Американские ученые работают над созданием целой серии материалов, одежды, приспособлений, обеспечивающих не только защиту от пуль и взрывов, но и контролирующего состояние здоровья солдата и помогающего ориентироваться на местности. Остается надеяться, что и наши ученые не спят и думают о защите защитника отечества.

Институт солдатских технологий

При Массачусетском технологическом институте — одном из ведущих научно-исследовательских университетов мира — с 2002 года функционирует Институт солдатских нанотехнологий (The Institute for Soldier Nanotechnologies, ISN). Он был организован в рамках пятилетнего контракта МИТ и научно-исследовательского управления вооруженных сил США (сумма контракта — $50 млн). Проект был признан успешным, и контракт был продлен еще на пять лет.

Цель работы института — развитие и внедрение нанотехнологий в обеспечение армии, чтобы в конечном итоге кардинально снизить число жертв среди солдат при ведении военных действий.

Конечная цель — создание «армии XXI века», снабженной высокотехнологичным снаряжением, совмещающем в себе высокую функциональность, легкий вес и комфортность в использовании: некий пуленепробиваемый комбинезон, при этом толщиной комбинезона из спандекса, способный отслеживать состояние здоровья, облегчать боль при повреждениях и мгновенно реагировать на действие химических и биологических реагентов.

Наноплащ-нанопалатка

Сейчас эта картина выглядит фантастической, но в долгосрочной перспективе использование нанотехнологий может приблизить ее к реальности (см. об этом статью). Такое оборудование смогло бы защитить солдат как от вражеского оружия, так и от угроз окружающей среды, а также вовремя диагностировать естественные болезни.

Нанотехнологии, считают специалисты института, самый верный подход к созданию «обмундирования будущего». С одной стороны, в самой их идее заложена концепция миниатюризации оборудования, ключевого аспекта для снижения его веса. Уже сегодня, например, большой радиопередатчик, который нужно носить через плечо на ремне, уступает место «бирке» размером с пуговицу на воротнике. Традиционный непромокаемый плащ-палатка может быть заменен сверхтонким перманентным покрытием, которое можно нанести не только на одежду, но и на все вещи солдата. Кроме того, наномир живет по физическим законам, отличным от ньютоновских принципов макромира, поэтому потенциально в его условиях могут быть разработаны материалы и устройства с очень необычными свойствами.

Обмундирование будущего

Институт ведет исследования в пяти направлениях:

1) создание сверхлегких многофункциональных нановолокон и наноматериалов,

2) медобеспечение в обмундировании,

3) защита от взрывов,

4) разработка методов защиты от химического и биологического оружия и

5) интеграция наносистем в единую систему защиты.

В рамках первого направления ученые пытаются модифицировать поверхность обычных текстильных материалов с помощью нанослоев с заданными свойствами. Практически не увеличивая вес ткани, такие слои могут придать ей устойчивость перед угрозами агрессивной внешней среды. Кроме того, исследователи пытаются внедрять в поверхности так называемые квантовые точки — наноразмерные частицы полупроводников, свойства которых зависят от их размера, состава и морфологии. Их использование открывает возможности к созданию сверхлегких детекторов света, светоизлучателей и устройств хранения информации. Интегрированные в одежду солдата и связанные в единую систему, эти устройства могут помочь ему лучше ориентироваться в незнакомой среде. Кроме того, квантовые точки как сенсоры, распознающие состав среды: это важно для контроля состояния солдата, а также обнаружения химического и биологического оружия. Аналогичные цели преследует исследование возможностей модификации и интеграции углеродных нанотрубок, а также создание мультифункциональных наноматериалов с заданными свойствами.

Лечебные волокна, полезные в бою

Второе направление — интегрирование в обмундирование устройств, постоянно контролирующих состояние здоровья солдата, а также усовершенствование методов полевой медицины. В частности, этому могут помочь полимерные материалы с переменной гибкостью, которые в нужный момент могут стать шиной при переломах или ограничителем движения при повреждениях головы или шеи.

Дальнейшее развитие этих технологий — развитие методов оперативной диагностики опасных для жизни состояний и создание автоматической системы лечения — нанесения лекарственных препаратов на раны. Для этого разрабатываются волокна, содержащие бактерицидные и противовоспалительные вещества, которые они могут выделять при необходимости максимально оперативно и в условиях боя. Дальнейшие усовершенствования — внедрение тонких пленок белков, стимулирующих рост и заживление тканей. Методы разработки таких средств — объединение биоинформатики, генной инженерии, дизайна наноструктурированных материалов, синтез полимеров.

Нанодоставка лекарств в мозг

Рис. 1. Нанокапсула.

Кроме того, проект включает в себя усовершенствование методов посттравматического восстановления солдат, в частности, нанодоставку лекарств в мозг, перенесшего черепно-мозговую травму. Учитывая высокую смертность от взрывов, характерную для современных войн, институт ведет исследования воздействия взрывов и осколочных ранений на мозг человека и другие ткани, а также разработку материалов, способных защитить организм от его опасных последствий — сверхлегких высокопрочных полимеров. Кроме того, институт совершенствует методы детектирования опасных химических и биологических агентов в окружающей среде, а также методы защиты организма от их воздействия.

Специальное подразделение развивает возможности создания мультифункциональных материалов и устройств, совмещающих в себе все описанные выше важные свойства — от оптофизических до медицинских.