificar materiales de bajo consumo de combustible
Un nuevo sistema de bots algorítmicos podría abordar los desafíos más complejos más allá de las capacidades experimentales humanas. Sobre la base de éxitos sorprendentes en la inteligencia artificial, que incluso puede ganar un juego como Jeopardy, los investigadores financiados por el Ejército de la Universidad de Cornell desarrollaron un sistema llamado CRISTAL para explorar nuevos materiales para el poder duradero de los soldados. CRYSTAL se basa en un colectivo de robots algorítmicos que analizan cientos de miles de combinaciones y elementos, un número tan vasto que es inaccesible a través de la experimentación tradicional. El sistema puede obedecer las leyes de la física y la química, donde los enfoques de aprendizaje automático existentes fallan, y podría identificar la próxima generación de avances materiales que equiparán a los soldados en el futuro campo de batalla.
"La parte emocionante de la investigación en ciencias básicas es que no siempre se puede predecir hacia dónde conducirán los resultados", dijo el Dr. Purush Iyer, jefe de división, ciencias de redes en la Oficina de Investigación del Ejército. “Financiamos esta investigación para comprender mejor la inteligencia colectiva (sabiduría de las multitudes). Mientras que la aplicación de la ciencia de los materiales, como el diseño de aleaciones novedosas, siempre estuvo en juego, la naturaleza fortuita del resultado final, el de un catalizador para ayudar a diseñar mejores celdas de combustible, está resolviendo un problema de inmensa importancia para el ejército: poder en el campo: muestra la importancia de invertir en investigación básica". Las comunicaciones de la sociedad de investigación de materiales publicaron un artículo (ver enlaces relacionados a continuación).
Número 3: matrices robóticas para comunicación direccional
Un equipo del Ejército ha desarrollado una nueva forma de enviar señales de radio direccionales en entornos físicamente complejos. El equipo diseñó pequeñas plataformas robóticas con antenas compactas de baja frecuencia y AI para crear un sistema que se autoorganiza de forma adaptativa en un conjunto de antenas direccionales. Aunque la radiación multidireccional no es posible en baja frecuencia, esta matriz está configurada para emitir un patrón de radiación omnidireccional, creando un enlace direccional bajo demanda.
Un robot con una antena compacta de baja frecuencia se coordina con otros compañeros de equipo robóticos que tienen antenas pasivas sin alimentación que ayudan a enfocar el campo electromagnético en la dirección deseada. Agregue más robots y la matriz se enfocará más y aumentará el alcance y la confiabilidad. Esto permite una comunicación inalámbrica robusta y específica a mayores distancias a través de edificios y en entornos urbanos y subterráneos desafiantes.
Número 2: material de autocuración
Imagine un material sintético que podría curarse solo cuando se daña. Los investigadores del ejército y sus socios en Texas A&M han desarrollado un epóxico de reticulación reversible que es imprimible en 3-D y se autocura a temperatura ambiente sin ningún estímulo adicional o agente curativo. La química única del material incluso permite que se programe para transformarse cuando se estimula con la temperatura. Los investigadores del Ejército están explorando si estos materiales podrían crear plataformas reconfigurables del Ejército del futuro que podrían transformar las formas a pedido.
Número 1: equipos soldado-robot
¿Cómo entrenas a un robot para pensar en escenarios desconocidos, cuando no sabes cómo será el futuro campo de batalla y no tienes control para modificar el entorno para cumplir con las habilidades del robot? Los investigadores del ejército han estado desarrollando nuevos algoritmos y capacidades que no se ven en la industria, lo que permite a los agentes autónomos, como los robots, operar en estos entornos desconocidos, como los futuros campos de batalla. Estos algoritmos están creando el cerebro de los robots, para equiparlos para interactuar con objetos imprevistos y en escenarios desconocidos, preparándolos para asociarse con soldados en el futuro campo de batalla, sea lo que sea.
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