211service.com
Smart Dust Senses Biowapens
Heb je ooit de glans op een kevervleugel opgemerkt? Als je dat hebt gedaan, werd je waarschijnlijk getroffen door zijn ongewone kleurenspel. Ondanks wat je oog ziet, is die kleur echter niet natuurlijk. Kevers hebben geen pigment, zegt Michael Sailor, een professor in de afdeling scheikunde en biochemie aan de Universiteit van Californië, San Diego. In plaats daarvan, legt hij uit, wordt de kleur geproduceerd door twee andere eigenschappen: optische interferentie - hetzelfde fenomeen achter de kleuren in regenbogen en zeepbellen - en uitgebreide structuren in het vleugeloppervlak.
Door dit fenomeen kunstmatig na te bootsen, wil Sailor meer maken dan alleen regenbogen. Met financiering van de Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), werkt hij om nanodeeltjes doordrenkt met iriserende kleuren om te zetten in vingerafdrukken die kunnen worden toegevoegd aan explosieven en andere chemicaliën, waardoor het mogelijk wordt om een bom of een illegale drug terug te traceren naar een enkele fabrikant . Hij werkt er ook aan om de deeltjes kenmerkende kleuren te laten reflecteren wanneer ze specifieke ziekteverwekkers in lucht of water tegenkomen - om een goedkope, wegwerpbare sensor te creëren voor het detecteren van chemische en biologische wapens.
Om de deeltjes te maken, die Sailor slim stof noemt, maakt hij eerst een filter voor licht in het oppervlak van een siliciumwafel van ongeveer een kwart groot. Hij plaatst de wafer in een geleidende oplossing en corrodeert deze vervolgens elektrochemisch met wisselstroom. Sailor zegt dat als [de corrosie] in het silicium boort, het bottleneckt en weer opengaat, dan bottlenecks en weer opengaat. Het resultaat is een delicaat geëtst netwerk van parallelle poriën met een diameter van ongeveer twee nanometer. Met behulp van ultrasone trillingen verkruimelt Sailor de wafel vervolgens tot deeltjes ter grootte van een haar.
Bij verspreiding in lucht of water verspreiden gewone stofdeeltjes het licht in alle richtingen. Maar als het wordt verlicht met een laser, legt Sailor uit, ziet het slimme stof er heel anders uit. Je krijgt deze ene scherpe, zeer precieze golflengte van licht voor een bepaalde hoek die binnenkomt en weerkaatst op dat oppervlak, zegt hij. De kleuren die het resultaat zijn, zijn ongelooflijk levendig, sterk [en] sterk reflecterend. Door de stroom, de lengte van het proces en de samenstelling van de oplossing te variëren, kan Sailor filters maken die miljoenen specifieke kleuren produceren. Elke kleur wordt bepaald door de brekingsindex van die complexe lagen in het silicium. Sailor zegt dat de brekingsindex is als een streepjescode die een laser kan lezen om de samenstelling van het stof te bepalen.
Het werk van Sailor heeft de interesse van DARPA gewekt vanwege de toepassingen op het slagveld en terrorismebestrijding. De deeltjes kunnen worden aangebracht als een label op bepaalde materialen voor het maken van bommen, zodat wanneer een bom ontploft, onderzoekers een plaats delict kunnen scannen op de specifieke slimme stofdeeltjes. De meeste spullen die bij terroristische activiteiten worden gebruikt, worden gebruikt voor legitieme doeleinden, zegt Sailor. Als verschillende fabrikanten uniek gecodeerd slim stof zouden gebruiken, zou het soort stof dat op de plaats van de bom werd gevonden, aangeven waar het materiaal voor de bom is gekocht en een aanwijzing geven over de identiteit van de terroristen die de bom hebben gemaakt.
Soortgelijke tactieken kunnen worden gebruikt om materialen op te sporen die worden gebruikt om illegale drugs te maken. Sailor zegt dat dealers en illegale fabrikanten zogenaamde voorlopers kopen van legitieme chemische magazijnen. Als die agenten werden behandeld met verschillend gecodeerd slim stof, zegt hij dat het veel gemakkelijker zou zijn om het medicijn terug te traceren naar het oorspronkelijke magazijn en vervolgens naar de koper.
Hoewel slim stof kan dienen als een unieke chemische vingerafdruk, kan het zelfs nog nuttiger zijn als sensor, zegt Sailor. Dat komt omdat de deeltjes licht anders kunnen weerkaatsen in de aanwezigheid van bepaalde chemicaliën - een verandering die chemische en biologische verontreinigingen kan identificeren, waaronder vervuiling en biologische wapens.
Als demonstratie codeerde Sailor het stof om MTBE, een additief in benzine, te detecteren. MTBE wordt biologisch niet vernietigd, zegt Sailor, dus als het eenmaal in de grond zit, blijft het daar en kan het gemakkelijk in het drinkwater terechtkomen. Een bedrijf genaamd Trex Industries heeft het proces in licentie gegeven en ontwikkelt de technologie om verontreinigende stoffen en pesticiden te controleren.
Giftige zenuwagentia zoals Sarin, de chemische stof die werd gebruikt bij de aanslag op de metro in Tokio, uitgevoerd door de Aum Shinrikyo-cultus, zijn bijzonder gevoelig voor slim stof. Omdat pesticiden zoals DDT chemisch vergelijkbaar zijn met zenuwgassen, zegt Sailor dat de deeltjes kunnen worden voorbereid om ze ook te detecteren.
Slim stof kan op verschillende manieren worden ingezet. Voor milieutoepassingen zegt Sailor dat het stof op muren kan worden gestrooid of in verf kan worden aangebracht die oppervlakken bedekt. Het behandelde oppervlak zou dan oplichten wanneer bijvoorbeeld gasdampen ongewenste niveaus in de lucht rond een olieverwerkingsinstallatie bereiken. In gevechtsscenario's zou het volgens hem gemakkelijk zijn om de vleugels van [een drone] met het stof te beschilderen, het door de lucht te laten vliegen die mogelijk met zenuwgas is beladen, en het met een laser vanaf een veilige afstand te raken. In terroristische situaties zoals het World Trade Center zegt Sailor dat robots met het stof kunnen worden beschilderd, uitgerust met een zelfbewakende camera en naar een verwoest gebouw kunnen worden gestuurd om aardgaslekken op te sporen. Een vergelijkbare tactiek kan worden gebruikt bij het opsporen van dodelijke stoffen zoals miltvuur die een gebouw kunnen hebben besmet.
Op dit moment kan het stof niet worden gedetecteerd door lasers van meer dan 25 meter afstand. Dat is geen probleem voor omgevingstoepassingen, maar het is een grote hindernis voor gebruik op het slagveld. Dus Sailor en zijn team werken eraan om het stof op een kilometer of meer detecteerbaar te maken - en zeggen dat ze binnen een jaar kunnen slagen. Ze werken er ook aan om ervoor te zorgen dat het slimme stof zijn eigenschappen behoudt in barre buitenomstandigheden of zelfs door een explosie. Als het hem lukt, heeft Sailor het totaalpakket gecreëerd: stof dat is slim en moeilijk.