IARPA试图解决的核心技术问题在概念上是简单的,但在执行上却极具挑战性:使用在任务中表现可靠的材料制造无人机引擎和电机,然后在任务结束后自行降解,留下很少或没有物理痕迹。
当前的无人机推进组件——涡轮叶片、电机外壳、燃烧室及相关控制系统——由金属合金、工程塑料和先进复合材料制成。这些材料的设计旨在耐用,这意味着失踪或坠毁的无人机可能在现场留下硬件数十年甚至更长时间。IARPA希望了解生物材料是否可以替代或增强这些组件,以便在适当的环境条件下使硬件简单消失。
对于推进系统而言,这一挑战比机身要困难得多。DARPA通过其ICARUS计划(Inbound, Controlled, Air-Releasable, Unrecoverable Systems的缩写)之前展示了瞬态材料,证明结构无人机组件可以由紫外线触发的光聚合物构成,这些材料可以按需降解。但推进系统则是一个完全不同的问题。涡轮和电机在极端的高温、机械应力和化学暴露下运行。紫外线光——ICARUS的主要触发因素——可能无法穿透封闭的发动机组件。IARPA特别在寻找不依赖于紫外线或水暴露的降解触发因素,而是询问生物机制,例如酶活性、微生物作用、湿度、热循环和氧化——这些条件在多样的操作环境中更为可靠地存在。
IARPA已确定的生物材料候选者范围广泛。包括丝绸、角蛋白和胶原蛋白等结构蛋白;几丁质和纤维素等多糖;真菌和菌丝体基复合材料;生物丙烯酸和生物衍生陶瓷等都被列为关注领域。合成生物学和生物制造的最新进展使得这些材料的一些性能水平达到了过去认为只有通过传统工程材料才能实现的程度。具有定制机械性能的基因改造结构蛋白和具有可编程降解速率的酶敏感聚合物是被引用的具体例子。然而,IARPA承认,在实验室环境中所展示的成果与在实际任务压力下所需的操作推进系统之间仍存在显著差距。
IARPA特别希望解决的推进组件包括涡轮和发动机元件、电动机组件以及辅助系统。该机构要求回应者不仅要解决生物衍生材料是否能够在超过500摄氏度的高温环境和超过100兆帕的高应力条件下生存的问题,还要考虑它们是否能够制造到可靠操作所需的尺寸公差和表面光洁度标准。关于可扩展生产、质量控制和成本的问题也明确包含在RFI中。
情报和军事无人机操作通常涉及在被拒绝或争夺的环境中执行任务,在这些环境中,无法回收坠毁的系统。一个在任务中存活但随后降解到法医无用程度的无人机引擎,在限制对手利用被捕获硬件和减少留下的情报特征方面显然具有优势。ICARUS计划确立了这一概念在机身上的可实现性;IARPA现在正在探讨是否可以将相同的逻辑扩展到实际产生推力的无人机部件。
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IARPA正在研究用于无人机推进系统的可生物降解材料,以增强操作安全性。该机构旨在开发在任务后能够降解的发动机和电动机,从而降低敌方利用的风险。目前的材料耐用,可能在现场留下痕迹,因此需要探索生物降解机制。该研究解决了与高温和高应力环境相关的挑战。
- IARPA正在研究用于无人机推进系统的可生物降解材料。
- 目前的无人机组件由耐用材料制成,可能在现场留下痕迹。
- IARPA正在探索无人机组件的生物降解机制。
- 该研究旨在限制敌方对坠毁无人机的利用。
- 实验室演示与操作要求之间仍存在显著差距。