ارتش آمریکا روی مواد عجیب جاذب نور برای فناوری‌های دفاعی آینده تحقیق می‌کند

ارتش آمریکا در حال بررسی نسل تازه‌ای از مواد جاذب و منتشرکننده نور است که می‌توانند در آینده به توسعه فناوری‌هایی مانند حسگرهای شیمیایی بسیار حساس و سامانه‌های تولید سوخت در محل کمک کنند.

این پروژه با همکاری دانشمندان آزمایشگاه تحقیقات ارتش آمریکا، وابسته به فرماندهی توسعه قابلیت‌های رزمی ارتش آمریکا، مؤسسه نظامی ویرجینیا و آکادمی نظامی آمریکا در وست‌پوینت انجام گردیده است.

نتایج این پژوهش در نشریه Inorganic Chemistry متعلق به انجمن شیمی آمریکا منتشر شده و تمرکز آن بر کروموفورهای مبتنی بر ایریدیوم است؛ موادی که می‌توان ویژگی جذب و انتشار نور آن‌ها را برای کاربردهای مشخص تنظیم کرد.

بر اساس اعلام آزمایشگاه تحقیقات ارتش، این فناوری در صورت توسعه بیشتر می‌تواند در تولید سوخت در محل یا ایجاد سامانه‌هایی برای شناسایی زودهنگام عوامل جنگ‌افزارهای شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد.

طراحی مولکول‌ها پیش از ساخت

ساخت مواد جدید معمولاً به آزمون و خطای فراوان نیاز دارد؛ به این معنا که پژوهشگران ابتدا ترکیبات مختلف را تولید می‌کنند و سپس ویژگی‌های آن‌ها را در آزمایشگاه مورد بررسی قرار می‌دهند.

تیم تحت رهبری آزمایشگاه تحقیقات ارتش رویکرد متفاوتی را دنبال کرده است. محققان با ترکیب مدل‌سازی رایانه‌ای و شیمی سنتزی دقیق، تلاش کردند رفتار یک مولکول را پیش از ساخت آن پیش‌بینی کنند.

در این روش، پژوهشگران از پارامترهای همت برای تنظیم سیستماتیک ویژگی‌های نوری کمپلکس‌های ایریدیوم استفاده کردند. این فرایند که با عنوان جداسازی اوربیتالی شناخته می‌شود، امکان کنترل دقیق‌تر نحوه جذب و انتشار نور توسط این مواد را فراهم می‌کند. دکتر توماس رورابو، دانشمند آزمایشگاه تحقیقات ارتش، گفت:

راهبرد طراحی ما نشان داد که می‌توان رفتار نوری مواد را به شکلی قابل پیش‌بینی مهندسی کرد.

به گفته رورابو، این شیوه می‌تواند جایگزینی منظم‌تر برای روش‌های سنتی مبتنی بر آزمون و خطا باشد و حتی قابلیت استفاده برای گروه‌های مختلفی از مواد را داشته باشد.

از حسگرهای شیمیایی تا تولید سوخت خورشیدی

کروموفورها به دلیل برهم‌کنش با نور، از اجزای مهم بسیاری از فناوری‌های پیشرفته به شمار می‌روند. ارتش آمریکا اعلام کرده است که نسخه‌های پیشرفته این مواد می‌توانند در حوزه‌هایی مانند نمایشگرهای OLED، تولید سوخت خورشیدی و ساخت حسگرهای شیمیایی بسیار حساس کاربرد داشته باشند.

یکی از کاربردهای احتمالی در حوزه دفاعی، شناسایی عوامل جنگ‌افزارهای شیمیایی است. موادی که واکنش نوری آن‌ها با دقت قابل تنظیم باشد، می‌توانند در ساخت حسگرهای بسیار حساس به کار گرفته شوند و امکان تشخیص سریع‌تر مواد خطرناک را فراهم کنند.

تولید سوخت نیز یکی دیگر از زمینه‌هایی است که ارتش آمریکا به آن اشاره کرده است. رورابو گفت این مواد ممکن است در فناوری‌هایی نقش داشته باشند که سوخت را در محل مصرف تولید می‌کنند و در برخی محیط‌های عملیاتی، نیاز به جابه‌جایی و تأمین سوخت را کاهش می‌دهند.

با این حال، پژوهش فعلی هنوز روی توسعه دانش پایه درباره فوتوفیزیک فلزات واسطه و طراحی موادی متمرکز است که رفتار نوری مشخص و قابل کنترل داشته باشند.

شکل‌گیری یک شبکه پژوهشی دفاعی

این پروژه حاصل همکاری طولانی‌مدت میان آزمایشگاه تحقیقات ارتش، مؤسسه نظامی ویرجینیا و آکادمی نظامی آمریکا در وست‌پوینت است. این همکاری از طریق برنامه پژوهشی Military College Faculty Fellowship و برنامه Davies Postdoctoral Research Fellowship پشتیبانی شده. پژوهشگران مؤسسه نظامی ویرجینیا تخصص خود را در زمینه شیمی سنتزی و محاسباتی ارائه کردند و آزمایشگاه تحقیقات ارتش نیز امکانات پیشرفته مربوط به تحلیل فوتوفیزیکی را در اختیار تیم قرار داد.

دکتر رایان گینور، پژوهشگر فوق‌دکتری آزمایشگاه تحقیقات ارتش، نیز در این پروژه مشارکت داشت. او بخشی از زمان خود را به آموزش دانشجویان دانشکده افسری در وست‌پوینت اختصاص می‌داد و در کنار آن، در تحلیل مواد مرتبط با تحقیقات ارتش فعالیت می‌کرد.‌ بر اساس اعلام آزمایشگاه تحقیقات ارتش، این همکاری موجب گسترش توانایی‌های پژوهشی مؤسسه نظامی ویرجینیا شده و از جمله به خرید یک طیف‌سنج جذب گذرا برای انجام مطالعات پیشرفته در زمینه ویژگی‌های نوری کمک کرده است.

ارتش آمریکا اکنون این همکاری را بخشی از یک شبکه گسترده‌تر پژوهشی در حوزه دفاعی می‌داند که مؤسساتی مانند آکادمی نیروی هوایی آمریکا، آزمایشگاه تحقیقات نیروی هوایی و مرکز تحقیق و توسعه مهندسی سپاه مهندسان ارتش آمریکا را نیز دربرمی‌گیرد.

دستاورد فعلی این پروژه هنوز به یک حسگر عملیاتی یا سامانه آماده تولید سوخت تبدیل نشده است. اهمیت اصلی پژوهش در ارائه روشی تازه برای طراحی مواد نهفته است؛ موادی که تعاملشان با نور را می‌توان با دقت بیشتری پیش‌بینی و کنترل کرد. چنین رویکردی در آینده می‌تواند مسیر توسعه مواد پیشرفته برای حوزه‌هایی مانند شناسایی مواد خطرناک، فناوری‌های انرژی و دیگر سامانه‌های نسل آینده را برای پژوهشگران دفاعی سریع‌تر کند.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.