未来战场纤维“智变”:“悬丝问脉”不再是传说

发布:2017-09-22点击: 字体:[]

制图:刘广琛

未来战场上的纤维“智变”

陈永忠 张敏

你可曾想过,看似轻盈柔软的纤维,竟是富国强军的重要战略资源?随着纳米技术、电子信息技术等一系列前沿技术的发展及运用,如今的智能纤维,能够灵敏感知外部环境和内部状态的变化,并做出快速的信息处理和应激反应。一个可以把人体、自然界与虚拟世界“牵线拉媒”的“大纤维”时代即将到来。

信息化战争既是高技术装备之战,更是高性能材料之战,即便是普通的纺织纤维目前也已成为仅次于钢铁材料的第二大军需装备品,是保证部队战斗力的重要基础。如今,军事防护服装对防弹防刺、防电磁辐射、调节温度等提出了较高要求,信息化时代武器装备的发展也对具备隐身化、低能耗的新型复合纤维材料提出了迫切需求。

“悬丝问脉”不再是传说

说起纤维,人们一定会联想到柔韧性极佳的纤细物质。从棉麻桑罗到基本膳食,作为构成物质和生命体基本组成的纤维,早已融入我们的衣食住行。如今,纤维还是那个纤维,但其内涵早已悄然蜕变。就拿《超能陆战队》中的机器人“大白”来说,这个外形柔软却能经受碾压摔打的未来机器人,它的“筋骨”其实就是由碳纤维制成的。

如今,能赋予纤维感知和信息处理功能,使传统织物拥有生命和智能的“大纤维”革命正在到来。所谓“大纤维”,是指在材料、信息、机械、生物、能源等多学科领域交叉融合与技术突破的基础上,研制出以智能、超性能、绿色环保为主要特征,可对传统产业集群产生颠覆性和革命性改进的新一代智能纤维。一旦这种纤维研制成功,或将成为一种连接人体、自然界与虚拟世界的有机载体,实现“悬丝问脉”也就不再是传说。

长期以来,人们对于纤维材料在社会经济和国防安全领域的关注度就从未消减。早在上个世纪50年代,为了解决导弹耐高温、耐腐蚀等技术难题,美国研制出一种黏胶基新型纤维材料。冷战时期,以碳纤维为代表的新型纤维材料属于政治敏感材料,西方世界为保持在高技术产品上的领先地位甚至对其采取了禁运,足见其重要的战略价值。

冷战结束后,随着对军用服装面料和武器装备功能的延伸性拓展,以新型纤维为代表的新技术和新材料再次得到各军事大国的高度重视。德国早在2014年就确立了名为“未来纺织”的国家级战略项目,将传统纤维纺织技术与新材料进一步结合打造出全新的产品,甚至还将新型纤维作为工业4.0的“急先锋”。与此同时,美国也随即提出“革命性织物和纤维”概念,具备高性能、多功能和智能化的纤维成为产业升级的核心议题。

把智慧“穿”在身上

且不说新型智能纤维对未来武器装备革新所发挥的巨大效能,单是穿在身上就能测量心率、体温等生命体征信息以及动作、姿势等运动信息的智能外衣;可在长途跋涉行军过程中减重4.5公斤的特殊外骨骼,都离不开智能纤维的“缜密心思”。未来,除满足防风保暖、美观舒适等基本需求外,智能纤维材料还将派生出节能环保、智能通信等一系列新功能,真可谓把智慧“穿”在了身上。

智能纤维是一种能对温度、光、电产生感应和信息处理的“智慧”纤维,就如同我们穿在体外的神经纤维一般。人们已经把智能纤维的研究重点集中在储能、导电、传感、发光以及纤维骨架混凝土、纤维电机、纤维柔性肌肉甚至植入式器官等诸多领域。目前,已经出现了形形色色的新型智能纤维,它们将在未来深刻改变我们的生活。

在可穿戴设备领域,除了用新型智能纤维取代传统的电子传感器件外,人们还尝试利用智能纤维实现人体与电子设备的直接交流。未来具有诸多功能的智能纤维,甚至可作为设计和生产的工具。既然能用纤维进行沟通交流,那么它们可以识别声音吗?研究人员利用纤维震动采集对应的电子信息,成功研究出了能“听懂”声音的纤维材料,以后人们甚至可以直接借助集成了智能纤维的衣物听音乐,在战场上它也将成为单兵作战系统的重要组成部分。

关于纤维的“智变”还远不止这些。研究人员目前已经研制出一种能主动感知外界环境并做出相应反应的智能纤维,可以根据环境需要发光发热甚至变形变色,不仅将为人们日常生活衣物的选择增添无穷的“色彩”,也可在战场伪装中发挥出独特的作用。此外,智能纤维不仅能发光变色,还可以储能发电。当然,还有利用带有黏附功能纤维做成的手套,只要戴上它就可以“飞檐走壁”,变身现实版的“蜘蛛侠”。

新型纤维引发战场“智变”

虽然新型智能纤维的诸多应用目前还处在实验室阶段,但因物联网和人工智能在纺织业的应用延伸而备受关注,势必会掀起一场纤维领域的“智慧革命”。

未来,具备智能感知和信息处理能力的新型纤维或将实现智能纤维与真实世界的有机融合,不仅将深刻改变我们未来的生活,更将引领未来战争作战样式的“智变”。

现代高技术战场上的新型常规武器、核生化武器和新概念武器对士兵造成的伤害日益严重,防护服装已成为军人与战场上各种伤害因素之间的最后一道防线。随着军事技术的发展,人们对防护服装的要求不仅是单纯抵御严寒、酷暑,还要具备防火、防弹、伪装性能以及抵御核、生物和化学战争等诸多特殊性能。对此,各军事大国都在积极开展高性能新型纤维研究,以充分适应未来战争的作战需求。目前已经出现包括超高分子量聚乙烯纤维、“蜘蛛丝”高分子蛋白纤维等新型纤维材料,具有强度大、弹性好、柔软质轻等优良性能,不仅可以作为单兵的防护衣料、头盔和防弹材料,还可为直升飞机等装备增加一层“金钟罩”一般的装甲防护板。

新型纤维材料的使用不仅能降低重量,还能有效提升隐身效能。目前,已有包括F-22隐身战斗机、B-2隐身轰炸机等在内的多种先进战机,采用新型纤维吸波材料,进而拥有了高隐身、高机动、长寿命等先进作战性能。可以预见,未来随着更加轻质高效纤维材料的诞生,不仅可以进一步减轻装备重量提升作战效能,还将使单兵作战负荷得到大幅度降低。

更为重要的是,具备了感知、信息处理甚至是发光发电等功能的新型智能纤维材料,将成为军事物联网时代的“弄潮儿”。未来战场无人感知、电子信息标签、单兵生命监测等各类物联网设备皆有可能采用智能纤维作为载体,势必对未来物联网军事应用产生重大影响。

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