Omdat de ontwikkeling van onze innerlijke beschaving helaas geen gelijke tred houdt met de ontwikkeling van technologie, is er een toekomst voor de soldaat, en dus een soldaat van de toekomst. Want staatsmacht berust uiteindelijk op een militair fiat, dat wil zeggen: de mogelijkheid van de overheid om een beroep te doen op het leger van de eigen staat of die van een machtige bondgenoot.
In deze video een verkenning van de mogelijkheden van de soldaat van de toekomst door de Noord Atlantische Verdrags Organisatie NAVO. Brandstofkonvooien bleken in o.a. Afghanistan de achilleshiel van NAVO. Exoskeletten, hulprobots, augmented reality overlays en ander snufjes vereisen ook steeds meer draagbare energiebronnen. De gemakkelijkste, doorgaans toegankelijke bron van energie is zonlicht. Zonnepanelen en elektrische voertuigen maken brandstofkonvooien onnodig. Deze vormen dan ook een belangrijk onderdeel uit van de uitrusting van de soldaat van de toekomst.
Een uitgebreidere documentaire, waarin ook nieuwe wapens, waarnemingsapparatuur en andere snufjes van het Amerikaanse leger aan de orde komen, volgt hieronder.
Dit zijn indrukwekkende militaire verbeteringen, maar helaas merken we dat de strategie achter militaire acties in al die eeuwen niet echt verbeterd is. Nog steeds vechten we zinloze oorlogen uit, die gebaseerd zijn op foutieve inschattingen en de wil te overheersen, in plaats van de wens om samen te werken met andere volken.
De soldaat van de toekomst is onderwerp van intensief onderzoek door NAVO en het Amerikaanse leger. Bron: persdienst US Army
Op zoek naar een effectieve bescherming tegen kogels en dergelijke? Vergeet massief kevlar, koolstofvezels en dergelijke. In veel gevallen is vloeistof veel effectiever. Non-newtoniaanse vloeistoffen om precies te zijn. Wat is hun geheim?
Meter water houdt kogels tegen
We kennen allemaal de scenes in bijvoorbeeld James Bond films waarin de rokkenjagende held een duik onder water neemt om te ontsnappen aan een kogelregen. Volgens het gezonde verstand lijkt een dunne laag vloeistof om je te beschermen tegen een projectiel met een snelheid van kilometers per seconde weinig effectief. Schijn bedriegt echter. Al een meter vloeistof is voldoende om het projectiel af te remmen tot een ongevaarlijke slakkengang. De reden: de weerstand in een vloeistof neemt toe met het kwadraat van de snelheid en in tegenstelling tot een vaste stof kan een vloeistof niet scheuren. Dus dumpen de kogels hun energie snel. Dus word je beschoten door een bende agressieve booswichten, dive, dive, dive.
Vloeistofremmen en kleverige lijm
Newtoniaanse (standaard) vloeistoffen, zoals water, gedragen zich bij benadering net zo bij hoge als bij lage snelheden. Om het gedrag van een klassieke vloeistof te begrijpen, hoef je alleen de soortelijke massa en de viscositeit (stroperigheid) te kennen. In principe kan je hiermee al behoorlijk wat remmende werking bereiken.
Zo is een heel belangrijk principe in de vloeistofdynamica de zogeheten no-slip randvoorwaarde. Dat betekent dat de snelheid van de vloeistof aan de rand van een buis of oppervlak in het algemeen altijd nul is. In vloeistofremmen wordt hier handig gebruik van gemaakt om interne wrijving op te wekken zonder dat de remvoering slijt. Een vloeistofrem bestaat uit twee parallelle oppervlakken (meestal schijven of trommels) met een laag remvloeistof er tussen. Deze bewegen tegen elkaar in. De remenergie wordt bij het remmen zo in de vloeistof gedumpt. In tegenstelling tot rubber en andere remmaterialen kan vloeistof niet scheuren, dus gaan vloeistofremmen veel langer mee.
Lijmen met stroop
Een geliefde toepassing van zeer stroperige vloeistoffen, bijvoorbeeld pek en bitumen, is ze gebruiken om mee te lijmen. Ook hier zorgt de no-slip conditie voor een lijmeffect. De stroomweerstand is door het extreem dunne laagje vloeistof tussen de twee gelijmde oppervlakten zo hoog, dat de dikke vloeistof een effectieve lijm vormt.
Waar kogels wel kevlar kunnen doorboren, absorbeert de non-Newtoniaanse vloeistof rond de Kevlar zoveel energie dat de kogel wordt afgeweerd. Bron: University of Delaware
Pantser van slappe vezels en stroop
In bepaalde lichaamspantsers worden beide ideeën tegelijkertijd gebruikt. Het probleem met kogels en scherven is niet de hoeveelheid energie, maar dat die energie op een kleine plek geconcentreerd is. De truc is dus om die energie te verspreiden. Een eenvoudige techniek om de effectiviteit van aramideweefsel en kevlar drastisch te verhogen, is tussen de laagjes vezel vloeistof aan te brengen. Alle energie van de kogel gaat zitten in het langs elkaar trekken van de laagjes aramide waardoor de gelukkige drager de dans omspringt. De effectiviteit wordt drastisch verhoogd met een non-Newtoniaanse vloeistof. Het hier gebruikte type non-Newtoniaanse vloeistof verandert in een vaste stof bij een snelle inslag. De resukltaten zijn dan ook indrukwekkend. Een laaggewicht lichaamspantser beschermt toch tegen zware scherven en munitie. Geen wonder dat het Amerikaanse leger deelnam aan dit onderzoek van de universiteit van Delaware.
Hoe dring je met een signaal door een massief stalen omhulsel en kan je ook de sensor opladen? Een slimme student vond de oplossing. De mogelijkheden zijn legio: opladen zonder stroom bijvoorbeeld.
Tristan Lawry met zijn apparaat.Opladen en communiceren door massief staal
Elektronica, bijvoorbeeld een sensor, heeft energie nodig en moet informatie kunnen uitwisselen met andere elektronica. Om energie op te wekken zijn er de laatste tijd allerlei handige technieken bedacht – denk aan zonnepanelen, het aftappen van beweging en dergelijke – en als er geen draadverbinding mogelijk is, kan een draadloze verbinding soelaas bieden.
Heel aardig, maar wat doe je als je een draadloze verbinding door massief staal heen wilt, zoals de scheepswand van een zwaar oorlogsschip? Staal werkt als een kooi van Faraday. Elektrische en magnetische signalen dringen hier nauwelijks tot niet doorheen. Ook het overdragen van energie van de ene kant naar de andere kant van een stalen want is onbegonnen werk – of je moet het hele schip onder stroom zetten.
Goedkope oplossing
Tot nu toe loste de Amerikaanse marine dit probleem op door gaten door de scheepswand te boren. Uiteraard wordt hierdoor de wand verzwakt. Ook moet het complete schip maandenlang in een droogdok liggen. Een dure grap van al gauw enkele miljoenen. Dit werd zelfs het weinig spaarzame Amerikaanse leger te gortig. Kortom: tijd voor een slimme uitvinder. En die kwam er.
Ultrageluid
Tristan Lawry, een doctoraalstudent aan Rensselaer Polytechnic Institute heeft de oplossing bedacht. Hij demonstreerde een systeem dat gebruik maakt van ultrageluid, geluid met een zo hoge toon dat wij het niet meer kunnen horen. Ultrageluid heeft twee grote voordelen. De geluidsgolven zijn zo kortgolvig dat ze heel nauwkeurig te richten zijn. Ook kan er (vergeleken met hoorbaar geluid) heel veel informatie doorgezonden worden (de datasnelheid is ruwweg de frequentie). Deze techniek werkt zelfs door de dikke wand van slagschepen en onderzeeërs.
Piëzo-elektrische kristallen
Zenden en ontvangen gaat door middel van piëzo-elektrische kristallen. Als je een piëzo-elektrisch kristal indrukt, ontstaat er een hoge spanningspiek. Op die manier werkt de piëzo-elektrische gasaansteker. Omgekeerd verandert een piëzo-elektrisch kristal van vorm als je er spanning opzet. Met andere woorden: je kan ze gebruiken om geluid in elektriciteit om te zetten en andersom.
Geluid bevat naast een signaal, ook energie. Met andere woorden: deze techniek is erg handig om zowel elektronica op te laden als informatie door te geven.
Lawry is er in geslaagd met de techniek maar liefst vijftig watt vermogen en 12,4 megabit per seconde, de snelheid van breedbandinternet in de praktijk, via ultrageluid over te dragen door een massief stalen wand van meer dan zes centimeter dikte. Hij denkt dat met enkele wijzigingen het systeem zelfs een veelvoud van dit vermogen kan overdragen.
Dit systeem is erg interessant omdat het extreem veilig is. Je kan het in omgevingen toepassen waar elektriciteit of elektromagnetische velden absoluut uit den boze zijn. Wie weet werken onze stopcontacten of laadstations voor kleine apparaatjes straks wel met ultrageluid.
