2019年，美國軍方研究人員在科學和技術領域取得了進步。美國陸軍CCDC陸軍研究實驗室（The U.S. Army CCDC Army Research Laboratory）作為美國陸軍企業研究實驗室，其使命是發現、創新並轉變科學和技術，確保陸地戰略力量在軍事領域的主導地位。該實驗室首席科學家Alexander Kott博士代表實驗室從眾多科學技術進步項目中選擇了最能展示陸軍科學家和工程師們全年工作成果的10大科技進步！
1.士兵-機器人團隊
陸軍研究人員一直在開發新算法使機器人可以在未知環境中（如未來的戰場）自主運行。新算法可以創造機器人的大腦，使其能夠與不可預見的物體或在未知場景中進行交互，最終實現機器人與士兵在未來戰場上的團隊合作。
2.自修復材料
陸軍研究人員和德克薩斯州農工大學專家聯合開發了一種可3D打印的可逆交聯環氧樹脂。在室溫條件下，該交聯環氧樹脂在沒有受到任何額外刺激或使用癒合劑的情況下可自愈。這種材料的獨特化學性質使其在受到溫度刺激時也會變形。陸軍研究員正在探索這些材料能否用於重構軍用平臺，使其根據需要改變形狀。
3.用於定向通信的機器人陣列
陸軍研究小組開發了一種在複雜的物理環境中發送定向無線電信號的新方法。該團隊設計了小型機器人平臺，配有緊湊的低頻天線和人工智能，旨在創建一個自適應自組織定向天線陣列的系統。儘管在低頻下不可能進行多向輻射，但此陣列配置可以發出全向輻射圖，可按需創建定向鏈接。具有緊湊型低頻天線的機器人與其他機器人協同工作可以使電磁場聚焦在所需方向上，使陣列更加集中，擴大範圍並提高可靠性。這一應用會使城市和地下的無線通信使用更加集中和有針對性。
4.人工智能識別節能材料
新算法機器人可以應對超出人類實驗能力之外最複雜的挑戰。美國康奈爾大學由軍方資助的研究人員開發了一種名為“晶體（CRYSTAL）”的系統，該系統可為士兵探索保持力量持久的新材料。CRYSTAL依賴於一組算法機器人對數十萬種組合和元素進行篩選。這樣龐大的數據篩選通過傳統實驗是無法獲得的。該系統能夠遵守物理和化學定律，識別下一代突破性材料，為未來戰場上的士兵提供裝備。對此，《材料研究學會通訊》（The Materials Research Society Communications）發表了一篇文章進行詳述。
5.人類興趣探測器
陸軍研究人員已經開發出一種人類興趣探測器，該探測器可以確定人們在看什麼，並解碼其大腦活動。研究人員通過監測腦電波跟蹤其神經性反應來評估在危險環境的諸多刺激因素下吸引士兵注意力的因素。研究人員表示，這將提高戰場上的態勢感知能力，使指揮官能夠做出更好的決策，最終提高士兵與未來人工智能合作的能力。
6.3D打印超強鋼
陸軍研究人員將一種最初由空軍研製的合金製成了粉末，並通過這種途徑開發出一種能3D打印超強鋼金屬零件的方法。3D打印機的激光通過一種名叫“Powder Bed Fusion”的方法選擇性地將粉末熔化並製成圖案，然後，打印機在建板上再塗上一層粉末，完成部件打印。打印完成的金屬外形就是一塊鋼，看上去如傳統鍛造一般，但這樣的鋼有複雜的設計特點，不能用模具製造，而且堅硬程度是常規鋼的1.5倍。陸軍研究小組組長Brandon McWilliams博士表示：“增材製造對可持續發展有著重大影響，只要有原材料和3D打印機，你就可以製造任何你需要的東西，不用擔心要購買一車車的備件。”
7.用氫氣按需發電
陸軍研究人員正在探索一種結構穩定的納米電鍍鋁基合金（Aluminium-based nanogalvanic alloys），該合金在無催化劑的情況下可以與任何水基液體反應並按需產生氫氣。研究人員們最初的設想就是使用藥片一樣大小的合金和些許水就可以產生能量。陸軍材料科學家Kris Darling博士表示：“想象一下，一群士兵在遠離基地的地方進行遠程巡邏，而恰巧電池沒電，他們又正急需打開無線通訊工具，這時一名士兵拿起藥片大小的合金，將其放入容器中，加入水或含水的液體，如尿液，合金“藥片”立即溶解，氫氣便會釋放到燃料電池中，為無線電提供即時能量。”
8.一種水基防火電池
馬里蘭大學和約翰Ÿ霍普金斯應用物理實驗室的陸軍研究人員開發了一種新型水基防火電池。軍事材料工程師Arthur von Wald Cresce博士表示：“士兵攜帶高能或高功率電池具有電池著火的風險，而我們的項目規避了這一風險。我們希望通過完善電池安全問題使士兵們可以隨心所欲地使用電池。”
這些含水鋰離子電池（aqueous lithium-ion batteries）使用了一種不易燃的水基溶劑，替代了鋰離子電池中高度易燃的電解液，同時還使用了熱穩定性較好的鋰鹽，因此擴大了該電池的存儲和使用溫度範圍。Cresce博士和研究團隊與馬里蘭大學科學家最開始合作研究了新型含水電解質，稱為“water-in-salt電解質”，並將其研究發現發表在《科學》雜誌上。
9.用生物識別接收器檢測士兵的健康和行為
陸軍研究人員正在研究如何通過開發獨特的生物識別接收器來實時監測士兵的健康和表現。這些生物接受器體積小，生產簡單，價格低廉，並且環保。一旦生物接受器集成到可佩戴的生物傳感器中，科學家們就可以有選擇地從血液、汗液或唾液等複雜的混合來源中收集數據。
10.塑料製成的人造肌肉
未來的軍事機器人將成為世界上最強大的機器人，而塑料製成的人造肌肉可以用來完善軍事機器人。陸軍研究員與佛羅里達農工大學-佛羅里達州立大學工程學院客座教授組成合作研究小組，該小組研究了塑料纖維彎折捲曲成彈簧時的反應。不同的刺激會使彈簧像人類肌肉一樣自然收縮或擴張。研究小組確定了達到預期人造肌肉性能指標的最佳材料性能，並開發技術和具體實施措施使人造肌肉可用於提高機器人的性能。
閱讀更多 前沿材料 的文章
