Спецслужбы США ищут технологии для выявления смертельных химикатов

Сложность расследований

Сергей Скрипаль, бывший российский разведчик, который стал двойным агентом Великобритании, и его дочь, Юлия, были не единственными людьми, пострадавшими от нападения нервно-паралитического агента в Солсбери, Англия, в марте. Еще почти 40 человек были больны, включая трех полицейских, которые были госпитализированы, причем один из них находился в больнице более двух недель. Рой одетых в химзащиту, специалистов химической войны обследовал все места в Skripals был недавно в надежде выяснить, что случилось и есть ли опасность для общества.

В США разведывательные агентства охотятся за технологией, которая сделает такие расследования более быстрыми и безопасными и, возможно, даже предотвратит подобные атаки. Противоугонная лампа для измерения абсорбционной и отражательной инфракрасной световой сигнатуры (SILMARILS) в рамках проекта Intelligence Advanced Research Projects должна завершить к середине 2021 года возможным решением: переносным сканером, который может идентифицировать ценность отпечатка пальца библиотеки некоторых 500 химических веществ, охватывающих опасный (взрывной ПЭТН) на мирский (кофеин) - на поверхности, такие как автомобильные двери на расстоянии от 5 до 30 метров.

Директор программы Кристи Девитт объясняет, что обнаружение таких химических сигнатур уже возможно с помощью так называемой рамановской спектроскопии. Эта технология использует лазер, составленный одиночной длины волны света, который производит крошечную часть фотонов разнообразие длин волны когда луч рассеивает с просмотренного материала. Что эти длины волны и что их относительное изобилие действуют как определяя подпись.

Проблема в том, что доля новых фотонов настолько мала, что вам нужен сильный—потенциально прожигающий-глаз-сильный-лазер за ним. И это не хорошо, если вы планируете тайно сканировать всех, кто входит в аэропорт.

Системы, которые SILMARILS исследуют, используют лазеры, которые охватывают широкий диапазон инфракрасного (ИК) спектра и ищут спектроскопические сигнатуры в нескольких фотонах, которые отражают назад. Использование широкого спектра ИК-длин волн означает, что вы можете использовать менее мощный источник света - что-то более опасное, чем сканер продуктового магазина, говорит Девитт.

Три команды программы разрабатывают полную систему, которая включает в себя как освещение, так и спектроскопию, но каждый из них имеет специальность. Подрядчик защиты Лейдос полагается на импульсный суперконтинуумный лазер. Такие устройства, как правило, представляют собой оптические волокна, легированные химическими веществами, а также встроенные в них микро- или наноструктуры для создания своеобразного нелинейного эффекта. В частности, некоторый свет, накачиваемый в волокно, стимулирует образование непрерывного спектра длин волн. Используя серию волокон с различной степенью легирования, Лейдосу и исследователям Мичиганского университета недавно удалось создать суперконтинуумный лазер с длиной волны от 2 мкм до 11 мкм.

Блок MEMS, базирующийся в Марлборо, Массачусетс, также использует специализированный лазер, хотя и менее экспериментальный. Компания уже предоставляет несколько продуктов для обнаружения химических веществ на основе квантовых каскадных лазеров. Эти лазеры выполнены из полупроводников с точно контролируемой толщиной субнанометра. Электроны видят эти слои, как если бы они были «лестницей» энергии и излучали фотон на каждом шагу. Блокировка MEMS по этой технологии - это лазер, который быстро проникает через диапазон инфракрасных длин волн, регулируя оптические компоненты за пределами полупроводника, объясняет генеральный директор Petros Kotidis.

На основе технологии Spectrum Photonics, основанной на Гонолулу, был накоплен опыт создания компактных маломощных гиперспектральных систем визуализации. Эти спектрометрические системы на основе камеры фиксируют быструю серию изображений, каждая из которых имеет кодированную пространственную и длину волны. Президент Spectrum Photonics Эд Кноббе говорит, что компания разрабатывает систему обработки изображений для SILMARILS, которая может детектировать свет с длиной волны 1,2 мкм (коротковолновой ИК) до 13,5 мкм (длинноволновый ИК). «Большая часть первичной спектральной информации находится в длинноволновой инфракрасной области спектра, - объясняет Кноббе. «Но в midwave и коротковолновых ИК-диапазонах имеется огромное количество дополнительной информации».

Итоги

Большая часть работы теперь заключается в интерпретации возвращенного сигнала-мозгов системы, а не ее лучей, говорит Девитт. "Одна из самых сложных проблем заключается в том, что подпись на поверхности-это не тот абсолютный штрих-код, который вы получите от химического вещества, плавающего в воздухе. Когда вы имеете небольшие количества химикатов на поверхности, изменения спектра значительно согласно субстрату и размеру частицы.”

Если какая-либо из этих команд сможет решить оставшиеся проблемы, приложения будут значительно превосходить потребности спецслужб. «Он меняет всю идею обнаружения противостояния, - прогнозирует генеральный директор Block MEMS Котидис. Для главного исследователя Лейдоса, Оги Ифарагуэрри, это своего рода мечта. «Всегда было такое чувство, что где-то была способность сделать конечный датчик - трикодер« Звездного пути », - говорит он. Когда он начал свою карьеру в 1990-х годах, «это казалось очень неуловимым». Но технология сейчас близка, и он, наконец, делает то, что хотел, «потому что я не знаю, 30 лет».