美陸軍2018年十大科技進展

美國陸軍研究、發展與工程司令部作為陸軍的研究實驗室,肩負發現、創新和轉化科學技術解決方案,現代化陸軍部隊、支持未來士兵的使命。12月17日,該實驗室首席科學家亞歷山大·科特博士評選出陸軍科學家2018年十大科技進展。


美陸軍2018年十大科技進展


第1:馴服原子

原子核可以儲存巨大的能量。美陸軍研究人員及其國際合作夥伴發現了一種以可控方式從原子核中釋放能量的安全新方法,他們以一定的速度排列電子,使其可以被原子捕獲,刺激原子核以釋放能量。這種技術不是核反應,以前也沒有獲得過實驗驗證。該科學成果的發表標誌著美陸軍在尋找和獲得替代能源方面邁出重要一步。

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第2:人類訓練人工智能機器人或程序

陸軍科學家開發出名為Deep TAMER和 Cycle-of-Learning的人在環路中機器學習技術——新算法,可使機器人在與人類訓練員的互動中學習如何執行任務,極大提升機器人或計算機程序的學習速度,所需訓練數據也大幅減少。訓練員可通過多種方式教授人工智能體,包括演示驗證、實時干預、實時評估反饋。而使用這些新算法的人工智能載體則能有效解讀訓練員的行為,並快速學會如何在新環境中執行任務。

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第3:比TNT炸藥威力更大更安全的新炸藥

含能材料可能非常不穩定,易爆炸。美陸軍科學家研製出一種名為BODN的新型含能材料,其威力可能高出當前最常見的TNT炸藥50%。該材料具備可保持穩定性的分子特徵;它無毒,這一點與TNT炸藥不同;同時,它易於熔化以製造炮彈,這一點與TNT炸藥相同。研究人員還創造出一種具有成本效益的BODN合成工藝。

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第4:具備極強力量的跳躍機器人

美陸軍贊助的一項研究發現了生物系統跳得更高、更遠的一般原理:將能量貯存於採用閂鎖機制以實現突然釋放的弓或彈弓內,可放大肢體的最大投擲力。這種設計原理常見於利用彈性結構最大化動能的動植物、真菌和機器等。研究人員以此為基礎研製的跳躍機器人,未來可用於收集戰場情報,而不會被發現。

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第5:超強納米晶合金

美陸軍科學家研製出一種銅鉭納米晶合金,由平均大小約為50納米的晶粒排列成簇組成,可維持極高且統一的機械強度和微觀結構穩定性,能承受極端衝擊和溫度,是陸軍射彈或裝甲的潛在候選材料。

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第6:冷卻塗層抵擋沙粒侵襲

美陸軍常常需要面對灰塵沙粒爆炸導致設備過熱的情況。陸軍科學家開發出一種可抵擋沙粒侵蝕的新材料,這是一種隔熱材料,它塗覆於陸軍直升機發動機的渦輪葉片,可以使進入發動機的微小沙粒融化並粘附於其上,從而防止葉片過熱。這就為發動機的渦輪葉片提供了額外的保護,並使直升機可以保持飛行和戰鬥。

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第7:強X射線對燃氣輪機燃燒室內部進行成像

美陸軍科學家利用阿貢實驗室先進光子源(一部大型同步加速器),進行了一次對燃氣輪機燃燒室內霧化過程進行成像和測量的實驗。他們使用強X射線,有史以來第一次在燃燒室運轉過程中,對噴射器最頂端的噴霧破碎進行了成像。科學家表示,實驗獲得的新信息將有助於設計採用替代燃料的未來燃氣輪機燃燒室,開發具有更高功率密度和效率的發動機。

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第8:類腦計算機解決超複雜問題

傳統計算機在解決極端複雜問題(如整數分解問題)方面存在侷限性,可能需要幾年時間,才能實現對複合大整數的分解。網絡安全領域的一些最佳做法正是依賴於傳統計算機在此方面的侷限性。神經形態計算機與傳統計算機的運行原理完全不同。美陸軍一個研究團隊利用新型類腦計算機的大規模計算能力,發明了一種分解大整數的方法。這一進步可能有助於未來陸軍計算設備在電力、連接等受限環境下快速解決極其複雜的問題。

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第9:超帶寬超靈敏原子天線

人們每天都通過天線利用電磁波發送和接收數據。美陸軍科學家已利用激發至高能級(裡德伯態)的裡德伯原子,實現了遠高於較小型傳統天線的通信速率。裡德伯原子擁有一個高激發、近乎離化的電子,對電場(包括100兆赫到1太赫之間的微波電場)極其敏感,可用於研製超靈敏、高帶寬、微波通信天線。研究人員希望利用這種原子,開發出新型量子天線,使未來士兵可進行並行、快速通信。

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第10:以最低限度的失真傳輸量子信息

美陸軍科學家認為,未來士兵將廣泛使用強大的量子計算機和傳感器。他們需要通過“糾纏”來傳遞量子信息。當行進中的光子快速通過空氣或光纖時,(環境干擾會導致)糾纏失真。而如今,陸軍科學家發現了一種方法,可以通過操縱保持在局域的光子,恢復行進中光子的糾纏。他們表示,這是實現超安全戰場通信的重要一步。

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