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05:18 23 September 2019
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    Russlands Exoskelett der Zukunft (Archiv)

    Smarte Stoffe liefern Strom und entlasten Soldaten

    © Sputnik / Natalja Seliwerstowa
    Technik
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    Wer von waffentechnischen Revolutionen spricht, meint meistens „Wunderwaffen“ wie Laser-Panzer oder KI-gesteuerte Kampfdrohnen. Ein wirklicher Umbruch aber kommt auf die Rüstungsindustrie in einem Bereich zu, der gar nicht nach High-Tech klingt. Das Portal „Army News“ berichtet von Spezialtextilien, die das Soldatenleben leichter machen.

    Wie hochtechnologisch eine Kampfmontur auch sein mag, die komplexe Technik solcher Systeme wie „Infanterist der Zukunft“ (Deutschland) oder „Ratnik“ (Russland) bringt nicht nur Möglichkeiten, sondern erzeugt auch Probleme: sie verbrauchen viel Strom.

    Gelöst wird das Energieproblem heute meistens durch Integration von Akkus in das Kleidungsgewebe, was jedoch ein weiteres Problem verursacht: Die Kleidung wird insgesamt schwerer, unbeweglicher. Bei starken Stößen kann die Elektronik Schaden nehmen, bei Feuchtigkeitskontakt kurzschließen.

    Smarte Stoffe können die Lösung sein. Gegenwärtig arbeiten mehrere Länder an der Entwicklung von High-Tech-Textilien, auch im Auftrag des Militärs. An die persönliche Gefechtsausrüstung der nächsten Generation stellen Streitkräfte besondere Anforderungen: Leicht zu tragen muss die Kampfkleidung sein, atmungsaktiv einerseits, aber auch antibakteriell, vor Keimen, Viren und sogar chemischen Kampfstoffen schützend.

    Hier kommen intelligente Stoffe als „zweite Haut des Menschen“ ins Spiel. Forscher arbeiten an Textilien mit elastischen Membranen, die aus Kohlenstoff-Röhrchen bestehen: „Fünftausend Mal dünner als ein menschliches Haar. Die Röhrchen wirken wie Kanäle für Luft und Wasserdampf, aber biologische Wirkstoffe blocken sie ab“, erklärt Anne M. Stark, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lawrence Berkeley National Laboratory laut dem Portal.

    Aufgebaut aus gebundenen C-Atomen können die Röhrchen als Grundlage für ein Gewebe genutzt werden, dessen Poren nur wenig größer sind als die Atome selbst. Sogar Viren sind viel zu riesig, um durch solcherart Textilien durchzudringen.

    Chemische Wirkstoffe schaffen es aber durch die Nano-Röhrchen. Die Lösung besteht darin, die Röhrchen klüger zu machen. Sie werden mit funktionalen Molekülgruppen versehen, die als Wächter dienen, um Bedrohungen abzublocken. Es entsteht gleichsam eine zweite Haut, die auf die Umwelt reagiert.

    Der Einsatz von Nano-Röhrchen eröffnet noch andere interessante Anwendungsmöglichkeiten. Beispielsweise können in die Soldatenausrüstung flexible Komponenten integriert werden, die die Vitalfunktionen des Kämpfers im Einsatz in Echtzeit messen.

    Am meisten aber interessiert die Forscher die Frage, wie die Kampfmontur der Zukunft leichter und beweglicher gemacht werden kann, frei von schweren Stromspeichern und aufwendiger Verkabelung – ohne Abstriche bei der Leistungsfähigkeit des Systems in Kauf nehmen zu müssen.

    Die allermeisten Datengeräte von heute nutzen zur Datenübertragung entweder WLAN oder Bluetooth – energieaufwendige Verfahren, die den Akku schnell leersaugen. Für Soldaten im Kampfeinsatz ist das ein Risiko.

    Das Pentagon hat sogar ausgerechnet, dass die Kosten für Stromspeicher im Kampfeinsatz höher sein können als die Kosten für die verschossene Munition. Denn statt die Akkus aufzuladen (wozu die Zeit natürlich fehlt), tauschen die Soldaten die leeren Batterien ihrer Geräte einfach gegen volle aus.  

    Forscher an der National University of Singapur verwenden elektroaktive Polymere, auch bekannt als Metamaterialien, um High-Tech-Textilien zu entwickeln, die das Energieproblem lösen könnten.

    Metamaterialien sind künstlich hergestellte, elektrisch und magnetisch wirksame Nano-Zellen mit der Fähigkeit, sog. Oberflächenwellen zu erzeugen, die für die Datenübertragung rund ein Tausendstel der Energie benötigen, die herkömmliche Übertragungstechnologien verbrauchen, erklärt Dr. John Ho von der National University of Singapur laut dem Portal.

    Mehr noch: Die Art der Übertragung ist deutlich stör- und raubfester, denn die Daten werden unmittelbar am Körper des Trägers übertragen, während WLAN und Bluetooth eine (unerwünschte) Signalreichweite von mehreren Metern haben können.

    Das so beschaffene, intelligente Gewebe ist sehr robust, kann ohne Signalverlust gebogen und gefaltet werden. Die Fasern können sogar reißen, ohne dass die Datenübertragung beeinträchtigt würde. Die daraus hergestellten Textilien können wie übliche Kleidung gewaschen, getrocknet und gebügelt werden.

    Kohlenstoff kann noch in einer Form vorkommen, die bei der Herstellung intelligenter Gefechtskleidung nützlich sein kann. Als Graphen bildet der C-Stoff ein flaches Gitter, das die Wissenschaftler der australischen RMIT University für die günstige Massenproduktion von Textilien mit integrierten Stromspeichern zu nutzen gelernt haben.

    Es handele sich um einen „Superkondensator“ auf Graphen-Basis, erklärt Dr. Litty Thekkekara von der australischen Universität laut dem Portal. „Es speichert die Energie, die zur Versorgung aller intellektuellen, in die Kleidung integrierten Einheiten benötigt wird. Es kann innerhalb von Minuten in großen Mengen hergestellt werden. Und es ist waschbar.“

    Für die Entdeckung des Graphens gab es übrigens den Nobelpreis: Die Auszeichnung ging an zwei russlandstämmige Physiker.

    Der „Graphen-Akku“ wird als dünne Schicht mit einem Laser auf die Kleidung aufgetragen. In den Gefechtshelm, in die Schutzweste oder in den Handschuh integriert, kann das „elektrische Gewebe“ alle Teilsysteme einer Kampfmontur versorgen, ganz ohne lästige Leitungen. Selbst wenn das Gewebe beschädigt ist, kann der Strom noch fließen – mit herkömmlichem Akku nicht machbar.

    Der Markt für smarte Textilien wächst. Die Marktstudie „Market Research Future“ schätzt den Bedarf an militärisch nutzbaren intelligenten Stoffen im Jahr 2023 laut dem Portal auf 1,7 Mrd. Dollar. Fachleute gehen davon aus, dass smarte Uniformen spätestens in sieben bis zehn Jahren zum Standard der Armeeausrüstung zählen werden.   

    Die USA sind am stärksten in diesem Bereich aktiv, China und Indien geben auch beachtliche Summen für die Erforschung von intelligenten Stoffen aus. Russland zieht mit: Bei der Kampfmontur der Zukunft – „Ratnik-2“ – sollen laut Medienberichten smarte Stoffe zum Einsatz kommen. Verwendet würden Aramide mit einer Spezialimprägnierung.

    Der russische Technologiekonzern Rostec präsentierte 2018 einen Chamäleon-Stoff, der die Umgebung nachahmen könne. 2019 wurde eine überarbeitete Variante des smarten Materials vorgestellt. Damit ist der Gefechtshelm des jetzigen „Ratnik“-Systems beschichtet. Um einen Kämpfer effektiv zu tarnen, benötigt der Stoff nur wenige Watt Stromleistung.

    Und für den Einsatz unter arktischen Bedingungen haben russische Forscher ein Gewebe entwickelt, das die Wärme akkumuliert, die bei körperlicher Aktivität frei wird, um sie bei Bedarf wieder bereitzustellen. Von der aufnehmbaren Energiemenge her soll dieses russische Material die vergleichbaren Stoffe aus dem Ausland um das Drei- bis Fünffache übertreffen.

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    Tags:
    Gewebe, Deutschland, Russland, Ratnik, Soldaten, Haut, Technologien, Hightech