211service.com
Smart Dust Senses biovåben
Har du nogensinde bemærket glansen på en billevinge? Hvis du har, blev du sandsynligvis ramt af dens usædvanlige iris. På trods af hvad dit øje ser, er den farve dog ikke naturlig. Biller har ikke et pigment, siger Michael Sailor, professor i afdelingen for kemi og biokemi ved University of California, San Diego. I stedet, forklarer han, er farven produceret af to andre egenskaber: optisk interferens - det samme fænomen bag farverne i regnbuer og sæbebobler - og kunstfærdige strukturer i vingeoverfladen.
Ved kunstigt at efterligne dette fænomen har Sailor til hensigt at lave mere end regnbuer. Med finansiering fra Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) arbejder han på at omdanne nanopartikler gennemsyret af iriserende farver til fingeraftryk, der kan tilføjes til sprængstoffer og andre kemikalier, hvilket gør det muligt at spore en bombe eller et ulovligt stof tilbage til en enkelt producent . Han arbejder også på at få partiklerne til at afspejle signaturfarver, når de støder på specifikke patogener i luft eller vand - for at skabe en billig engangssensor til at detektere kemiske og biologiske våben.
For at lave partiklerne, som Sailor kalder smart dust, laver han først et filter til lys i overfladen af en siliciumwafer på størrelse med en fjerdedel. Han placerer waferen i en ledende opløsning og korroderer den derefter elektrokemisk med en vekselstrøm. Sailor siger, mens [korrosionen] borer sig ned i siliciumet, så slår den flaskehalse og åbner sig igen, så flaskehalse og åbner op igen. Resultatet er et delikat ætset netværk af parallelle porer omkring to nanometer i diameter. Ved hjælp af ultralydsvibrationer smuldrer Sailor derefter waferen til partikler omkring bredden af et hår.
Når de spredes i luft eller vand, spreder almindelige støvpartikler lys i alle retninger. Men når det belyses med en laser, forklarer Sailor, ser det smarte støv helt anderledes ud. Du får denne ene skarpe, meget præcise bølgelængde af lys for en given vinkel, der kommer ind og hopper af overfladen, siger han. Farverne, der resulterer, er utroligt levende, stærke [og] meget reflekterende. Ved at variere strømmen, processens længde og sammensætningen af løsningen kan Sailor skabe filtre, der producerer millioner af specifikke farver. Hver farve bestemmes af brydningsindekset for de komplekse lag i siliciumet. Sailor siger, at brydningsindekset er som en stregkode, som en laser kan læse for at bestemme sammensætningen af støvet.
Sailors arbejde har fanget DARPAs interesse på grund af dets slagmark og antiterrorapplikationer. Partiklerne kunne påføres som et mærke til visse bombefremstillingsmaterialer, så efterforskere, når en bombe sprænger, kan scanne et gerningssted for de specifikke smart-støvpartikler. De fleste af de ting, der bruges i terroraktiviteter, er afledt fra legitime formål, siger Sailor. Hvis forskellige producenter inkorporerede unikt kodet smart støv, ville den type støv, der blev fundet på bombestedet, indikere, hvor bombematerialerne er købt og give et fingerpeg om identiteten af de terrorister, der lavede bomben.
Lignende taktikker kan bruges til at opspore materialer, der bruges til at skabe ulovlige stoffer. Sailor siger, at forhandlere og ulovlige producenter køber, hvad der er kendt som prækursorer fra lovlige kemiske lagre. Hvis disse midler blev behandlet med forskelligt kodet smart støv, siger han, at det ville være meget nemmere at spore stoffet tilbage til det oprindelige lager og derefter til køberen.
Selvom smart støv kan tjene som et unikt kemisk fingeraftryk, kan det være endnu mere nyttigt som en sensor, siger Sailor. Det skyldes, at partiklerne kan fås til at reflektere lys anderledes i nærvær af visse kemikalier - en ændring, der kan identificere kemiske og biologiske forurenende stoffer, herunder forurening og biologiske våben.
Som en demonstration kodede Sailor støvet for at opdage MTBE, et tilsætningsstof i benzin. MTBE bliver ikke ødelagt biologisk, siger Sailor, så når det først kommer i jorden, bliver det der og kan nemt ende i drikkevandet. Et firma ved navn Trex Industries har givet licens til processen og udvikler teknologien til at overvåge forurenende stoffer og pesticider.
Giftige nervestoffer som Sarin, kemikaliet brugt i Tokyos metroangreb udført af Aum Shinrikyo-kulten, er særligt følsomme over for smart støv. Fordi pesticider som DDT kemisk ligner nervegasser, siger Sailor, at partiklerne også kan forberedes til at opdage dem.
Smart støv kan anvendes på flere måder. Til miljømæssige applikationer siger Sailor, at støvet kan drysses på vægge eller lægges i maling, der belægger overflader. Den behandlede overflade vil så lyse op, når for eksempel gasdampe når uønskede niveauer i luften omkring et oliebearbejdningsanlæg. I kampscenarier siger han, at det ville være let at male vingerne på [en drone] med støvet, flyve den gennem luft, der kan være fyldt med nervestoffer, og ramme den med en laser på sikker afstand. I terrorsituationer som World Trade Center siger Sailor, at robotter kunne males med støvet, udstyres med et selvovervågningskamera og sendes ind i en ødelagt bygning for at opdage naturgaslækager. En lignende taktik kunne bruges til at opdage dødelige stoffer som miltbrand, der kunne have forurenet en bygning.
På nuværende tidspunkt kan støvet ikke registreres af lasere på mere end 25 meters afstand. Det er ikke et problem for miljøapplikationer, men det er en stor hindring for brug på slagmarken. Så Sailor og hans team arbejder på at gøre støvet sporbart fra en kilometer eller mere - og siger, at de kan lykkes inden for et år. De arbejder også på at sikre, at det smarte støv bevarer sine egenskaber under barske udendørsforhold eller endda gennem en eksplosion. Hvis det lykkes, vil Sailor have skabt den samlede pakke: støv, der er smart og hårde.