Armeewissenschaftler wählen die 10 coolsten Fortschritte des Jahres 2020 aus – Watts Up With That?

US ARMY RESEARCH LABOR

Ankündigung des Wissenschaftsgeschäfts

ADELPHI, Md. – Letztes Jahr hatten Forscher der Armee ihren Anteil an wissenschaftlichen und technologischen Fortschritten. Das US Army Combat Capabilities Development Command, jetzt bekannt als DEVCOM, Army Research Laboratory, das Forschungslabor der Armee, hat die Mission, die Wissenschaft für transformative Überübereinstimmungen zu operationalisieren.

“Die COVID-19-Pandemie hat uns dieses Jahr alle herausgefordert”, sagte der Chefwissenschaftler des Labors, Dr. Alexander Kott. “Trotzdem haben unsere Wissenschaftler und Forscher im Jahr 2020 bahnbrechende Entdeckungen gemacht, die unsere zukünftigen Soldaten stärken und schützen werden.”

Die führenden Wissenschaftler des Labors haben die coolsten Fortschritte ausgewählt, um zu zeigen, wie Wissenschaftler und Forscher der Armee den Soldaten der Zukunft mit einer Top-10-Liste aus dem Jahr 2020 unterstützen. Sehen Sie sich das Top-10-Video auf YouTube an:

Nummer 10: Röntgenähnliches Bildgebungssystem zum Durchschauen von Barrieren

Wie wäre es mit Superman-ähnlichem Röntgenblick in Form einer Schutzbrille für Soldaten? Neue, von der Armee finanzierte Forschungen untersuchen, wie dies Wirklichkeit werden kann.

Die Forscher entwickelten ein Bildgebungssystem, um Objekte durch Umgebungsbarrieren wie Sand zu sehen. Sie strahlen einen ultraschnellen Laser durch eine Barriere und lesen die reflektierten Photonen zurück, wobei sie in Bruchteilen von Sekunden ein Bild von dem zusammensetzen, was sich hinter der Barriere befand.

Bestehende Bildgebungsfunktionen beschränken sich auf die Weiterleitung von Objekten in zwei Dimensionen. Diese neue Studie wird jedoch Objekte in drei Dimensionen zeigen, wodurch Soldaten in verschlechterten visuellen Umgebungen ein genaueres Situations- und Bedrohungsbewusstsein erhalten. Dies könnte zukünftigen Piloten helfen, durch Sandstürme zu fliegen, und Roboter könnten durch Nebel navigieren.

“Frühere Bemühungen waren auf sehr kleinen Entfernungen und mit sehr schwerer und komplexer Methodik”, sagte der Armeeforscher Dr. Hamid Krim. “Dies ist eher eine Makroskala und kann auf großen oder kleinen beweglichen Plattformen verwendet werden.”

Nummer 9: Levitieren, Einfrieren von Atomen zur weiteren Quantenvernetzung

Mit Laserstrahlen schweben Armeeforscher Atome und frieren sie auf die kältesten Temperaturen der Erde ein, nahezu Null. Muster von Quanteninformationen werden in den gefrorenen Atomen gespeichert, wodurch Quantenhologramme erzeugt werden, die abgerufen werden können. Daraus entwickelten die Forscher einen neuen Weg, um eine kritische Herausforderung bei der Quantenverschränkung zu lösen.

Der resultierende holographische Quantenspeicher ist ein Baustein für zukünftige Quantennetzwerke der Armee mit exponentiell leistungsfähigeren Fähigkeiten in Bezug auf Computer, Erfassung und Kommunikation.

“Quantennetzwerke sind völlig anders als alles, was derzeit existiert”, sagte der Armeeforscher Kevin Cox. „Das Internet ist derzeit das Netzwerk und verfügt über bestimmte Funktionen. Quantennetzwerke verfügen über völlig unterschiedliche Funktionen und greifen auf einen Teil des Universums zu, auf den wir zuvor noch nicht zugreifen konnten. Dies wird zu einer Rechenleistung führen, die um Größenordnungen leistungsfähiger ist als alles, was derzeit existiert. “

Nummer 8: Ein ultradünner, flexibler Switch für den Zugriff auf die höchsten 5G-Frequenzen

Ein neuer ultradünner Hochfrequenzschalter könnte den Zugriff auf die höchsten 5G-Frequenzen ermöglichen und 6G-Konnektivität und darüber hinaus ermöglichen.

Aufbauend auf einem Material, das die Armee vor 10 Jahren entdeckt hat, haben die Forschungspartner einen Atomschalter entwickelt, der sich mit den besten verfügbaren Frequenzen verbinden kann. Es ist mehr als 100-mal energieeffizienter als das, was heute verwendet wird, und kann Daten mit einer Geschwindigkeit von bis zu 100 Gigabit pro Sekunde übertragen. Dies beschleunigt die Geschwindigkeit, mit der Benutzer beispielsweise hochauflösende Medien streamen und die durchschnittliche Akkulaufzeit erheblich verlängern können.

“Dies wechselt zwischen Frequenzen, ähnlich wie das Einstellen von Frequenzen in einem Radio”, sagte der Armeeforscher Dr. Chakrapani Varanasi. “Die vergrößerte Bandbreite und der Frequenzbereich sind unübertroffen – sie verbrauchen jedoch einen Bruchteil der Energie als derzeit verwendet.”

Der ein Atom dicke Schalter ist ein Bruchteil eines Nanometers groß und flexibel, sodass er leicht als Laminat auf Soldatenuniformen mit vernachlässigbarem Zusatzgewicht in tragbare Systeme integriert werden kann. Dies könnte die Art und Weise, wie die Armee kommuniziert, revolutionieren und in Satellitensysteme, intelligente Radios und das Internet der Dinge integriert werden.

Nummer 7: Autonome Sensoren zur Konfiguration des Mesh-Funknetzwerks

Stellen Sie sich vor, autonome, unabhängige Sensoren könnten an einem entfernten Ort ein eigenes Funknetzwerk erstellen. Wissenschaftler der Armee arbeiten an Technologien, die Soldaten durch eine einzigartige autonome Mesh-Netzwerklösung ein Situationsbewusstsein vermitteln. Abgeworfene Sensoren auf einem Schlachtfeld bilden autonom ein eigenes Netzwerk, um die Kommunikation an einen Ort von Interesse zurückzuleiten, egal ob es sich um einen Kommandoposten oder einen einsamen Soldaten handelt.

Dieses Funknetz, das im laufenden Betrieb erstellt wird, erfordert kaum oder gar keine Benutzereingriffe, passt sich den örtlichen Gegebenheiten an und ist mehr als 20-mal energieeffizienter als herkömmliche Armeeradios. Dies bedeutet, dass Soldaten weniger tragen und besser kommunizieren können.

“Soldaten tragen so viel Gewicht, und Radio und Batterien machen einen erheblichen Teil dieser Ladung aus”, sagte der Armeeforscher Ron Tobin. “Eine solche Fähigkeit könnte viel energieeffizienter sein, was die Kommunikation für längere Zeit verbessern, aber auch die Last für Soldaten verringern könnte.”

Nummer 6: Echtzeit-Objekterkennungsmodell

So wie autonome Autos ihre Umgebung erkennen können, benötigen Soldaten Echtzeit-Szenenverständnis am taktischen Rand. Mithilfe künstlicher Intelligenz und maschinellen Lernens entwickelten Armeeforscher ein neuartiges Objekterkennungsmodell, um interessierende Objekte sofort zu erkennen.

Auf Plattformen wie Drohnen oder Bodenfahrzeugen eingesetzte Sensoren erfassen Bilder und Videos. Das Modell lokalisiert und identifiziert diese Objekte und verarbeitet Informationen vor Ort – auch wenn die Rechenverarbeitung eingeschränkt ist. Soldaten werden dann auf verdächtige Aktivitäten in der Umgebung aufmerksam gemacht.

“Unser Modell kann fünf bis sechs Bilder pro Sekunde verarbeiten, was mit dem aktuellen Stand der Technik vergleichbar ist”, sagte der Armeeforscher Dr. Heesung Kwon. “Wir verwenden jedoch mehrere Klassifizierer, die Objekte besser erkennen können als vorhandene Modelle.”

Diese Funktion ermöglicht eine schnelle Entscheidungsfindung, reduziert das Missionsrisiko und kann in zukünftige Soldier-Brillen integriert werden.

Nummer 5: Elektrischer Anstoß, um dem Gehirn zu helfen

Manchmal könnten wir alle eine kleine Stimulation gebrauchen, um unser Gehirn in Schwung zu bringen. Armee- und akademische Forscher fanden heraus, wie ein subtiler elektrischer Anstoß dem Gehirn hilft, seine Aktivität neu zu organisieren, um sich schnell anzupassen und bessere Entscheidungen zu treffen. Inspiriert von dynamischen Netzwerktechniken nutzten die Forscher diesen Anstoß, um die normalen sensorischen und kognitiven Pfade des Menschen zu umgehen.

“Dies verändert den Informationsfluss durch Verbindungen im Gehirn und kann uns helfen zu verstehen, wie das Gehirn funktioniert, insbesondere in Gruppen”, sagte der Armeeforscher Dr. Javier Garcia.

Diese Forschung legt die Grundlage für eine verbesserte Zusammenarbeit mit intelligenten Agenten – mit möglichen zukünftigen Neurotechnologien, die Verhaltensfehler verhindern oder vorhersagen oder die individuelle kognitive Leistung bewerten könnten, um unsere Soldaten scharf zu halten.

Nummer 4: KI zur Vorhersage von Flugzeugschäden und -ausfällen

Armeehubschrauber führen einige der gewagtesten Manöver an einigen der gefährlichsten Orte der Welt durch. Es ist wichtig, die Flotte in einem Höchstleistungszustand zu halten.

Armeeforscher untersuchten 15 Jahre Flugmuster – mehr als 1,3 Millionen Flüge von 4.000 UH-60 Black Hawk-Hubschraubern – und identifizierten mehr als 100 verschiedene Arten von Manövern. Sie verbinden, welche spezifischen Flugzeugteile während dieser Manöver am meisten abgenutzt sind. Das Ergebnis ist ein robustes KI-Modell, das mit nahezu 100% iger Genauigkeit vorhersagt, welche kritischen Teile wie und wann ausfallen werden.

“Wir wissen, dass kritische Teile eines Flugzeugs eine begrenzte Lebensdauer haben”, sagte die Armeeforscherin Dr. Mulugeta Haile. “Wir können diese Daten verwenden, um den besten Zeitpunkt für die Wartung eines Flugzeugs effektiv vorherzusagen – indem wir uns ansehen, wie es geflogen wurde und nicht, wie viel es geflogen wurde.”

Dies reduziert die Kosten für die Aufrechterhaltung der vorhandenen Flotte erheblich – und identifiziert vor allem auch katastrophale Schäden vor dem Ausfall, verbessert die Missionsergebnisse und schützt unsere Piloten.

Nummer 3: Intelligente Schwarmdrohnen

Forscher schauen auf die Natur, um die perfekte dynamische Flugformation zu emulieren.

Armee- und akademische Forscher entwickeln autonome, allwissende, schwärmende Drohnen, die ohne menschliche Einmischung argumentieren und die besten Entscheidungen treffen können. Ausgestattet mit Kameras schauen sich diese Drohnen um und sehen sich gegenseitig und begründen unabhängig voneinander Größe, Entfernung und Bewegung des anderen. Die Agenten kommunizieren dann miteinander. Durch eine Form des maschinellen Lernens ahmen sie sich gegenseitig nach und entscheiden, wie das ideale kollektive Ziel erreicht werden soll.

“Die Agenten müssen lernen, wie sie verarbeiten, was sie sehen, wie sie miteinander sprechen und wie sie sich bewegen, alles durch Nachahmung”, sagte Dr. Brian Sadler, Senior Research Scientist der Armee.

Dies könnte zu einem völlig autonomen Zusammenhalt und zur Entscheidungsfindung führen, um unsere Soldaten in den kritischsten Situationen zu unterstützen.

Nummer 2: 3D gedruckte Munition

Der 3D-Druck revolutionierte den Komfort und die Geschwindigkeit, mit der alltägliche Menschen Alltagsgegenstände erstellen. Wissenschaftler der Armee leisten Pionierarbeit im Bereich des 3D-Drucks mit einzigartigen Polymeren für Energetik und Metalle – einschließlich des höchsten Stahls, der jemals hergestellt wurde -, um die nächste Munitionsgeneration zu entwickeln.

Sie waren die ersten auf der Welt, die die Herstellung von 3D-Strukturschaltungen demonstrierten, die das Verschmelzen und Erfassen von Munition revolutionieren und gleichzeitig Gewicht und Platz sparen.

“Wir drucken Materialien, die noch niemand gedruckt hat, und neue geometrische Designs, die den Handelsraum für Munition öffnen”, sagte der Armeeforscher Dr. Jason Robinette.

Aber wie langlebig sind sie? Diese 3D-gedruckten Munitionen haben eine hohe G-Überlebensfähigkeit – trotz der extremsten Beschleunigungen, die selbst aktuelle Munition nicht erreichen kann. Dies wird Soldaten in extremen Umgebungen und auf dem Schlachtfeld von morgen helfen.

Nummer 1: Intelligente, navigierende Munition

Armeeforscher verwenden die neuesten Technologien, um die intelligentesten Munitionen herzustellen, die zu sich bewegenden Zielen navigieren und diese treffen. Mit eingebauten Sensoren, Aktuatoren und einem Imager führt eine Munition einen Algorithmus an der Spitze des Artilleriegeschützes aus, während es zum Ziel fliegt.

Aktuelle Systeme verwenden GPS, um zu einer bestimmten Koordinate zu navigieren. Diese Munition ermöglicht das Bewegen des Flugwegs – sowohl in der Anfangsführung als auch während des Fluges – und verbessert die Reichweite und Geschwindigkeit der Munition, um ein sich bewegendes Ziel zu treffen.

“Diese Forschung wird es uns ermöglichen, schneller einzudringen und mehr Manövrierfähigkeit zu haben, damit wir Bedrohungssystemen ausweichen und das Ziel erreichen können”, sagte der Armeeforscher Dr. Frank Fresconi.

Dies wird ein entscheidendes Element sein, um die Dominanz der Armee an Land, auf See und in der Luft sicherzustellen.

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Das DEVCOM Army Research Laboratory ist ein Element des US Army Combat Capabilities Development Command. Als Unternehmensforschungslabor der Armee operationalisiert ARL die Wissenschaft, um ein transformatives Übermaß zu erreichen. Durch die Zusammenarbeit zwischen den technischen Kernkompetenzen des Kommandos ist DEVCOM führend in der Entdeckung, Entwicklung und Bereitstellung der technologiebasierten Fähigkeiten, die erforderlich sind, damit Soldaten die Kriege der Nation erfolgreicher gewinnen und sicher nach Hause kommen können. DEVCOM ist ein wichtiges untergeordnetes Kommando des Army Futures Command.

Von EurekAlert!

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