【U.S. Army Top 10 Coolest S&T Advances】美国陆军2018年十大最酷科技进步
2018，美国陆军研究人员在科学和技术方面取得了进步。战斗能力发展司令部的研究实验室是陆军的总体研究实验室（ARL），其使命是探索、创新和转化科学技术，以确保占主导地位的战略陆军力量。
该实验室的首席科学家亚历山大·科特博士精心挑选了“最酷”的技术进步，以展示美国陆军科学家和工程师为支持未来士兵所做的工作，并列出了2018年的“十大”名单：
第十位：以最小的失真传输量子信息
根据美国陆军科学家的说法，未来的美国士兵将依赖强大的量子计算机和传感器。他们需要通过所谓的“纠缠”来传递这种量子信息，阿尔伯特·爱因斯坦称之为“远距离的幽灵行为”。
在2018年，美国陆军科学家在《自然 》（Nature ）杂志上发表了他们的研究结果， 描述了两个分离的光子如何能够在不失真的情况下保持纠缠。（相关论文、报道：Tuning quantum channels to maximize polarization entanglement for telecom photon pairs）
当行进中的光子穿过空气或光纤时，纠缠会被扭曲。现在，科学家找到了一种方法，通过操纵留在当地的光子来恢复移动光子的纠缠。他们说这是通往超安全战场通信的重要一步。
第九位：超宽带超灵敏原子天线
美工陆军科学家正在开发一种新的量子天线，使用的原子被激发到非常高的能级。来自美国陆军研究实验室传感器和电子设备理事会量子技术分部的Paul Kunz、Kevin Cox、David Meyer和Fredrik Fatemi几位博士正在领导一项研究工作，旨在为未来的士兵配备更精确的传感器，使其在较低的背景噪声下工作。
我们每天使用天线来传输和接收电磁波数据。美国陆军研究人员使用原子制备成称为“里德堡态”（Rydberg state）的奇特量子态，对电场具有超强的灵敏度，以比同等小的传统天线更快地实现通信速率。新的量子接收器可以允许未来的士兵与微型量子接收器进行并行、快速的通信。该研究发表在《应用物理学快报》（ Applied Physics Letters）上。（相关论文、报道：Digital communication with Rydberg atoms and amplitude-modulated microwave fields）
第八位：解决了超级复杂问题的类脑计算机
美国陆军科学家发现了一种方法来利用新兴的类脑计算机体系结构来解决极其复杂的问题，例如一个古老的数学理论问题，称为整数因子分解。（相关论文、报道： Factoring Integers With a Brain-Inspired Computer）
通过模拟计算中的大脑功能，研究人员开辟了一个新的解决方案空间，从传统的计算架构转向能够在极限尺寸、重量和功率受限的环境中运行的设备。
网络安全中的一些最佳方法依赖于分解大型复合整数的难度。传统计算机可能需要数年时间。该研究小组设计了一种通过利用模拟哺乳动物大脑功能的新型计算机的大规模并行性来对大整数进行分解的方法。这些神经形态计算机在与传统计算机完全不同的原理下运行。这一进步可能有助于未来的美国陆军计算设备在电力和连接受限的战场条件下快速解决极其复杂的问题。
第七位：透视燃气轮机燃烧室的强X光
以前，在燃气轮机燃烧室中成像和测量雾化过程是不可能的。现在，有史以来第一次，美国陆军科学家通过在阿贡国家实验室的高级光子源进行实验，发现了一种实现这一目的的方法。（相关论文、报道：Army researchers conduct first-ever combustion experiment with X-rays）
“我们进行了燃烧，这是有史以来第一次在[高级光子源]进行，我们使用X射线源在喷射器的最顶端对喷雾分解进行成像，”伊利诺伊大学香槟分校机械科学与工程系副教授Tonghun Lee博士介绍说。他于2018年服役，在陆军总体实验室工作。“通常，液体分解的区域非常密集，很难在那里对任何东西进行成像。 “
科学家们说，这些新的信息将有助于设计未来使用替代喷气燃料的燃气轮机燃烧室，并开发具有更高功率密度和效率的发动机。
第六位：可以阻止沙子侵蚀的冷涂层
这一发现确实很酷，因为它是一种隔热材料。它覆盖美国陆军直升机发动机的涡轮叶片，并防止叶片过热。不幸的是，在像沙漠这样的地方，微小的沙粒进入涡轮发动机，熔化并粘在涂层上。
“我们正面临着，特别是在西南亚和其他地方，环境恶化，”美国陆军实验室车辆技术理事会科学家Anindya Ghoshal博士表示，“我们有很多灰尘颗粒会被吹出来，特别是当你在空中盘旋的时候。”
美国陆军科学家创造了一种能够抑制沙粒的新材料。通过这种额外的保护，螺旋桨叶可以持续更长时间，美国陆军直升机可以继续飞行和战斗。该研究团队在《 燃气涡轮机与动力工程杂志》（Journal of Engineering for Gas Turbines and Power）上发表了研究结果 。（相关论文、报道： Molten Particulate Impact on Tailored Thermal Barrier Coatings for Gas Turbine Engine）
第五位：超级英雄纳米晶合金
一种由铜和钽组成的新型超强合金能够承受极端的冲击和温度，就像美国舰长的盾牌上虚构的材料一样。它也是制造美国陆军应用的炮弹或装甲的良好候选者。
美国陆军科学家创造了一种铜和钽纳米晶合金，其晶粒平均大小约为50纳米，呈簇状排列。这有助于保持极高的机械强度和微观结构稳定性。
“在这些非常小的颗粒中，由于钽的纳米团簇，我们构建的微观结构甚至小于晶粒尺寸，”美国陆军实验室轻质和特种金属分部材料科学家Kristopher Darling博士表示，“这使材料的强度和稳定性翻倍，使其不受变形反应的影响。”
该团队将其研究结果发表在《自然》（Nature）杂志 上。 （相关论文、报道：Anomalous mechanical behavior of nanocrystalline binary alloys under extreme conditions）
第四位：跳跃机器人的极端力量
美国陆军资助的研究发现了一系列的一般原则，使生物系统（例如蚱蜢）能够以惊人的速度和距离跳跃。这种系统通过用闩锁机构将能量储存在弓或吊索中，以增强肢体的最大投掷能力。设计原则对于使用弹性结构以最大化动能的动物、植物、真菌和机器是常见的。该研究是杜克大学、卡内基梅隆大学、马萨诸塞州阿默斯特大学、加州大学欧文分校和哈佛大学之间多学科大学研究计划的一部分。
未来，跳跃机器人可能会在无人注意的情况下收集战场情报。研究人员在《科学》（Science）杂志上发表了他们的发现。（相关论文、报道： The principles of cascading power limits in small, fast biological and engineered systems）
第三位：比TNT更强大、更安全的新型炸药
一种名为BODN的新型炸药比目前最常见的TNT炸药强50％。美国陆军科学家在马里兰州阿伯丁试验场的陆军总体实验室开发了这种高能材料。
高能材料通常不稳定且容易爆炸。BODN包含使其稳定的分子特征。与TNT不同，BODN是无毒的。但和TNT一样，它很容易熔化并用于制造炮弹。研究人员还开发了一种具有成本效益的BODN生产合成工艺。这项研究发表在《化学与工程新闻》（Chemical & Engineering News）上。 （相关论文、报道：Double oxadiazole could replace TNT）
第二位：人类训练人工智能体
美国陆军科学家开发了新的“人在回路”机器学习技术，用于机器人或计算机程序学习——速度更快，所需数据更少，如何通过与人类教练交互来完成任务。 （相关论文、报道：Efficiently Combining Human Demonstrations and Interventions for Safe Training of Autonomous Systems in Real-Time）教练可以通过各种方式训练人工智能体，包括演示、实时干预和实时评估反馈。使用新算法的智能体（称为深度驯化和学习循环）可以有效地解释教练的操作，并非常快速地学习如何在新环境中执行新任务。
“如果我们希望这些团队取得成功，我们需要新的方法让人类能够快速教导他们的自主队友如何在新的环境中行事，”美国陆军实验室的研究员兼论文合著者Garrett Warnell博士表示。
第一位：驯服原子
原子核可以储存巨大的能量。美国陆军研究人员及其跨国合作伙伴发现了一种新的、安全的现象，以可控的方式从原子核中释放能量。这种技术不是核反应，以前从未通过实验证明过。
研究人员以恰当的速度排列电子，使其被原子捕获，激发它们的内核以释放能量。这项重大的科学成就发表在《自然》杂志上，标志着美国陆军在寻找和获取替代能源方面迈出了一步。（相关论文、报道：Isomer depletion as experimental evidence of nuclear excitation by electron capture）
“很明显，陆军有很强的动力来扩大能源和新能源的使用，”美国陆军实验室动力组成部门的团队负责人，该论文的共同作者James Carroll博士表示。
Carroll说，这是一个具有潜在未来应用前景的首次演示，例如收集传统电池能量的数千倍，这可能为未来的军队提供动力。
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