Novskite može detektirati i identificirati zračenje—i također se koristiti u medicinskim slikama. Ministarstvo obrane zainteresirano je za tu viziju.
U Prekomjerno, pomno promatramo znanost i tehnologiju u srcu obrambene industrije — svijet vojnika i špijuna.
DAVNE 2008. GODINE, mornarica je imala Problem sa svojom starijom verzijom F/A-18 borbeni avion: Na krilu aviona pojavila se pukotina i službenici su mislili da problem možda nije izoliran samo na ovom zrakoplovu. Vojni ogranak krenuo je pregledati stotine svojih skupih mlažnjaka zbog istog strukturnog problema.
Nitko ne želi lom krila svog zrakoplova. Ili, znate, bilo gdje u zrakoplovu. Uočavanje i dijagnosticiranje problema poput ovih jedna je od ideja koja motivira novu tvrtku pod nazivom RadiantNano. Suosnivači Matthew Alpert i Leslie Dewan žele učiniti radiografsko snimanje - korištenje zračenja za izradu slika - lakšim, jeftinijim i doslovno fleksibilnijim. Stvorili su tehnologiju koja koristi novi materijal nazvan Novskite kako bi učinila upravo to - u osnovi bi mogla napraviti rendgensku snimku gore spomenutog zrakoplova i uhvatiti takve strukturne probleme. Štoviše, materijal također može identificirati prisutnost ionizirajućeg zračenja (to je zastrašujuća vrsta zračenja) i otkriti karakteristike njegovog izvora.
"Zračenje je vrlo moćan i izuzetno nedovoljno iskorišten alat za viđenje svijeta oko nas", kaže Dewan. Ideja je da kroz nevidljivo više svijeta postaje spoznatljivo.
Ministarstvo obrane zainteresirano je za tu viziju. Ranije ove godine, RadiantNano je odabran da sudjeluje u inicijativi National Security Innovation Network (NSIN) program—koji tvrtkama u ranoj fazi daje pristup velikanima DOD-a i može im pomoći da svoju tehnologiju prilagode vojnoj aplikacije.
Postoji niz razloga zbog kojih bi vojska mogla biti zainteresirana za dobivanje slike unutrašnjosti, recimo, transportnog kontejnera. Ili znati je li zračenje prisutno i ako jest, što ga uzrokuje. Tehnologija poput RadiantNano-a mogla bi biti korisna ne samo za provjeru pukotina na konstrukcijama mlaznih zrakoplova, već i za provjeru prljavih bombi u kamionima. Istodobno, na njihovu ćete se inovaciju možda susresti kod budućeg posjeta liječniku ako padnete s koturaljki. RadiantNano, drugim riječima, pokušava dati vojnicima i špijunima ono što žele—a istovremeno pruža nešto korisno i civilima.
Svjetlucav početak
RadiantNano je djelomično započeo jer su njegovi osnivači htjeli potaknuti ne samo stvaranje slika, već i detekcija i identifikacija zračenja—poboljšanje skupa alata koji postoji više od a stoljeća. Vjerojatno ste upoznati sa starim klik-klik-klik Geigerovih brojača. Ali te vrste uređaja više nisu jedina igra u gradu. Jedna od nekoliko opcija za lovca na zračenje je vrsta materijala koji se zove scintilator. Scintilatori upozoravaju ljude na energetske emisije na drugačiji način: emitiraju vlastitu svjetlost koju fotodetektori unutar uređaja zatim hvataju i prevode u informaciju. Karakteristike tog svjetla - njegova svjetlina, određene valne duljine koje emitira - otkrivaju koja vrsta i koja razina zračenja vreba okolo. Tako djeluje Novskite, osvjetljava se vidljivom svjetlošću kada na njega dođu rendgenske zrake. Ali za razliku od nekih drugih scintilatora, novi materijal je osjetljiv, visoke razlučivosti i relativno jeftin. Također se ne oslanja na minerale rijetkih zemalja koji često dolaze iz zemalja koje DOD ne želi bave (kao što je Kina) i koji, poput toaletnog papira, također mogu biti predmet lanca opskrbe poremećaji.
U obliku detektora, pristup koji je RadiantNano isprva slijedio, tehnologija tvrtke radi poput starih scintilacijskih detektora, interno prevodeći tu svjetlost u informaciju. Ali materijal se također može oblikovati u tanku, fleksibilnu foliju - visokotehnološki Fruit Roll-Up - koji olakšava postavljanje. U tom je obliku materijal koristan za snimanje i može djelovati poput rendgenskog filma.
Evo kako to radi: spojite scintilator s nizom fotodioda i osvijetlite ga X-zrakama. Apsorbirat će ih i ponovno emitirati vidljivu svjetlost, koju će fotodiode zatim pokupiti i pretvoriti u digitalnu sliku. Ako stavite predmet između izvora rendgenskog zračenja i scintilatora, digitalna slika će pokazati rendgensku sliku tog objekta. Budući da su tvari RadiantNano osjetljivije od stvari koje trenutno ima vaš liječnik, dobili biste manju dozu rendgenskih zraka nego što je trenutno potrebna za dijagnosticiranje vašeg slomljenog gležnja.
Na taj bi način također mogao snimati radiografske slike, recimo, vozila koja prelaze granicu s SAD-om. Kad je tvrtka započela, također su bili zainteresirani za korištenje oblika detektora scintilatora za hvatanje i identificiranje izvora zračenja koji bi mogli doći u zemlju.
To je veliki posao za američku vladu. Samo pitajte znanstvenika Richarda Kouzesa, emeritus istraživača u Pacific Northwest National Laboratory. U industriji otkrivanja opasnosti radi oko pola stoljeća, radeći i na temeljnoj znanosti i na aplikacijama nacionalne sigurnosti. Pacifički sjeverozapadni nacionalni laboratorij predvodi postavljanje detektora radijacije na granicama SAD-a u ime Odjela domovinske sigurnosti, a Kouzes je isprva bio znanstvenik zadužen za specificiranje zahtjeva za takve uređaje uopće križanja. "Ako se vozite preko kanadske ili meksičke granice, možda ćete vidjeti ove velike žute stupove", kaže on. To su plodovi programa na kojem je radio, s ciljem da osigura da ljudi ne krijumčare nuklearni ili radiološki materijal unutra ili van.
Takvi su se uređaji uvelike razvili otkad je to polje počelo prije oko 130 godina, kada je Henri Becquerel prvi put otkrio postojanje zračenja. Geigerovi brojači stupili su na scenu početkom 1900-ih. Ali detektori se nisu nužno toliko poboljšali tijekom godina kao što mislite. "To je ono što bih smatrao relativno sporom evolucijom tehnologije", kaže Kouzes.
Naravno, došli su bolji materijali, a tako i bolja elektronika, čineći razne vrste instrumenata osjetljivijim, njihove rezultate detaljnijim, a dizajn fleksibilnijim. "Uvijek postoji poticaj da budemo bolji", kaže Kouzes.
Ipak, nastavlja on, "mnogi detektori koji se danas koriste još uvijek imaju korijene u nekim od onih starih detektora tehnologije.” I ima prostora - i novca - za napredak, barem u sektoru nacionalne sigurnosti, gdje su pitanja i zabrinutosti ima na pretek.
Najgori scenariji idu ovako: možda netko prebaci kobalt-60 preko kanadske granice. Možda brodski kontejner ima teret iznenađenja, poput prljave bombe.
U međuvremenu, Međunarodna agencija za atomsku energiju mora pregledati i nadzirati nuklearne elektrane i druge reaktore, zajedno sa zalihama tvari poput plutonija, kako bismo bili sigurni da svatko ima količine i vrste opasnog materijala koje bi trebao imati, a ne tajno oružje program.
Solarna prodaja
Neki od tih teških problema bili su uvjerljivi za tvrtku na početku. Ali Alpert, suosnivač i glavni tehnološki direktor u RadiantNano, te kemijski inženjer po obrazovanju, nije uopće namjeravao ući u posao otkrivanja zračenja. Umjesto toga, počeo je na zračenju obraćenje posao - pretvaranje sunčevih zraka u električnu energiju.
Kao diplomski student na Sveučilištu u Virginiji 2010-ih, mukotrpno je radio na solarnim ćelijama sljedeće generacije, pokušavajući ih učiniti upotrebljivijima i učinkovitijima. Alpert je pomogao izumiti novi materijal koji bi potencijalno mogao postići oba ta cilja. Bila je to modificirana verzija perovskita, naziva za kristal strukturiran poput dijamanta ugrađen u kocku s jezgrom. Kristali perovskita, različitog sastava, omiljena su zamjena za silicij u solarnim ćelijama. Ali Alpertov je bio drugačiji jer je uobičajenom receptu dodao nanočestice, posip za koji se nadao da će poboljšati njegovu igru. Konfiguracija i sastav koji tvrtka sada koristi zove se Novskite, ime koje je Alpert dao materijalu.
Bila je to zanimljiva ideja, ali bilo je prepreka komercijalizaciji. I tako se, kao svaki dobar budući osnivač startupa, okrenuo. "Ispostavilo se da mnoge stvari koje čine materijal dobrim za solarne ćelije zapravo ga čine dobrim i za otkrivanje zračenja", kaže on. Postao je dio startup akceleratora, pridružio se Dewanu i bio na putu da svijet vidi drugačije.
U početku tim nije bio previše upoznat s time zašto bi vojska mogla biti zainteresirana za njihov scintilator. Njihova tehnologija—i sva tehnologija koju podržava National Security Innovation Network—nazvana je "dvostruka namjena", što znači da ima koristi za obične civile i za vojsku. Tek kada je kolega iz Ministarstva domovinske sigurnosti stupio u kontakt, jedna od potencijalnih obrambenih namjena Novskitea došla je u fokus. Kontakt je rekao da mu treba novi detektor zračenja za sigurnost granice, kako se prisjeća Alpert, i želio je znati mogu li pomoći.
"I pokazalo se da smo shvatili da možemo", kaže Alpert.
Sadašnji granični detektori rade pomalo poput detektora metala, nastavlja. Prođete kroz njih, i ako otkriju zračenje, to kažu. Ali oni daju da ili ne, binarni odgovor. Ali ne znači svako "da" "opasnost". Cigle, beton i banane također razbacuju radijaciju. Kao i granitne ploče. Ali informacije koje dolaze iz RadiantNano scintilacijskog uređaja bi otkrile zračenje i pokazale jedinstvenost otisak prsta različitih emisijskih tvari, kako bi službenici mogli uočiti razliku između pijeska za mačke i uran.
To je "detektorska" verzija RadiantNano skupa alata i dio izvorne vizije tvrtke.
"Naš materijal ima puno potencijalnih prednosti kada se koristi za detekciju", kaže Dewan. “No dok smo ga razvijali, shvatili smo da smo također dobro prilagođeni radiografskom snimanju, koje je puno veće tržište. Većina našeg rada sada je usmjerena na aplikacije za obradu slika.”
To je možda još uvijek korisno na granici, i šire u obrani. Radiografska slika unutrašnjosti kamiona koji vozi u, recimo, Buffalo mogla bi pružiti uvid u njegov teret. S druge strane, rendgenska snimka broda mogla bi pokazati pukotinu u trupu prije nego što postane prevelika i natjera brod da potone. S druge strane, RadiantNano imageer može skenirati vas da vidim imaju li ti kosti pukotine.
Tražite obrambene kutove
National Security Innovation Network bavila se tvrtkom i potencijalnim aplikacijama njezine tehnologije, odabirom RadiantNano kao jedan od 16 startupa u svojoj kohorti Propel ove godine, te ih postavlja za usmjeravanje i mentorstvo.
Sam NSIN započeo je s radom 2016., a danas postoji kao sastavnica Jedinice za obrambene inovacije, a također pod vodstvom zamjenika upravnog direktora Justina Dunnicliffa. Njegov je cilj pomoći malim tvrtkama u snalaženju u ugovaranju obrambenih poslova. "Zaista nema jasnog puta", kaže Dunnicliff.
To je zato što problemi koje DOD treba riješiti mogu biti neprozirni - možda nevidljivi - ako vi sami niste DOD. "Sve je povjerljivo, čak i ako to zapravo nije povjerljiv problem", kaže Dunnicliff. “DOD je ogroman i labirint. Kako uopće pronaći pravi ured za razgovor?"
Programi kao što je Propel pomažu u povezivanju startupa s pravim uredima i probijanju leda između državnih ureda i coworking prostora i akademskih zgrada malih tvrtki.
Da bi to uopće učinio, NSIN prvo mora pronaći inovatore koje želi. "Moramo biti prisutni u zajednicama s kojima želimo sudjelovati", kaže Dunnicliff - naime, fakulteti koji bljuju ljude poput Alperta, koji bljuju tehnološke tvrtke. "Ugradili bismo ljude na sveučilišta", kaže Dunnicliff. I sam je neko vrijeme čamio na Sveučilištu Washington, učeći o tome što istraživači namjeravaju i razmišljajući o tome kako bi taj rad mogao pomoći DOD-u.
To nije uvijek nešto za što su akademici svjesni da je čak i mogućnost. "Svatko u DC-u zna za rad za Ministarstvo obrane, sektor nacionalne sigurnosti", kaže. "Ali dođete na Zapadnu obalu, a njima nije tako jasno kakve su mogućnosti, je li to uopće nešto što žele učiniti."
Mnogi su ljudi zainteresirani za istraživanje, kaže Dunnicliff, jer je to novi i novi skup problema, a znanstvenici volim te stvari (vjerojatno ne boli ni činjenica da DOD dobiva gotovo nebrojeno više novca od znanstvenih agencija). Ali neki istraživači, naravno, odustaju. "Očito postoje ljudi koji ne žele raditi s DOD-om, i to je u redu", kaže Dunnicliff.
Osnivači RadiantNana željeli su raditi na ovoj strani nacionalne sigurnosti, a NSIN-ov Propel olakšava taj put. Suosnivači su nedavno prisustvovali demo danu, gdje su pokazali svoju tehnologiju i predstavili potencijalne financijere, upoznali startup akceleratore i družili se s DOD-ovim facama. Također imaju redovite sastanke s Propel partnerima kako bi smislili kako ući u poslovični i doslovni Pentagon. "Imati vodiča kroz taj proces - ovaj, ponekad, bizantski proces bio nam je stvarno, stvarno od pomoći", kaže Dewan, suosnivač i izvršni direktor tvrtke RadiantNano.
Rendgenska slika, na neki način, kako stvari funkcioniraju iznutra.
Čitaj više PopSci+ priče.
