أكثر المشاريع العسكرية الأمريكية الواعدة ، والتي يمكن استخدامها للأغراض السلمية
لتطوير المعدات التكنولوجية للقوات العسكرية والعلوم ، يتم تخصيص أموال بملايين الدولارات سنويًا. وكالة أبحاث مشاريع الدفاع المتقدمة ، والمعروفة أكثر باختصارها الأمريكي - DARPA ، منخرطة في التطورات في هذا المجال. هذه الوكالة هي التي ابتكرت اختراعات مثل الإنترنت ونظام تحديد المواقع والطائرات الشبحية ، والتي تعتبر ذات أهمية كبيرة ليس فقط للجيش ، ولكن أيضًا للمدنيين العاديين.
في الوقت الحالي ، تقوم الوكالة بتطوير عدد كبير من المشاريع التي يمكن أن يكون لها أيضًا تأثير كبير على الإنسانية ، إذا تم السماح لها فقط بالإنتاج الصناعي.
حاليا ، DARPA تولي اهتماما كبيرا لتطوير أنظمة الليزر … من بين برامج الوكالة البرامج التالية: Excalibur ، و Architecture for Diode High Energy Laser System ، و Ultra Beam ، و Compact Mid-فوق البنفسجية.
بندقية صغيرة الحجم موجهة بالليزر Excalibur
يهتم الجيش دائمًا باستخدام السلاح المثالي في حرب المدن. ولكن لتجهيز الطائرات والطائرات بدون طيار بأسلحة الليزر ، من الضروري أن تكون أبعادها مضغوطة بدرجة كافية وأكثر كفاءة بكثير من الأنظمة الموجودة حاليًا والمثبتة على منصات كبيرة. بدأت DARPA في تطوير نظام سلاح ليزر مدمج وقوي لاستخدامه في الطائرات والطائرات الأخرى.
في السابق ، كانت أسهل طريقة لإنشاء الليزر هي استخدام حاويات كبيرة من المواد الكيميائية النشطة السامة. على وجه الخصوص ، يتم تثبيت مثل هذا الليزر على Boeing-747 ، ولكن استخدام مثل هذا الجهاز الكبير كسلاح على طائرة هجومية أو طائرة مقاتلة هو على الأقل غير عملي.
مدفع الليزر Excalibur الجديد أخف وزنا وأكثر إحكاما. من الناحية التخطيطية ، يتكون هذا السلاح من عدد كبير من أجهزة الليزر المستقلة عن بعضها البعض. وبالتالي ، يمكن تقليل حجم البواعث نفسها. يجب دمج هذه البواعث في حزمة واحدة دون أن تفقد قوتها. بفضل هذا المبدأ ، يتم تقليل كمية الطاقة المستهلكة بشكل كبير. لكن المدفع له عيوب معينة. لذلك ، على وجه الخصوص ، هناك عدد من المشاكل المرتبطة بدمج العديد من الأشعة في واحدة ، والتي سيكون لها سطوع عالي وتباعد منخفض. يعتبر التداخل والانعراج والتأثيرات غير الخطية الأخرى عقبات أمام تحقيق ذلك. لذلك ، من أجل حل هذه المشكلة ، استخدم المبدعون نظيرًا لهوائي المصفوفة المرحلي ، والذي يستخدم في الرادارات الحديثة ويسمح ليس فقط بتركيز الحزمة ، ولكن أيضًا لتصحيح زاوية انحرافها دون تدوير الهوائي بحد ذاتها.
وبحلول نهاية العام ، وعدت الوكالة بإظهار نموذج أولي لمدفع ليزر بسعة 3 كيلووات فقط. لكن النظام المكتمل سيكون له طاقة أعلى بكثير (حوالي 100 كيلووات). وبالتالي ، يمكن استخدامه لضربات محددة ضد الأهداف الجوية والأرضية.ونظرًا لأن وزن البندقية سيكون أقل بعشر مرات من الليزر الموجود حاليًا ، يمكن تثبيت Excalibur على أي منصة عسكرية تقريبًا دون تدهور خصائصها القتالية.
هندسة نظام ليزر ديود عالي الطاقة
البرنامج الجديد الآخر للوكالة ، Architecture for Diode High Energy Laser System (ADHELs) ، مكرس للبحث عن أطوال أشعة الليزر الجديدة في عملية إنشاء جيل جديد من الليزر المدمج ، عالي الكفاءة ، عالي الطاقة. يمكن دمج هذه الأنظمة في المركبات الجوية التكتيكية ، على وجه الخصوص ، على الطائرات بدون طيار.
يهدف البرنامج في المقام الأول إلى تطوير تقنيات للحصول على أشعة الليزر ذات الطاقة العالية والسطوع ، مع تباعد شعاع منخفض.
تم تصميم البرنامج لمدة 36 شهرًا ويتكون من مرحلتين. في المرحلة الأولى ، من المخطط دراسة الجمع بين الحزمة الطيفية والمتماسكة. تركز المرحلة الثانية بشكل كامل على إنشاء شعاع طيفي ذو كفاءة وقوة عالية. الهدف النهائي للمشروع هو الحصول على هيكل حيود لنظام يعمل على موجات ليزر طويلة بمقياس أنظمة فئة HEL التي تبلغ 100 كيلووات.
الترا بيم
تقوم الوكالة حاليًا بتنفيذ العديد من مشاريع تحسين الليزر. لذلك ، أحد هذه البرامج هو "Ultra Beam" ، والغرض منه هو إنشاء ليزر بإشعاع أشعة جاما. في المرحلة الأولى من التطوير ، تم تحقيق بعض النتائج بالفعل - تم إنشاء ليزر الأشعة السينية في ظل ظروف معملية ، حيث كانت طاقة الفوتون 4.5 كيلو فولت ، مما يثبت حقيقة أن ليزر جاما هو مسألة مستقبلية قريبة. هذا التطور له أهمية مدنية أيضًا ، حيث يمكن استخدام ليزر جاما المضغوط بكفاءة أكبر في العلاج الإشعاعي والتشخيص.
يمكن أن يساهم ليزر الأشعة السينية الفريد في خصائصه ، والذي طورته DARPA ، في تطوير مصادر مختبرية مضغوطة ذات سطوع عالٍ للإشعاع المتماسك ، مما يجعل من الممكن ، نتيجة لذلك ، عرض ثلاثي الأبعاد نماذج من الخلايا الحية.
هناك مرحلتان في برنامج UltraLuch. في المرحلة الأولى ، تم تحقيق زيادة في تشبع الأشعة السينية بمقدار 4.5 كيلو فولت بقوة 10 مللي جول ، وثبت أن هذه الأشعة يمكنها نقل نبضات من خلال أجسام صلبة غير شفافة ، مثل الحاويات. في المرحلة الثانية ، من المخطط تطوير قوة أعلى من ليزر الأشعة السينية لمدة 36 شهرًا ، لتشخيص أشعة جاما وإنشاء المعلمات اللازمة لتضخيم إشعاع جاما عند استخدامه على المواد الصلبة مع عدد كبير من ذرات.
تقنية مدمجة للأشعة فوق البنفسجية
يجب أن يكون الجيش قادرًا على اكتشاف وتحديد الأسلحة الكيميائية والبيولوجية التي قد تكون في ترسانة العدو. لكن طرق الكشف الحديثة كبيرة وثقيلة وتتطلب أيضًا قدرًا كبيرًا من الطاقة. لمعالجة أوجه القصور هذه ، بدأت داربا في تطوير برنامج مدمج لتكنولوجيا الأشعة فوق البنفسجية المتوسطة. النتائج المزمع الحصول عليها في إطار هذا البرنامج ستجعل الكشف عن الأسلحة البيولوجية والكيميائية والتعرف عليها باستخدام تقنيات الليزر أكثر فعالية. يمكن الكشف عن الأحماض الأمينية والجزيئات البيولوجية الأخرى باستخدام الموجات فوق البنفسجية متوسطة الطول الموجي ، لذلك يمكن تحديد هذه العناصر إذا تم استخدام هذا النوع من الأسلحة.
توجد بالفعل تقنيات الليزر للكشف عن NMP داخل الأشعة فوق البنفسجية في أشعة الليزر الكبيرة ، على وجه الخصوص ، في KrF (248 نانومتر). الليزر الصغير (نظام الكشف عن النقاط البيولوجية) قيد الاستخدام حاليًا على مستوى الكتيبة الكيميائية. ولكن ، كما هو مذكور أعلاه ، كل هذه الأنظمة باهظة الثمن وكبيرة الحجم ، لذا فهي غير ملائمة للاستخدام على نطاق واسع.لذلك ، سيتم تقديم البرنامج الذي تقترحه الوكالة في اتجاهين رئيسيين: مع اتجاه LED من 250-275 نانومتر وطاقة خرج 100 ميغاواط ، بالإضافة إلى ليزر بقوة 10 ميغاواط وتوجيه 220-250 ني. سيهدف الجزء الرئيسي من البرنامج إلى حل المشكلات المرتبطة بالحد من ترتيب مجموعة من النتريد كأشباه موصلات للموجات فوق البنفسجية المتوسطة والقصيرة.
سيمكن تنفيذ هذا البرنامج من إنشاء أجهزة مدمجة يمكنها الكشف عن التلوث الكيميائي والبيولوجي ، على سبيل المثال ، في الماء.
برامج DARPA الواعدة في المجال الطبي … وتشمل هذه المشاريع وكالة العلاجات الشبيهة بغسيل الكلى (DLT) ، والمنصات النانوية In Vivo ، والمسابك الحية ، وتكنولوجيا الواجهة العصبية الموثوقة.
العلاجات الشبيهة بغسيل الكلى (DLT)
غالبًا ما تكون العدوى التي تسببها البكتيريا نتيجة لتسمم الدم (تعفن الدم) ، والذي يمكن حتى لجندي مصاب بجروح طفيفة أن يموت. الإدارة العسكرية الأمريكية قلقة للغاية بشأن هذه القضية ، لذلك أصدرت تعليماتها لتطوير تقنية جديدة لتنقية الدم من البكتيريا. بدأت DARPA العمل في تطوير مشروع بقيمة 10 مليون دولار. هدفها الرئيسي هو إنشاء جهاز محمول يمكن من خلاله إزالة الدم الملوث من الجسم ، وتنظيفه من المواد الضارة باستخدام مرشحات خاصة ، ثم إعادة الدم النظيف بالفعل إلى الجسم. يشبه هذا الجهاز في وظيفته غسيل الكلى.
حاليًا ، يجري تطوير أجهزة استشعار للمواد المسببة للأمراض ، والتي ستوقف السموم الفيروسية والبكتيرية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تطوير تقنيات لفصل هذه المكونات عن الدم. يجب أن تكون الخطوة التالية هي إجراء اختبار للتحقق من فعالية هذا الجهاز. في النهاية ، يجب الحصول على آلة محمولة تقوم بإجراء تحليل مفصل لكامل حجم الدم في وقت واحد ، مما سيسمح باكتشاف ظهور الفيروسات والسموم في مرحلة مبكرة.
ستكون هذه التكنولوجيا ذات أهمية كبيرة للاستخدام المدني ، لأنه بمساعدتها سيكون من الممكن إنقاذ مئات وآلاف الأرواح كل عام.
في Vivo Nanoplatforms
جميع أنواع الأمراض تحد من الاستعداد القتالي للجنود وتسبب تكاليف كبيرة للقسم العسكري على الرعاية الصحية. لكن في الوقت الحالي ، تعتبر التقنيات الحالية لتشخيص الأمراض باهظة الثمن وتستغرق وقتًا طويلاً. لذلك ، فإن التشخيص والعلاج الأسرع ضروريان في الجيش الحديث.
بدأت DARPA في تطوير مشروع واعد آخر يسمى "In Vivo Nanoplatforms". يتلخص جوهرها في إنشاء فئة جديدة من الجسيمات النانوية المعدة لاستشعار موحد ودقيق لجسم الإنسان ، وكذلك لعلاج أنواع مختلفة من الأمراض المعدية والتشوهات الفسيولوجية.
في الواقع ، يهدف البرنامج إلى تطوير كبسولة نانوية توفر مراقبة مستمرة لحالة جسم الإنسان.
الكبسولة النانوية عبارة عن جسيم كروي مجوف ، يتكون غلافه من الدهون الفوسفورية أو البوليمرات. يوجد داخل هذه الكبسولة مادة منخفضة الوزن الجزيئي. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تتكون القشرة من جزيئات DNA منظمة بطريقة معينة ، سيليكات الكالسيوم أو هيدروكسيباتيت.
يمكن أن يوفر استخدام الجسيمات النانوية إدارة مستهدفة للأدوية أو التركيبات الجينية لتركيبة معينة (هرمونات أو إنزيمات). ومن أجل إيصال الكبسولة النانوية "إلى وجهتها" ، سيتم تجهيز غلافها بمستقبلات أو مستضدات.
تم اختبار البرنامج في مارس 2012. من المتوقع أن تتم الموافقة على استخدامه في الخريف.
المسابك الحية
تعتمد الهندسة الحديثة على تطورات خاصة مضنية ، ولا يتم الحصول على النتائج إلا بعد تكرار المحاولة والخطأ. وفي كثير من الأحيان ، لا يسمح لك العمل في مشروع واحد بالبدء في العمل على مشروع آخر. نتيجة لذلك ، تم تخصيص عشرات السنين ومئات الملايين من الدولارات لمشروع الهندسة الحيوية واحد.إن تحسين تقنيات الهندسة الحيوية سيجعل من الممكن حل المشكلات المعقدة التي لا يوجد لها حاليًا حل على الإطلاق ، أو لديها العديد من الحلول في وقت واحد.
تم تصميم برنامج Living Foundries الجديد التابع لـ DARPA لإنشاء إطار بيولوجي جديد لتصميم أنظمة بناء البيولوجيا البشرية وتوسيع نطاق تعقيدها. يهدف البرنامج إلى تطوير تقنيات وتقنيات جديدة تجعل من الممكن حل المشكلات التي لم يتم حلها من قبل. على وجه الخصوص ، سيكون من الممكن تحديد الاستعداد الجيني لشخص ما لأمراض معينة ، لتصحيح وظائف الخلايا والجسم ككل.
من ناحية أخرى ، قد يبدو أنه لا يمكن إنشاء مثل هذه التقنيات ، لكن إمكانية الإنتاج الضخم للمواد البيولوجية والأدوية الجديدة تبدو مغرية.
تقنية موثوقة للواجهة العصبية
أثبت تطوير وبحوث الأطراف الاصطناعية العصبية ، ولا سيما غرسات القوقعة الصناعية (آذان صناعية) ، أن جسم الإنسان يدرك هذه المادة. بمساعدة هذه الأطراف الاصطناعية ، تمت استعادة الوظائف المفقودة للعديد من الأشخاص. على الرغم من أن الأطراف الاصطناعية التي يمكن ربطها بالجهاز العصبي البشري واعدة جدًا ومهمة لقسم الحرب ، إلا أن هناك عائقين رئيسيين وأساسيين يمنعان استخدام مثل هذه الغرسات في بيئة سريرية. كلا العائقين مرتبطان بدقة نقل المعلومات. على سبيل المثال ، لم يتم تكييف جهاز عصبي صغير محمول للحصول على معلومات دقيقة من الخلايا العصبية لسنوات عديدة. بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكن لهذه الأطراف الاصطناعية استخدام الإشارات المستقبلة والتحكم فيها بسرعة عالية.
تهتم الوكالة بحل هاتين المشكلتين بحيث يمكن وضع الأطراف الاصطناعية في الاستخدام السريري. وبالتالي ، سيكون شفاء الجنود الجرحى أسرع ، على التوالي ، سيكونون قادرين على العودة إلى الخدمة بشكل أسرع.
بادئ ذي بدء ، يهدف البرنامج إلى فهم سبب عدم قدرة الغرسات على العمل بشكل موثوق لعدة سنوات. من المخطط إجراء بحث حول معلمة التفاعل بين الأنظمة اللاأحيائية والأحيائية. بالإضافة إلى ذلك ، سيتم إنشاء نظام جديد يتضمن معلومات حول كيفية نقل المعلومات من الخلايا العصبية إلى الأطراف الاصطناعية.
يمكن القول أن هذه التكنولوجيا سيكون لها أيضًا تطبيقات مدنية واسعة النطاق.
برامج DARPA الموجهة نحو التنمية أنظمة المراقبة.
صناعة التصوير الحراري منخفضة التكلفة
نظام الرؤية الحرارية له العديد من التطبيقات العسكرية. لكن حتى الآن ، هذا النظام مكلف للغاية ، لذا فإن تطبيقه ليس كبيرًا بالقدر اللازم. تقدم DARPA برنامجًا لتطوير جهاز تصوير حراري فعال من حيث التكلفة. وفقًا لتأكيدات المطورين ، من الممكن تمامًا دمج أجهزة التصوير الحراري هذه في أجهزة الاتصال والهواتف المحمولة. تم تخصيص 13 مليون دولار للتطوير. علاوة على ذلك ، يجب أن يتم الانتهاء من المشروع في موعد لا يتجاوز ثلاث سنوات بعد.
المتطلبات الرئيسية للجيل الجديد من أجهزة التصوير الحرارية هي سعر منخفض نسبيًا - حوالي 500 دولار. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تكون دقة الصورة الناتجة 640 * 480 بكسل على الأقل ، ويجب أن تكون زاوية المشاهدة 40 درجة أو أكثر ، ويجب أن يكون استهلاك الطاقة أقل من 500 ملي واط.
تعتمد تقنية التصوير الحراري الجديد على استخدام الأشعة تحت الحمراء ، والتي تساعد على التمييز بين الأجسام الدافئة والباردة في الطيف اللوني. وبالتالي ، يمكن استخدامها ليس فقط في الظروف العادية ، ولكن أيضًا في حالة ضعف الرؤية وفي الليل.
تلك المصورات الحرارية الموجودة اليوم كبيرة ومكلفة. يجب أن يقال أيضًا أنه إذا نجح البحث ، فستكون النتائج قادرة على استخدام ليس فقط المنظمات العسكرية ، ولكن أيضًا المنظمات المدنية.تذكر أن تطورات DARPA مثل تقنية النص التشعبي والواجهة الرسومية قد تم تطويرها أيضًا في الأصل لأغراض عسكرية.
بنيات FOV واسعة متقدمة لإعادة بناء الصورة واستغلالها
تعد القدرة على الرؤية لمسافة أبعد ، بمزيد من الوضوح في جميع الظروف ، أحد عوامل التسيير الناجح للعمليات القتالية. هناك حاجة لزيادة مجال الرؤية ، والقدرة على الرؤية بشكل متساوٍ أثناء النهار والليل ، بشرط ألا تكون الكاميرا باهظة الثمن. يكمن السبب الرئيسي لهذه الحاجة في تزويد الجنود بأدوات التخيل المتاحة لزيادة فعاليتهم القتالية ، أي كاميرات الصور والفيديو. لذلك ، أطلقت DARPA برنامج Advanced Wide FOV Architectures for Image Reconstruction and Exploitation (AWARE) ، المصمم لمعالجة هذه الأنواع من المشاكل.
سيكون نظام التصور الجديد ، الذي تم التخطيط للحصول عليه كجزء من تنفيذ هذا البرنامج ، مضغوطًا وخفيف الوزن للغاية. يفترض زيادة في مجال الرؤية ودقة عالية وصور عالية الجودة في أي ظروف جوية ، ليلاً أو نهارًا على مسافة كبيرة. فهو يجمع ما يزيد عن 150 كاميرا في عدسة واحدة. تم تصميم النظام لإنشاء صور بدقة تتراوح من 10 إلى 50 جيجا بكسل - هذه الدقة تتجاوز بشكل كبير النطاق المرئي للعين البشرية.
سيتم تصميم الأنظمة الأولى من هذا القبيل للنشر على الأجسام الأرضية ، وستزيد من مسافة الرؤية ، وقابلية التشغيل ، والرؤية النهارية والليلية ، وتأسيس القدرة على البحث عن هدف ، وضمان استخدام مجموعة كبيرة من أجهزة الاستشعار.
هذه الأجهزة لها أهمية عسكرية كبيرة ، حيث يمكن استخدامها لأغراض مثل الاستهداف والاستشعار والمراقبة المستمرة.
في الوقت الحاضر ، يتم تكديس أي منتج عسكري تقريبًا بالمكونات الإلكترونية والدوائر الدقيقة والرقائق وما إلى ذلك. لذلك ، تهدف الكثير من برامج داربا إلى التطوير والتحسين قاعدة المكون … من بين هذه البرامج ما يلي: Intrachip Enhanced Cooling؛ سلامة وموثوقية الدوائر المتكاملة ؛ ثورة كفاءة الطاقة لتقنيات الحوسبة المدمجة ؛ تصنيع نانوي وغيرها.
التبريد المحسن داخل الرقاقة
أدت الزيادة في عدد المكونات في الإلكترونيات الحديثة إلى رفع مستوى التدفئة وتبديد الطاقة إلى ارتفاعات غير مسبوقة. في الوقت نفسه ، لا يزال من المستحيل الحد من ارتفاع درجة الحرارة دون زيادة حجم ووزن الأنظمة الإلكترونية نفسها. لم يعد استخدام التبريد عن بعد ، والذي يجب أن تنتقل فيه الحرارة من الرقائق إلى الهواء ، فعالاً.
لذلك ، بدأت DARPA في تطوير برنامج يسمى Intrachip Enhanced Cooling (ICECOOL) ، والذي يسعى للتغلب على قيود التبريد عن بعد. سيقوم البرنامج بدراسة مستوى التسخين داخل الرقائق باستخدام السيليكون لهذا الغرض. تهدف الوكالة إلى إثبات أن التبريد لا يقل أهمية عن تصميم الشريحة مثل باقي المكونات. يفترض المشروع أن التبريد الداخلي سيتم تركيبه إما مباشرة في الدائرة المصغرة ، أو في الفجوة الدقيقة بين الرقائق.
في حالة اكتماله بنجاح ، سيوفر المشروع فرصة لتقليل مستوى كثافة الشريحة نفسها وأنظمة التبريد ، والتي ستكون فعالة للغاية في إنشاء جيل جديد من الأنظمة الإلكترونية.
تقنيات الإدارة الحرارية
أدت التحسينات الهامة في تكامل التكنولوجيا والنظام إلى زيادة كبيرة في مستوى استهلاك الطاقة من قبل الجيش. زاد مستوى استهلاك الطاقة بينما انخفض حجم الدوائر الدقيقة. هذا تسبب في ارتفاع درجة حرارة هذه الأنظمة. لذلك ، أطلقت DARPA برنامج تقنيات الإدارة الحرارية ، الذي يشارك في دراسة وتحسين المواد النانوية الجديدة مع نظام المشتت الحراري ، والتي من المخطط استخدامها في إنتاج الدوائر الدقيقة. يتطور البرنامج في خمسة مجالات رئيسية: التكنولوجيا الدقيقة لتبريد المبادلات الحرارية ، والتبريد النشط للوحدات ، وتقنية الأنابيب الحرارية الملائمة ، ومضخمات الطاقة الحديثة ، والمبردات الكهروحرارية.
وبالتالي ، فإن الجهود الرئيسية للبرنامج تهدف إلى تطوير وإنشاء موزعات حرارة عالية الأداء تعتمد على التبريد على مرحلتين واستبدالها لسبائك النحاس ، والتي تستخدم حاليًا في الأنظمة ؛ زيادة مستوى التبريد الحراري عن طريق تقليل المقاومة الحرارية ؛ تطوير مواد وهياكل جديدة يمكن أن تقلل من التدفئة ؛ دراسة تقنيات التبريد باستخدام الوحدات الكهروحرارية.
ثورة كفاءة الطاقة لتقنيات الحوسبة المدمجة
كانت معظم أنظمة المعلومات العسكرية الحالية محدودة من حيث قوة الحوسبة بسبب قيود الطاقة الكهربائية والحجم والوزن ومشاكل التبريد. هذا التقييد له تأثير سلبي كبير على الإدارة التشغيلية للإدارات العسكرية ، لأن أنظمة الاستخبارات والاستطلاع ، على سبيل المثال ، تجمع معلومات أكثر مما يمكن معالجته في الوقت الفعلي. لذلك ، اتضح أن الذكاء غير قادر على توفير البيانات القيمة المطلوبة في وقت معين.
أنظمة معالجة المعلومات الحالية قادرة على معالجة 1 جيجا بايت من البيانات في الثانية ، بينما ، وفقًا للجيش ، هناك حاجة إلى 75 ضعفًا. لكن المعالجات الحديثة وصلت بالفعل إلى أقصى حد لها في عملية زيادة السعات دون زيادة استهلاك الطاقة. تم تصميم برنامج ثورة كفاءة الطاقة في DARPA لتقنيات الحوسبة المدمجة (PERFECT) لتوفير كفاءة الطاقة التي تحتاجها.
يوفر البرنامج لتحقيق زيادة في قدرة معالجة المعلومات بمقدار 75 مرة. يمكن أن يتيح تطبيق هذا البرنامج إنشاء هواتف ذكية يمكنها العمل لأسابيع ، أو أجهزة كمبيوتر محمولة ، ستحتاج بطاريتها إلى الشحن بقدر ما تزود السيارة بالوقود.
التصنيع النانوي القائم على نصيحة
الوكالة تنفق الكثير على تطوير تكنولوجيا النانو. ولكن على الرغم من حقيقة أن المفاهيم الأساسية في تطويرها معترف بها على أنها ضرورية ، لا تزال هناك مشاكل في إنتاجها الضخم.
الهدف من برنامج التصنيع النانوي المستند إلى الطرف هو التحكم في جودة إنتاج المواد النانوية - الأسلاك النانوية والأنابيب النانوية والنقاط الكمومية ، والتي تتضمن التحكم في حجم واتجاه وموضع كل منتج. يتضمن البرنامج الجمع بين التحكم والتقنيات المبتكرة ، وبالتالي إنشاء درجات حرارة عالية وتدفقات عالية السرعة ومجالات كهرومغناطيسية قوية مماثلة للتكنولوجيا الضوئية.
في الوقت الحالي ، من المستحيل التحكم في عملية التصنيع بالنانو. تم عرض تقنيات معينة في السنوات الأخيرة ، ولكن جميعها لها عيوب كبيرة. لذلك ، على سبيل المثال ، في إنتاج الأنابيب النانوية ، من الممكن التحكم فقط في نموها ، ولكن ليس حجمها واتجاهها. عند إنشاء النقاط الكمومية ، من المستحيل إنشاء مصفوفة كبيرة ذات تجانس عالٍ.
إذا اكتمل المشروع بنجاح ، فستكون نتائجه مهمة للغاية لإنتاج المنتجات النانوية.
سلامة وموثوقية الدوائر المتكاملة
توجد دوائر متكاملة في قلب العديد من الأنظمة الإلكترونية التي تم تطويرها لصالح وزارة الدفاع الأمريكية. في الوقت نفسه ، تستخدمهم الإدارة العسكرية بحذر شديد ، قلقًا بشأن سلامة هذه الأنظمة. نظرًا لأنه في سياق عولمة السوق ، يتم تصنيع معظم الدوائر الدقيقة في مؤسسات غير قانونية ، فهناك خطر من أن الدوائر التي تم الحصول عليها لأنظمة الإدارة العسكرية لن تلبي المواصفات ، وبالتالي لن تكون موثوقة.
تسعى DARPA ، كجزء من برنامج تكامل وموثوقية الدوائر المتكاملة (IRIS) ، إلى تطوير طرق يمكنها التحقق من وظائف كل شريحة دون تدميرها. يتضمن نظام هذه الأساليب التعرف المتقدم على أجهزة الدوائر تحت الميكرون العميق ، وكذلك الطرق الحسابية لتحديد العلاقة بين الأجهزة.
بالإضافة إلى ذلك ، يوفر البرنامج إنشاء طرق مبتكرة لنمذجة الأجهزة وإجراء عمليات تحليلية تهدف إلى تحديد موثوقية الدوائر المتكاملة عن طريق اختبار عدد صغير من العينات.
برنامج Leading Edge Access
كما ذكرنا سابقًا ، يتم تصنيع معظم الرقائق المستخدمة في الولايات المتحدة خارج الدولة. هذا الوضع ، في رأي الأمريكيين ، خبيث. أولاً ، يساهم الافتقار إلى الوصول إلى التقنيات المتقدمة في تدفق الموظفين المؤهلين تأهيلا عاليا من الدولة. ثانيًا ، لا تثق وزارة الدفاع كثيرًا في مثل هذه الدوائر الدقيقة.
يعتبر البحث في مجال تكنولوجيا أشباه الموصلات ذا أهمية كبيرة لإدخال التطورات التكنولوجية ليس فقط في الهياكل التجارية ، ولكن أيضًا في القسم العسكري. لذلك ، أطلقت الوكالة برنامجًا جديدًا يسمى برنامج Leading Edge Access ، والذي يهدف إلى تزويد الجامعات والصناعة والوكالات الحكومية بتكنولوجيا أشباه الموصلات العسكرية المتقدمة. كل هذا يتم على أمل العودة المبكرة لإنتاج الرقائق إلى أمريكا.
تشمل تطبيقات التكنولوجيا المتقدمة الاستبدال الرقمي للدوائر المتكاملة التناظرية أو المختلطة ، والدوائر المتكاملة المساعدة ذات الإشارات المختلطة ، والحلول لمشكلة السرعة العالية والطاقة المنخفضة للمحولات التناظرية إلى الرقمية والمعالجات متعددة النواة. في وقت معين ، ستزود الدائرة العسكرية الوكالة بمشاريع جديدة. ستكون معايير الاختيار الرئيسية هي حداثة التصميم ، وإمكانية التطبيق في الصناعة العسكرية ، فضلاً عن إمكانية التعبئة الناجحة للكفاءة التشغيلية.
متنوع يمكن الوصول إليه غير متجانسة
واحدة من المشاكل الرئيسية التي تعيق تطوير تكنولوجيا الكمبيوتر في الوقت الحالي هي أن الدوائر الدقيقة يجب أن تكون مصنوعة من مواد مختلفة. تعمل DARPA على تطوير برنامج متنوع غير متجانس يمكن الوصول إليه ، والهدف منه هو إنشاء منصة واحدة جديدة من السيليكون يتم من خلالها إنشاء جيل جديد من الرقائق الدقيقة. وبالتالي ، وفقًا للمطورين ، يجب أن يتغلب التكامل غير المتجانس على عدد من المشكلات الخطيرة المرتبطة بعملية نقل البيانات ، وتحديد كثافة المركبات غير المتجانسة ، وإنشاء نظام درجة الحرارة الأمثل وتحسين النظام الأساسي الجديد للإنتاج بالجملة.
في حالة التطوير الناجح ، يمكن استخدام المنصة غير المتجانسة في صناعات مثل الدوائر الكهروضوئية الدقيقة وأنظمة الاستشعار البصري والمولدات الضوئية للإشارات التعسفية وأجهزة التصوير الحرارية متعددة الموجات مع معالجة الصور المتكاملة وقراءة المعلومات.
ستكون نتائج البرنامج مهمة للاستخدام المدني أيضًا ، لأن إنشاء نظام أساسي عالمي سيساعد في جعل أجهزة الكمبيوتر تعمل بشكل أسرع وأكثر كفاءة.
حوسبة عالية الأداء في كل مكان
من بين التطورات في الوكالة ، هناك برنامج يقترب من عملية إنشاء أجهزة الكمبيوتر عمليا من الصفر - "الحوسبة عالية الأداء في كل مكان". يركز على تصميم وتطوير التقنيات التي توفر الأسس لإنشاء أجهزة كمبيوتر ذات استهلاك منخفض للطاقة ، وحماية من الهجمات الإلكترونية وبأداء أفضل. بالإضافة إلى ذلك ، يفترض البرنامج أن مثل هذه الحواسيب ستكون أسهل بكثير من حيث البرمجة ، بحيث يمكن حتى للمتخصصين ذوي الخبرة القليلة القيام بذلك.
ستكون أجهزة الكمبيوتر هذه أكثر موثوقية وكفاءة من خلال تحسين أنظمة قابلة للتطوير وقابلة للبرمجة بشكل كبير. تشارك في هذا المشروع هياكل جادة مثل جامعة ماساتشوستس التكنولوجية و Intel و NVIDIA. وبالتالي ، يمكن القول أن هذا البرنامج هو أحد أكثر التطورات طموحًا في DARPA.
بالإضافة إلى ذلك ، تعمل الوكالة بنشاط على تطوير دوائر دقيقة ثلاثية الأبعاد متكاملة.تعد الدوائر الدقيقة حاليًا واحدة من النقاط الرئيسية للإلكترونيات الدقيقة. ولكن في مواجهة أحجام الرقائق المتناقصة باستمرار ، تواجه تقنيات أشباه الموصلات الحديثة العديد من المشكلات المحددة والأساسية. لذلك ، على الرغم من النجاح الكبير الذي حققته أشباه الموصلات ، يبحث المطورون عن أنواع جديدة من الدوائر الدقيقة للأغراض العامة والتي سيكون لها أداء أعلى.
سيؤدي إنشاء دائرة متكاملة ثلاثية الأبعاد إلى فتح فرص كبيرة لتطوير أسرع وأكثر كفاءة لتكنولوجيا الكمبيوتر ، حيث سيتم التغلب على قيود البعدين. بعد كل شيء ، وصل التقدم إلى نقطة التطور عندما تكون الدوائر الدقيقة معقدة للغاية بحيث لا يوجد ببساطة مجال للتوصيلات الضرورية على شريحة ثنائية الأبعاد.
إن إنشاء دائرة كهربائية دقيقة ثلاثية الأبعاد ، مع جميع المشكلات المرتبطة بتطبيقها العملي ، سيجعل من الممكن جعل التقنيات أكثر إحكاما.
تقنية دقيقة لتحديد المواقع والملاحة والتوقيت
لعقود عديدة ، تم دمج نظام تحديد المواقع العالمي ، أو GPS ، في معظم معدات الملاحة العسكرية. وبالتالي ، تعتمد العديد من أنواع الأسلحة على البيانات المتعلقة بالموقع واتجاه السفر ووقت الرحلة وما شابه ذلك من المعلومات التي يرسلها النظام. لكن مثل هذا الاعتماد يمكن أن يخلق مشاكل كبيرة ، لأنه في ظروف الاستقبال أو التشويش الصعب للإشارة ، لن تعمل الأسلحة التي تتطلب اتصالًا مستمرًا بالنظام.
بدأت DARPA في تطوير برنامج التكنولوجيا الدقيقة لتحديد المواقع والملاحة والتوقيت (MICRO-PNT) ، والذي يتمثل جوهره في إنشاء تقنيات تسمح لك بالعمل دون اتصال بالإنترنت. القضايا الرئيسية للتثبيت في هذه المرحلة هي الحجم والوزن والقوة. سيخلق البحث الناجح جهازًا واحدًا يجمع بين جميع الأجهزة الضرورية: مقاييس التسارع ، والساعات ، والمعايرة ، والجيروسكوبات. يجب أن توفر المعايرة المجهرية استهدافًا أكثر دقة عن طريق تصحيح الخطأ الداخلي.
في عام 2010 ، بدأ البحث في تطوير التكنولوجيا الدقيقة المتعلقة بإنشاء ساعات عالية الدقة وأدوات تعمل بالقصور الذاتي.
يهدف تطوير البرنامج في المقام الأول إلى زيادة النطاق الديناميكي لأجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي ، وتقليل خطأ الساعة ، وكذلك تطوير الرقائق الدقيقة لتحديد موضع ومسار الحركة.
إذا كان البرنامج قيد التنفيذ ، تخيل خرائط Google في مترو الأنفاق.
