Dammolnet lyssnar på dig

Miniatyrisering är en av de starkaste tekniktrenderna. Här finns nanotekniken som kan ge nya material med nya egenskaper. Och här finns mikrosystemtekniken som kan ge sensorer små som dammkorn eller antenner som bara är en tusendels millimeter stora. Eller komponenter så små att de kan tala med hjärnan.

Sensorer små som dammkorn. Eller komponenter som kan koppla in sig på nervsystemet. Miniatyrisering är en stark tekniktrend. En sak är vad som kan åstadkommas med mycket pengar i de amerikanska laboratorierna. En annan sak är vad som kan förverkligas i form av billiga vardagsföremål.

Miniatyrisering brukar definieras som att en komponent eller ett system blivit mindre och som presterar minst lika bra. Eller det kan också vara något som byggts av mycket små delar och som ger en ny eller förbättrad funktion.

En stark drivkraft är nanotekniken som är ett nytt område med band till materialteknik. Nanotekniken är tvärvetenskaplig och har gett nya material som i sig är multifunktionella. Det är också en viktig aspekt på hela miniatyriseringen. Det går att bygga in fler förmågor.

Ett annat viktigt begrepp vid sidan om nanoteknik är mikrosystemteknik. Den kommer att betyda mycket för positionsbestämning och styrning av stridsdelar. Små objekt kommer att datoriseras. Vi kan få mikrorobotar som är mindre än en tusendels millimeter. De kan spridas som pollen eller bakterier. Forskarna talar till och med om komponenter som kopplas in i nervsystemet och som kan tala med hjärnan. Dessa komponenter skulle hjälpa soldaten att ta fram sitt undermedvetna. Soldaten ser mer än han tror. De små komponenterna skulle fånga upp den information som annars missas. Gränsen mellan vad som är teknik och biologi suddas ut från båda håll. Det är inte bara biologerna som närmar sig tekniken. Även teknikerna närmar sig biologin. Man kan tänka sig tekniska lösningar för att ändra på kroppens biologiska system som till exempel att modifiera biokemin och kompensera för sömnbrist. Eller att ta kontroll över nervsystemet i ett djur och därmed skapa biologiska UAV:er. Kunde man få hökar att spana och koltrastar att känna av markvibrationer så vore det kanske inte så dumt.

Men miniatyrisering i sig innebär också nackdelar. Det är lätt att smuggla mikro-UAV:er. Kunskapen kan också spridas till terrorister och andra via den civila utvecklingen. En UAV kan inte vara hur liten som helst om den också ska kunna styras i luften. Eller så nöjer man sig med att UAV-svärmen flyger som pollen för vinden.

Det multifunktionella är ett kännetecken för miniatyriseringen och gränser mellan material, komponent och delsystem suddas ut. I en UAV kan energiförsörjning, antenn, sensorer och skrov bli en enhet. En UAV blir i framtiden mer av en komponent än ett system.

Miniatyriseringen ska ge bättre skydd för människan. Nanoteknik kan ge nya material i skyddsvästar. I och med att sensorer kan göras så mycket mindre kan soldatens hälsotillstånd övervakas. Mindre och effektivare sensorer kan bättre varna för radioaktivitet och biologiska och kemiska stridsmedel. Här kommer vi snart att se färdiga resultat.

Ett måste för rymden

För rymdsidan är miniatyriseringen ett måste då varje gram som skjuts upp i rymden kostar enorma belopp. Allt fler funktioner ska packas in i allt mindre satelliter. Det här kan leda till att det också blir fler rymdnationer. Man behöver inte kunna skjuta upp sin satellit. Man behöver inte ens ha en egen satellit utan kan kanske hyra volym och vikt i någon annans satellit.

Miniatyriseringen på rymdsidan har redan gett oss GPS-mottagaren. För en tusenlapp går det att köpa en liten låda som visar på ett par meter när var man är. GPS når dock inte överallt. Den fungerar inte inomhus och i tunnlar. Där behövs något annat. Tröghetsnavigering är svaret, men denna utrustning har varit både dyr och skrymmande. I och med att krockkudden blivit obligatorisk så har priset på accelerometrar, som utlöser kudden, blivit mycket lägre. Masstillverkning och miniatyrisering gäller snart också tröghetsnavigering. Det finns en amerikansk prototyp på en treaxlig accelerometer som bara är en femtedel av en sockerbit. För att fortsätta på matavdelningen finns det atomur stort som ett riskorn. Det som åstadkommer detta är att det går att göra små komponenter som styr optiska signaler.

Snåla på energin

Ett stort bekymmer i militära sammanhang är bristen på energi. När allt ska vara i nätverk och det ska sitta en dator i nästan varenda kula krävs det mycket fiffighet för att lösa energiproblemet. Ett sätt är att snåla. Forskarna tror att det på sikt går att göra komponenter för signalbehandling och mottagning, som bara drar en tiondel av vad de gör i   dag. För sändning får man nöja sig med att det blir dubbelt så bra. Ett sätt att alstra energi i liten skala är att låta förbränningsmotorer driva små generatorer. Svårigheterna har dock visat sig vara större än man trott och förväntningarna har skruvats ned. En annan möjlig energikälla är bränslecellen.

Alternativ till kisel

Miniatyrisering förknippas naturligtvis med IT-utvecklingen. Datorerna blir mindre och starkare. Det går att lagra mer på mindre utrymme. Fortfarande gäller Moores lag som säger att allt blir dubbelt så bra på som sämst vartannat år. Vad man talar om är komplexiteten på kiselchipset. Om 20 år kan datorer vara 80 gånger snabbare och det går att packa tiotusen gånger mer på kiselchipset. Moores andra lag säger att det blir dyrare att tillverka kiselchips. På tre år har det blivit dubbelt så dyrt att bygga en kiselfabrik. Så man söker på sikt ett alternativ till kisel. För datalagring talas om elektronspinn. För detta krävs magnetiska halvledare.

Display med stereobild

Alla har ju sett hur mobiltelefonernas displayer blir bättre för varje generation. Men vi har ännu inte sett början på vad displaytekniken kan åstadkomma. Bakom hörnet väntar en display som känner av betraktarens ögon och som kan presentera bilden i flera plan. Då får man stereoeffekt och kan blanda verkliga och konstgjorda bilder i ett djupseende. Mikrodisplayen i sig är inte poängen utan att den kan byggas in i system. Då kan vi få en stridsvagnbesättning som ”ser igenom pansaret” eller en Nils Holgersson som kan sitta på vingen på en UAV.

Hur liten kan en antenn vara? En tusendels millimeter säger forskarna. Ju högre upp i frekvenserna man går desto mindre kan antennerna bli. Detta gäller för optiska sändare och mottagare. Ju mindre antenn desto mindre räckvidd, förstås. Men ibland vill man bara viska någon i örat. Att gå upp i de högsta frekvenserna kommer dock att kräva enorma forskningssatsningar. Med tiden kan akustiska sensorer göras mycket små och masstillverkas och då är det intelligenta och lyssnande dammolnet här.

Är då allt detta bara drömmar i militärforskarnas laboratorier? Är det så, kanske det stannar vid drömmar därför att det inte finns pengar att förverkliga dem. Optiska sensorer kan dock ge högeffektiva solceller. I en värld som letar efter andra energikällor än kärnkraft och kolväten kanske det kan bli en sådan storsatsning.

Jan-Ivar Askelin Framsyn 2005/3