Für diejenigen, die in den Streitkräften der Vereinigten Staaten dienen, sind feindliche Kombattanten nur eine von vielen Gefahren am Arbeitsplatz. Das Personal in allen Bereichen des Militärs ist bei der Durchführung seiner Operationen auf modernste Technologie angewiesen. Wenn diese Technologie versagt, können die Folgen katastrophal sein. Eine einzige gefälschte Komponente in der Lieferkette ist alles, was erforderlich ist, um eine leistungsstarke Winde oder ein fein abgestimmtes Startsystem für Flugzeuge von einem Vermögenswert zu einem Sicherheitsrisiko zu machen.
Diese Realität war der Anstoß für bahnbrechende Forschungen der Navy-Wissenschaftlerin Alison Smith, die auf dem Campus der Crane Division des Naval Surface Warfare Center (NSWC) in Crane, Indiana, Materialwissenschaften studiert. Smith erkannte, dass sensible Komponenten durch die Verwendung von nanoskaligen Signaturen zertifiziert werden können, sodass das Militär schlecht beschaffte Technologien schnell und einfach ausfindig machen und seine Mitglieder schützen kann.
Smith wird ihre Arbeit an diesem Samstag im National Museum of American History in Washington, DC, zum jährlichen Tag der militärischen Erfindung von Smithsonian vorstellen. In Zusammenarbeit mit dem US-Patent- und Markenamt zeigt die Veranstaltung die Beiträge des US-Militärs zur globalen Innovation. Wissenschaftler und Ingenieure, die sich mit neuen Technologien auskennen - von hochentwickelter thermischer Nachtsichtausrüstung bis hin zur Erkennung gefälschter Bilder - werden sie erklären. Außerdem werden Artefakte aus der Abteilung Geschichte der Streitkräfte des Museums ausgestellt.
Um das Grundprinzip von Nano-Signaturen auf leicht zugängliche Weise zu veranschaulichen, werden Museumsbesucher Papier-Schneeflocken ausschneiden lassen, die Unterseiten von CDs maskieren und anschließend analysieren, wie sich die Lichtmuster der CDs dadurch unterscheiden. Das Ändern von Materialien auf atomarer Ebene ist offensichtlich ein aufwändigerer Prozess, aber diese Demonstration zeigt deutlich, dass kleine Änderungen einen großen Einfluss auf die optischen Eigenschaften eines Materials haben können.
Durch die Einbettung von Arrays aus Kristallnanopartikeln in Materialien stellte Smith fest, dass sie die makroskopische Optik dieser Materialien auf unterschiedliche Weise verändern konnte, ohne deren Funktionalität im geringsten zu beeinträchtigen. Sobald sich das Militär auf ein offizielles Protokoll für die Nano-Zertifizierung geeinigt hat, haben skizzenhafte Zulieferer keine Chance mehr, gefälschte Teile in militärische Ausrüstung zu stecken. Opportunisten in China und anderswo sind dafür bekannt, alte, schlampige Teile zu sprühen und sie zusammen mit legitimen Verkäufern als neu zu verpfänden. Die Technik von Smith wird die Ungewissheit aus der Gleichung nehmen und es dem Militär ermöglichen, die Spreu kopfschmerzfrei vom Weizen zu trennen.
Tina Closser, die den jugendorientierten STEM-Einsatz von NSWC Crane koordiniert, erläuterte in einem Interview die Eleganz von Smiths Forschungen. „Auf Nanoebene kann [Smiths Team] die Geometrie dieser Partikel nach Belieben manipulieren, um unterschiedliche Reflexionen zu erzielen.“ Diese einzigartigen Reflexionen sind jedoch im Wesentlichen makroskaliert und können mit einfachen Handykameras überprüft werden wie winzige QR-Codes. Mit dieser neuen Technologie wird grünes Licht für Militärhersteller so einfach wie das Scannen eines gedruckten Codes für Ticket-Abnehmer im Kino. Sobald die Kamera das gewünschte Reflexionsmuster erkennt, informiert eine spezielle App den Scanner, dass die betreffende Komponente legitim ist.
Dies ermöglicht die sofortige Authentifizierung von Komponenten vor Ort in jeder Phase der Gerätemontage. "Sie können es scannen und sagen: Das ist ein guter Teil", fasst Closser zusammen. „Wenn Sie es in ein Labor bringen müssten, wäre es es nicht wirklich wert.“ Mit der Zeit könnte diese Art der Nano-Kennzeichnung über das Militär hinausgehen und die Qualitätskontrolle in Industrien auf der ganzen Welt stärken.
Als erfahrene Pädagogin ist Closser begeistert, dass Smith an diesem Tag der Militärischen Erfindung ihre revolutionäre Technologie mit jungen Menschen teilen wird - insbesondere mit jungen Frauen. Smiths Geschichte hilft dabei, ein weit verbreitetes Stereotyp zu unterdrücken, wonach militärische Technologie die Vorsehung von Männern und Männern allein ist.
"Ich hoffe, es inspiriert die nächste Generation von Mädchen, zu denken:" Hey, das kann ich! ", Sagt Closser.
Der Military Invention Day findet am 18. Mai von 10:00 Uhr bis 17:30 Uhr im National Museum of American History statt. Der Eintritt ist frei, und jedes Alter ist willkommen.
