הפרויקטים הצבאיים האמריקאים המבטיחים ביותר, שהשימוש בהם אפשרי למטרות שלום
לפיתוח הציוד הטכנולוגי של הכוחות הצבא והמדע, מוקצים מדי שנה כספים של מיליוני דולרים. סוכנות המחקר לפרויקטים של הגנה מתקדמת, המוכרת יותר בקיצור האמריקאי שלה - DARPA, עוסקת בהתפתחויות בתחום זה. סוכנות זו היא המחברת של המצאות כמו אינטרנט, GPS ומטוסי התגנבות, שיש להם חשיבות רבה לא רק לצבא, אלא גם לאזרחים מן השורה.
נכון לעכשיו, הסוכנות מפתחת מספר לא מבוטל של פרויקטים שיכולים להיות להם גם השפעה ניכרת על האנושות, רק אם הם יורשו להיכנס לייצור תעשייתי.
נכון לעכשיו, DARPA מקדישה תשומת לב רבה לפיתוח של מערכות לייזר … בין תוכניות הסוכנות ניתן למצוא את התוכניות הבאות: אקסקליבור, ארכיטקטורה למערכת לייזר אנרגיה גבוהה דיודה, אולטרה קרן וטכנולוגיה קומפקטית אולטרה סגולה.
אקדח מודרך לייזר בגודל קטן אקסקליבר
הצבא תמיד מודאג מאוד משימוש בנשק המושלם במלחמה עירונית. אך על מנת לצייד מטוסים ומל טים בנשק לייזר, יש צורך שמידותיו יהיו מספיק קומפקטיות ויעילות הרבה יותר מהמערכות הקיימות כיום והן מותקנות על פלטפורמות גדולות. DARPA החלה בפיתוח מערכת נשק לייזר קומפקטית ורבת עוצמה לשימוש במטוסים ובמטוסים אחרים.
בעבר, הדרך הקלה ביותר לייזר לייזר הייתה שימוש במיכלים גדולים של כימיקלים פעילים רעילים. בפרט, לייזר כזה מותקן על בואינג 747, אך שימוש במכשיר כה גדול כנשק על מטוס תקיפה או מטוס קרב הוא לפחות לא מעשי.
תותח הלייזר החדש של אקסקליבר הרבה יותר קל וקומפקטי. באופן סכמטי, האקדח הזה מורכב ממספר רב של לייזרים, בלתי תלויים זה בזה. לפיכך, ניתן להקטין את גודל הפולטים עצמם. יש לשלב פולטים אלה לקורה אחת מבלי לאבד את כוחה. הודות לעקרון זה, כמות האנרגיה הנצרכת מופחתת באופן משמעותי. אבל לתותח יש גם חסרונות מסוימים. לכן, בפרט, ישנן מספר בעיות הקשורות בשילוב קרניים רבות לאחת, בעלות בהירות גבוהה והתפלגות נמוכה. הפרעות, עקיפה והשפעות לא לינאריות אחרות הן מכשולים להשגת זאת. לכן, על מנת לפתור בעיה זו, היוצרים השתמשו באנלוגי של אנטנת המערך השלבי, המשמשת במכ מים המודרניים ומאפשרת לא רק למקד את הקורה, אלא גם לתקן את זווית ההסטה שלה מבלי לסובב את האנטנה. את עצמו.
עד סוף השנה, הסוכנות מבטיחה להפגין תותח לייזר אב טיפוס בהספק של 3 קילוואט בלבד. אך למערכת שהושלמה תהיה הספק גבוה בהרבה (כ -100 קילוואט). לפיכך, ניתן להשתמש בו להתקפות מדויקות נגד מטרות אוויר וקרקע.ומכיוון שמשקל האקדח יהיה נמוך פי 10 מהלייזרים הקיימים כיום, ניתן להתקין את האקסקליבר כמעט על כל פלטפורמה צבאית מבלי לפגוע במאפייני הלחימה שלהם.
ארכיטקטורה למערכת לייזר באנרגיה גבוהה של דיודה
התוכנית החדשה הנוספת של הסוכנות, אדריכלות למערכת לייזר באנרגיה גבוהה (ADHEL), מוקדשת לחקר אורכי קרן לייזר חדשים בתהליך יצירת דור חדש של לייזרים קומפקטיים, בעלי יעילות גבוהה ואנרגיה גבוהה. ניתן לשלב מערכות כאלה על כלי רכב טקטיים מוטסים, בפרט על מזל טים.
התוכנית מיועדת בעיקר לפיתוח טכנולוגיות להשגת קרני לייזר בעלות עוצמה גבוהה ובהירות, עם סטייה של קרן נמוכה.
התוכנית מיועדת ל -36 חודשים ומורכבת משני שלבים. בשלב הראשון, מתוכנן ללמוד את שילוב הקרן הספקטראלית והקוהרנטית. השלב השני מתמקד לחלוטין ביצירת קרן ספקטרלית של יעילות ועוצמה גבוהה. המטרה הסופית של הפרויקט היא להשיג מבנה עקיפה למערכת שתפעל בגלי לייזר ארוכים בקנה מידה של מערכות ברמה HEL של 100 קילוואט.
Ultra Beam
הסוכנות מבצעת בימים אלה מספר פרויקטים לשיפור לייזר. אז אחת התוכניות האלה היא "Ultra Beam", שמטרתה ליצור לייזר עם קרינת גמא. בשלב הראשון של ההתפתחות כבר הושגו תוצאות מסוימות - לייזרים רנטגן נוצרו בתנאי מעבדה, בהם אנרגיית הפוטון הייתה 4.5 keV, מה שמוכיח את העובדה שללייזר גמא הוא עניין של העתיד הקרוב. להתפתחות זו יש גם חשיבות אזרחית, שכן ניתן להשתמש בלייזר גמא קומפקטי ביעילות רבה יותר בטיפול בהקרנות ואבחון.
הייחודי במאפייניו לייזר רנטגן, שהטכנולוגיה שלו פותחה על ידי DARPA, יכול לתרום לפיתוח מקורות קומפקטיים במעבדה עם בהירות גבוהה של קרינה קוהרנטית, אשר כתוצאה מכך יאפשר להציג תלת מימד מודלים של תאים חיים.
ישנם שני שלבים בתוכנית UltraLuch. בשלב הראשון הושגה עלייה ברוויית קרני הרנטגן ב -4.5 keV בעוצמה של 10 mJ, והוכח כי קרניים אלו יכולות להעביר פולסים דרך אובייקטים מוצקים אטומים, למשל מכולות. בשלב השני, מתוכנן לפתח עוצמה גבוהה יותר של לייזר רנטגן למשך 36 חודשים, לאבחן קרני גמא ולקבוע את הפרמטרים הדרושים להגברת קרינת גמא בעת השימוש בה על חומרים במצב מוצק עם מספר רב של אטומים.
טכנולוגיה קומפקטית באמצע אולטרה סגול
הצבא חייב להיות מסוגל לזהות ולזהות נשק כימי וביולוגי שעשוי להיות בארסנל האויב. אבל שיטות הגילוי המודרניות גדולות וכבדות, והן גם דורשות כוח רב. כדי לטפל בחסרונות אלה, DARPA החלה בפיתוח תוכנית טכנולוגית קומפקטית אולטרה סגולה. התוצאות, המתוכננות להתקבל במסגרת תוכנית זו, יהפכו את הגילוי והזיהוי של נשק ביולוגי וכימי באמצעות טכנולוגיות לייזר ליעילות יותר. ניתן לזהות חומצות אמינו ומולקולות ביולוגיות אחרות באמצעות גלי אולטרה סגול באורך בינוני, כך שניתן לזהות אלמנטים אלה אם משתמשים בנשק מסוג זה.
טכנולוגיות לייזר לאיתור NMP קיימות כבר בתוך קרניים אולטרה סגולות בלייזרים גדולים, בפרט ב- KrF (248 ננומטר). לייזרים קטנים (מערכת זיהוי נקודות ביולוגיות) נמצאים כיום בשימוש ברמת הגדוד הכימי. אך, כפי שצוין לעיל, כל המערכות הללו כה יקרות וגדולות, כך שהן לא נוחות במיוחד לשימוש נרחב.לכן, התוכנית המוצעת על ידי הסוכנות תוצג בשני כיוונים עיקריים: עם כיוון LED של 250-275 ננומטר והספק פלט של 100 mW, וכן לייזרים בהספק של 10 mW ואוריינטציה של 220-250 ni. עיקר התוכנית מכוונת לפתור את הבעיות הקשורות בהגבלת הסידור של קבוצת ניטרידים כמוליכים למחצה של גלי אולטרה סגול בינוניים.
יישום תוכנית זו יאפשר ליצור מכשירים קומפקטיים שיכולים לזהות זיהום כימי וביולוגי, למשל במים.
התוכניות המבטיחות של DARPA ב תחום רפואי … אלה כוללים פרויקטים של סוכנות דיאליזה דמויית תרפיה (DLT), In Vivo Nanoplatforms, Living Foundries, Reliable Neural-Interface Technology.
טיפולים דמויי דיאליזה (DLT)
זיהומים הנגרמים על ידי חיידקים הם לרוב תוצאה של הרעלת דם (אלח דם), ממנה אפילו חייל פצוע קל יכול למות. המחלקה הצבאית האמריקאית מודאגת מאוד מהנושא, ולכן הונחה לפתח טכנולוגיה חדשה לטיהור דם מחיידקים. DARPA החלה בעבודות פיתוח על פרויקט של 10 מיליון דולר. מטרתו העיקרית היא ליצור מכשיר נייד שבעזרתו ניתן יהיה להסיר דם מזוהם מהגוף, לנקות אותו מחומרים מזיקים באמצעות מסננים מיוחדים, ולאחר מכן להחזיר לגוף דם נקי כבר. מכשיר זה דומה לתפקודו לדיאליזה בכליות.
נכון לעכשיו, מתפתח פיתוח חיישנים לחומרים פתוגניים, שיעצרו רעלים ויראליים וחיידקיים. בנוסף, מפותחות טכנולוגיות להפרדת רכיבים אלה מהדם. השלב הבא צריך להיות ביצוע בדיקה כדי לאמת את יעילותו של מכשיר זה. בסופו של דבר, יש להשיג מכונה ניידת שתבצע ניתוח מפורט של כל נפח הדם בכל פעם, שתאפשר גילוי הופעת וירוסים ורעלים בשלב מוקדם.
לטכנולוגיה כזו תהיה חשיבות רבה לשימוש אזרחי, מכיוון שבעזרתה ניתן יהיה להציל מאות ואלפי נפשות מדי שנה.
ב- Vivo Nanoplatforms
כל מיני מחלות מגבילות את מוכנות הלחימה של החיילים וגורמות לעלויות משמעותיות למחלקה הצבאית בנושא בריאות. אך נכון לעכשיו, הטכנולוגיות הקיימות לאבחון מחלות הן לרוב יקרות וגוזלות זמן. לכן, האבחון והטיפול המהיר יותר שלהם נחוצים בצבא מודרני.
DARPA החלה בפיתוח פרויקט מבטיח נוסף בשם "In Vivo Nanoplatforms". מהותו מסתכמת ביצירת סוג חדש של חלקיקים המיועדים לחישה אחידה ומדויקת של גוף האדם, כמו גם לטיפול בסוגים שונים של מחלות זיהומיות וחריגות פיזיולוגיות.
למעשה, התוכנית מכוונת לפתח ננו -קפסולה שתספק ניטור רציף אחר מצבו של גוף האדם.
ננו -קפסולה היא חלקיק כדורי חלול, שקליפתו עשויה מפוספוליפידים או פולימרים. בתוך הקפסולה יש חומר בעל משקל מולקולרי נמוך. בנוסף, הקליפה יכולה להיות עשויה ממולקולות DNA המאורגנות בצורה מסוימת, סידן סיליקט או הידרוקסיאפטיט.
השימוש בננו -חלקיקים יכול לספק מתן תרופות ממוקד או מבנים גנטיים של הרכב מסוים (הורמונים או אנזימים). וכדי להעביר את הננו -קפסולה "ליעד", מעטפתה תהיה מצוידת בקולטנים או באנטיגנים.
התוכנית נבדקה במרץ 2012. הוא צפוי להיות מאושר לשימוש בסתיו.
יציקות חיות
ההנדסה המודרנית מבוססת על פיתוחים מיוחדים ומוקפדים, והתוצאות מתקבלות רק לאחר ניסוי וטעייה חוזרים. ולעתים קרובות, עבודה על פרויקט אחד אינה מאפשרת לך להתחיל לעבוד על פרויקט אחר. כתוצאה מכך, עשרות שנים ומאות מיליוני דולרים מוקצים לפרויקט הנדסת ביו אחד.שיפור טכנולוגיות ההנדסה הביולוגית יאפשר לפתור בעיות מורכבות שכרגע או שאין להן פתרון כלל, או שיש להן מספר פתרונות בבת אחת.
התוכנית החדשה של DARPA ליצוקי חי נועדה ליצור מסגרת ביולוגית חדשה לתכנון מערכות בניית ביולוגיה אנושית ולהרחיב את מורכבותן. התוכנית מכוונת לפיתוח טכנולוגיות וטכניקות חדשות שיאפשרו לפתור בעיות שטרם נפתרו. במיוחד ניתן יהיה לקבוע את הנטייה הגנטית של האדם למחלות מסוימות, לתקן את תפקודי התאים והגוף בכללותו.
מצד אחד, אולי נראה שלא ניתן ליצור טכנולוגיות כאלה, אך עצם האפשרות לייצר המוני חומרים ותרופות ביולוגיות חדשות נשמעת מפתה.
טכנולוגיית ממשק עצבי אמינה
פיתוח ומחקר של תותבות עצביות, בפרט, שתלים שבלוליים (אוזניים מלאכותיות), הוכיחו כי גוף האדם תופס חומר זה. בעזרת תותבות כאלה, תפקודים שאבדו שוחזרו לאנשים רבים. למרות שתותבות הניתנות לחיבור למערכת העצבים האנושית מבטיחות וחשובות מאוד עבור מחלקת המלחמה, ישנם שני מכשולים עיקריים ומהותיים שמונעים שימוש בשתלים כאלה במסגרת קלינית. שני המכשולים קשורים לדיוק העברת המידע. לדוגמה, מכשיר עצבי נייד מיניאטורי לא הותאם לקבלת מידע מדויק מתאי עצב במשך שנים רבות. בנוסף, תותבות כאלה אינן יכולות להשתמש באותות שהתקבלו ולשלוט בהן במהירות גבוהה.
הסוכנות מעוניינת לפתור את שתי הבעיות הללו כך שניתן יהיה להשתמש בפרוטזות בשימוש קליני. כך התאוששותם של חיילים פצועים תהיה מהירה יותר, בהתאמה, הם יוכלו לחזור לשירות הרבה יותר מהר.
ראשית, התוכנית מכוונת להבין מדוע שתלים אינם יכולים לשרת באופן אמין במשך מספר שנים. מתוכנן לערוך מחקר על פרמטר האינטראקציה בין מערכות ביוטיות לביוטיות. בנוסף, תיווצר מערכת חדשה שתכלול מידע על אופן העברת המידע מתאי עצב לתותבות.
ניתן לטעון כי לטכנולוגיה זו יהיו גם יישומים אזרחיים נרחבים.
התוכניות הממוקדות לפיתוח של DARPA מערכות מעקב.
ייצור הדמיה תרמית בעלות נמוכה
למערכת הראייה התרמית יש יישומים צבאיים רבים. אך עד כה מערכת זו יקרה ביותר, כך שהיישום שלה אינו גדול ככל שצריך. DARPA מציעה תוכנית לפיתוח דימוי תרמי חסכוני. על פי הבטחות המפתחים, בהחלט ניתן לשלב מדממים תרמיים כאלה בתקשורת וטלפונים ניידים. לפיתוח הוקצו 13 מיליון דולר. יתר על כן, השלמת הפרויקט אמורה להתבצע לא יאוחר משלוש שנים לאחר מכן.
הדרישות העיקריות לדמיון תרמי מהדור החדש הן מחיר נמוך יחסית - כ -500 דולר. בנוסף, הרזולוציה של התמונה המתקבלת חייבת להיות לפחות 640 * 480 פיקסלים, זווית הצפייה חייבת להיות 40 מעלות ומעלה וצריכת החשמל צריכה להיות פחות מ -500 מיליוואט.
הטכנולוגיה של הדמיה התרמית החדשה מבוססת על שימוש בקרינה אינפרא אדומה, המסייעת להבחין בין חמים לאובייקטים קרים בספקטרום הצבעים. לפיכך, ניתן להשתמש בהם לא רק בתנאים רגילים, אלא גם בראייה ירודה ובלילה.
אותם דימוי תרמי שקיימים כיום הם גדולים ויקרים. יש גם לומר שאם המחקר יצליח, התוצאות יוכלו להשתמש לא רק בארגונים צבאיים, אלא גם באזרחים אזרחיים.נזכיר כי פיתוחים מסוג DARPA כמו טכנולוגיית היפר -טקסט וממשק גרפי פותחו במקור גם לצרכים צבאיים.
ארכיטקטורות FOV רחבות ומתקדמות לשחזור תמונות וניצול
היכולת לראות רחוק יותר, עם בהירות רבה יותר בכל התנאים, היא אחד הגורמים לביצוע מוצלח של פעולות לחימה. יש צורך להגדיל את שדה הראייה, את היכולת לראות לא פחות טוב במהלך היום והלילה, בתנאי שהמצלמה לא יקרה. הסיבה העיקרית לצורך זה נעוצה במתן חיילים כלי ויזואליזציה זמינים להגברת יעילות הלחימה שלהם, במילים אחרות, מצלמות צילום ווידיאו. לכן, DARPA השיקה את התוכנית Advanced Wide FOV Architectures For Reconstruction and Exploitation Image (AWARE), שנועדה לטפל בבעיות מסוג זה.
מערכת ההדמיה החדשה, המתוכננת להתקבל כחלק מיישום תוכנית זו, תהיה קומפקטית וקלה במיוחד. הוא מניח עלייה בשדה הראייה, ברזולוציה גבוהה ותמונות באיכות גבוהה בכל תנאי מזג אוויר, יום או לילה במרחק ניכר. הוא משלב מעל 150 מצלמות בעדשה אחת. המערכת נועדה ליצור תמונות ברזולוציה של 10 עד 50 ג'יגה -פיקסל - רזולוציה זו חורגת משמעותית מהטווח הנראה לעין האנושית.
המערכות הראשונות מסוג זה יתוכננו לפריסה על אובייקטים קרקעיים, הן יגדילו את מרחק הראייה, יכולת התפעול, ראיית היום והלילה, יבססו את היכולת לחפש מטרה ויבטיחו שימוש בקבוצה גדולה של חיישנים.
למכשירים כאלה יש חשיבות צבאית רבה, שכן ניתן להשתמש בהם למטרות כגון מיקוד, חישה ומעקב קבוע.
כיום, כמעט כל מוצר צבאי עמוס ברכיבים אלקטרוניים, מעגלים מיקרו, שבבים וכו '. לכן, די הרבה תוכניות DARPA מכוונות לפתח ולשפר בסיס רכיבים … בין תוכניות כאלה ניתן למצוא את הבאים: קירור משופר Intrachip; יושרה ואמינות של מעגלים משולבים; מהפכת צריכת החשמל לטכנולוגיות מחשוב משובצות; Nanofabrication מבוססת טיפ ואחרים.
קירור משופר Intrachip
הגידול במספר הרכיבים באלקטרוניקה המודרנית העלה את רמת החימום ופיזור הכוח לגבהים חסרי תקדים. יחד עם זאת, עדיין אי אפשר להגביל את עליית הטמפרטורה מבלי להגדיל את הנפח והמשקל של המערכות האלקטרוניות עצמן. השימוש בקירור מרחוק, בו יש להוליך חום מהשבבים לאוויר, אינו יעיל עוד.
לכן, DARPA החלה בפיתוח תוכנית בשם Intrachip Enhanced Cooling (ICECOOL), המבקשת להתגבר על מגבלות הקירור מרחוק. התוכנית תלמד את רמת החימום בתוך השבבים באמצעות סיליקון לשם כך. הסוכנות שואפת להוכיח כי קירור חשוב בעיצוב השבב כמו שאר הרכיבים. הפרויקט מניח כי הקירור הפנימי יותקן ישירות במעגל המיקרו, או בפער המיקרו בין השבבים.
אם יושלם בהצלחה, הפרויקט יספק הזדמנות להפחית את רמת הצפיפות של השבב עצמו ומערכות הקירור, שיהיו יעילות מאוד ליצירת דור חדש של מערכות אלקטרוניות.
טכנולוגיות ניהול תרמי
שיפורים ניכרים בטכנולוגיה ובשילוב המערכת הביאו לעלייה ניכרת ברמת צריכת האנרגיה של הצבא. רמת צריכת החשמל גדלה ואילו גודל המעגלים המצטמצמים ירד. זה גרם למערכות אלה להתחמם יתר על המידה. לכן, DARPA השיקה את תוכנית טכנולוגיות הניהול התרמי, העוסקת במחקר ואופטימיזציה של חומרי ננו חדשים עם מערכת גוף קירור, המתוכננים לשמש בייצור מעגלים מיקרו. התוכנית מתפתחת בחמישה תחומים עיקריים: מיקרו -טכנולוגיה לקירור מחליפי חום, קירור פעיל של מודולים, טכנולוגיית צינור חום מותאם, מגברי כוח מודרניים, מצננים תרמו -אלקטריים.
לפיכך, עיקר המאמצים של התוכנית מכוונים לפיתוח ויצירת מפיצי חום בעלי ביצועים גבוהים המבוססים על קירור דו פאזי והחלפתם לסגסוגות נחושת, המשמשות כיום במערכות; הגדלת רמת הקירור התרמי על ידי הפחתת ההתנגדות התרמית; פיתוח חומרים ומבנים חדשים שיכולים להפחית את החימום; לימוד טכנולוגיות קירור באמצעות מודולים תרמו -אלקטריים.
מהפכת צריכת החשמל לטכנולוגיות מחשוב משובצות
רוב מערכות המידע הצבאיות הנוכחיות הוגבלו מבחינת כוח המחשוב בשל מגבלות בכוח החשמל, בגודל ובמשקל ובעיות הקירור. למגבלה זו יש השפעה שלילית משמעותית על הניהול המבצעי של מחלקות צבאיות, מכיוון שלמשל מערכות מודיעין וסיור אוספות מידע רב יותר ממה שניתן לעבד בזמן אמת. לכן, מסתבר שהאינטליגנציה אינה מסוגלת לספק נתונים יקרי ערך הנדרשים בזמן מסוים.
מערכות עיבוד מידע קיימות מסוגלות לעבד נתונים של 1 ג'יגה -בייט בשנייה, בעוד שלפי הצבא יש צורך פי 75 יותר. אך מעבדים מודרניים כבר הגיעו למקסימום שלהם בתהליך הגדלת הקיבולת מבלי להגדיל את צריכת החשמל. מהפכת יעילות הכוח של DARPA לטכנולוגיות מחשוב משובצות (PERFECT) נועדה לספק את יעילות האנרגיה הדרושה לך.
התוכנית קובעת הגדלת יכולת עיבוד המידע פי 75. יישום תוכנית זו יכול לאפשר יצירת סמארטפונים שיכולים לעבוד במשך שבועות, או מחשבים ניידים, שאת סוללתם יהיה צורך לטעון לעתים קרובות ככל שתדלק את המכונית.
ייצור ננו מבוסס טיפ
הסוכנות משקיעה רבות בפיתוח הננוטכנולוגיה. אך למרות העובדה כי מושגי היסוד בהתפתחותם מוכרים כנדרשים, עדיין יש בעיות בייצור ההמוני שלהם.
מטרת תכנית הננו -ייצור המבוססת על טיפ היא לבסס שליטה על איכות הייצור של חומרי הננו - חוטי ננו, צינורות ונקודות קוונטיות, הכוללת שליטה על הגודל, המיקום והמיקום של כל מוצר. התוכנית כוללת שילוב שליטה עם טכנולוגיות חדשניות, ובכך ליצור טמפרטורות גבוהות, זרימות במהירות גבוהה ושדות אלקטרומגנטיים רבי עוצמה הדומים לטכנולוגיה אופטית.
נכון לעכשיו, אי אפשר לשלוט בתהליך ייצור הננו. טכניקות מסוימות הוכחו בשנים האחרונות, אך לכולן יש חסרונות משמעותיים. כך, למשל, בייצור ננו -צינורות אפשר לשלוט רק בצמיחתם, אך לא בגודלם ובהתמצאותם. בעת יצירת נקודות קוונטיות, אי אפשר ליצור מערך גדול עם הומוגניות גבוהה.
אם הפרויקט יושלם בהצלחה, תוצאותיו יהיו חשובות ביותר לייצור מוצרי ננו.
תקינות ואמינות של מעגלים משולבים
לבם של רבות מהמערכות האלקטרוניות שפותחו עבור משרד ההגנה האמריקאי הן מעגלים משולבים. במקביל, המחלקה הצבאית משתמשת בהם בזהירות יתרה, ודואגת לשלמות המערכות הללו. מכיוון שבהקשר של גלובליזציה של השוק, רוב המעגלים המיקרו -מיוצרים במפעלים בלתי חוקיים, קיימת סכנה שהמעגלים שנרכשו עבור מערכות המחלקה הצבאית לא יעמדו במפרט, ובהתאם, לא יהיו אמינים.
DARPA, כחלק מתוכנית Integrity and Reliability of Integrated Circuits (IRIS), מבקשת לפתח שיטות שיכולות לאמת את הפונקציות של כל שבב מבלי להרוס אותו. המערכת של שיטות אלה כוללת זיהוי מתקדם של מכשירים במעגלים תת -מיקרונים עמוקים, וכן שיטות חישוביות לקביעת הקשר בין מכשירים.
בנוסף, התוכנית מספקת יצירת שיטות חדשניות למידול מכשירים ולביצוע תהליכים אנליטיים שמטרתם לקבוע את האמינות של מעגלים משולבים על ידי בדיקת מספר קטן של דגימות.
תוכנית גישה מובילה
כפי שצוין לעיל, רוב השבבים המשמשים בארצות הברית מיוצרים מחוץ למדינה. מצב העניינים הזה, לדעת האמריקאים, מזיק. ראשית, חוסר הגישה לטכנולוגיות מתקדמות תורם ליציאת כוח אדם מוסמך מאוד מהארץ. שנית, משרד ההגנה אינו סומך יותר מדי על מעגלים כאלה.
למחקר בתחום הטכנולוגיה של מוליכים למחצה יש חשיבות רבה להכנסת ההתפתחויות הטכנולוגיות לא רק במבנים מסחריים, אלא גם במחלקה הצבאית. לכן השיקה הסוכנות תוכנית חדשה בשם Leading Edge Access Program, שמטרתה לספק לאוניברסיטאות, לתעשייה ולסוכנויות ממשלתיות טכנולוגיה מתקדמת של מוליכים למחצה צבאיים. כל זה נעשה בתקווה לחזרה מוקדמת של ייצור השבבים בחזרה לאמריקה.
יישומי הטכנולוגיה המתקדמת כוללים החלפה דיגיטלית של מעגלים משולבים עם אנלוגי או מעורב, מעגלים משולבים עם אות מעורב, פתרונות לבעיית מהירות גבוהה והספק נמוך של ממירים אנלוגיים לדיגיטל ומעבדים מרובי ליבות. בזמן מסוים, המחלקה הצבאית תספק לסוכנות פרויקטים חדשים. קריטריוני הבחירה העיקריים יהיו החידוש של העיצוב, אפשרות היישום בתעשייה הצבאית, כמו גם הפוטנציאל לניוד מוצלח של יעילות מבצעית.
הטרוגנית נגישה מגוונת
אחת הבעיות העיקריות המעכבות כיום את המשך הפיתוח של טכנולוגיית המחשב היא שחייבים להכין מיקרו -מעגלים עבורם מחומרים שונים. DARPA מפתחת את התוכנית ההטרוגנית הנגישה המגוונת, שמטרתה ליצור פלטפורמת סיליקון אחת חדשה עליה ייווצרו שבבי מיקרו דור חדש. לפיכך, לדברי המפתחים, שילוב הטרוגני צריך להתגבר על מספר בעיות רציניות הקשורות בתהליך העברת הנתונים, לקבוע את צפיפות התרכובות הטרוגניות, לבסס את משטר הטמפרטורה האופטימלי ולייעל את הפלטפורמה החדשה לייצור המוני.
במקרה של התפתחות מוצלחת, ניתן להשתמש בפלטפורמה הטרוגנית בתעשיות כגון: מעגלים מיקרו אופטואלקטרונים, מערכות חישה אופטיות, מחוללים אופטיים של אותות שרירותיים, דימוי תרמי רב גלי עם עיבוד תמונה משולב וקריאת מידע.
תוצאות התוכנית יהיו חשובות גם לשימוש אזרחי, שכן יצירת פלטפורמה אוניברסלית תסייע לגרום למחשבים לעבוד מהר ויעיל יותר.
מחשוב בעל ביצועים גבוהים בכל מקום
בין ההתפתחויות של הסוכנות, קיימת תכנית המתקרבת לתהליך יצירת ציוד המחשב כמעט מאפס - "מחשוב בכל מקום גבוה". הוא מתמקד בעיצוב ופיתוח טכנולוגיות המספקות את היסודות ליצירת מחשבים בעלי צריכת חשמל נמוכה, הגנה מפני מתקפות סייבר ועם ביצועים גבוהים יותר. בנוסף, התוכנית מניחה שמחשבים כאלה יהיו הרבה יותר קלים מבחינת התכנות, כך שגם מומחים עם מעט ניסיון יכולים לעשות זאת.
מחשבים אלה יהיו אמינים ויעילים יותר על ידי שיפור מערכות ניתנות לתכנות, הניתנות לתכנות גבוה. מבנים רציניים כמו האוניברסיטה הטכנולוגית במסצ'וסטס, אינטל, NVIDIA לוקחים חלק בפרויקט זה. לפיכך, ניתן לטעון כי תוכנית זו היא אחת ההתפתחויות השאפתניות ביותר של DARPA.
בנוסף, הסוכנות עובדת באופן פעיל על פיתוח מעגלים תלת -ממדיים משולבים.נכון לעכשיו, מעגלים מיקרו הם אחד מנקודות המפתח של המיקרואלקטרוניקה. אך לנוכח גודל השבבים ההולך ופוחת, טכנולוגיות מוליכים למחצה מודרניות מתמודדות עם בעיות ספציפיות ויסודיות רבות. לכן, למרות ההצלחה הגדולה של מוליכים למחצה, מפתחים מחפשים סוגים חדשים של מעגלים מיקרו-כלליים בעלי ביצועים גבוהים יותר.
יצירת מעגל משולב תלת-ממדי תפתח הזדמנויות גדולות לפיתוח מהיר ויעיל יותר של טכנולוגיית המחשב, מאחר שתתגבר המגבלה של שני ממדים. אחרי הכל, ההתקדמות הגיעה לנקודת התפתחות כאשר המעגלים המיקרו-מורכבים כל כך, שפשוט אין מקום לחיבורים הדרושים על שבב דו-ממדי.
יצירת מעגל מיקרו תלת מימדי, עם כל הבעיות הכרוכות ביישום המעשי שלו, תאפשר להפוך את הטכנולוגיות לקומפקטיות יותר.
טכנולוגיית מיקרו למיקום, ניווט ותזמון
במשך עשרות שנים רבות, מערכת המיקום העולמית, או ה- GPS, מובנית ברוב ציוד הניווט הצבאי. לפיכך, סוגים רבים של כלי נשק תלויים בנתונים על מיקום, כיוון נסיעה, זמן טיסה וכדומה מידע המועבר על ידי המערכת. אבל תלות כזו יכולה ליצור בעיות גדולות, שכן בתנאים של קליטה קשה או חסימת אות, נשק הדורש תקשורת מתמדת עם המערכת לא יעבוד.
DARPA החלה בפיתוח התוכנית מיקרו-טכנולוגיה למיקום, ניווט ותזמון (MICRO-PNT), שעיקרה ליצור טכנולוגיות המאפשרות לך לעבוד במצב לא מקוון. סוגיות המפתח של המתקן בשלב זה הן גודל, משקל וכוח. מחקר מוצלח ייצור מכשיר יחיד שישלב את כל המכשירים הדרושים: מדי תאוצה, שעונים, כיול, ג'ירוסקופים. כיול מיקרוסקופי אמור לספק מיקוד מדויק יותר על ידי תיקון שגיאות פנימי.
בשנת 2010 החל מחקר בפיתוח המיקרוטכנולוגיה הקשורה ליצירת שעונים ומכשירי אינרציה דיוק גבוה.
פיתוח התוכנית נועד בעיקר להגדיל את הטווח הדינמי של חיישני אינרציה, לצמצם את שגיאת השעון, כמו גם לפתח שבבי מיקרו לקביעת המיקום והמסלול של התנועה.
אם התוכנית מיושמת, דמיינו לעצמכם את מפות Google ברכבת התחתית.
