5 proyectos que impulsaron las futuras capacidades de conexión en red del Ejército en 2020

El U.S. Army Research Lab ha hecho importantes progresos en 2020, en proyectos que tendrán importantes implicaciones para las comunicaciones y redes de los combatientes en el futuro.

Los proyectos abordaron una amplia gama de tecnologías futuristas, desde los desarrollos de redes cuánticas «inhackeables» hasta un proyecto similar a la visión de rayos X, que podría mejorar las capacidades de vigilancia. El Laboratorio también realizó avances en la creación de redes, una capacidad que el Ejército considera fundamental para el futuro de sus comunicaciones en el campo de batalla.

Estos son cinco de los avances científicos del Ejército de 2020:

Un paso hacia una red cuántica «inhackeable»

Un dispositivo cuántico desarrollado por científicos del Ejército este año permite almacenar grandes cantidades de información en forma de patrones holográficos, un paso importante hacia la construcción de una red cuántica.

Los científicos fueron capaces de atrapar millones de átomos de rubidio en rayos láser y enfriarlos cerca del cero absoluto, permitiendo que los bits cuánticos se almacenen como patrones o imágenes.

Como dijo el laboratorio de investigación a principios de este año: «Para visualizar mejor esta tecnología, imagina un lienzo o un mar en el que se puedan escribir imágenes cuánticas en las olas. … Esas imágenes o patrones de olas, llamadas ondas de espiral, pueden ser almacenadas como información. Las ondas espirales son como la pintura para [el] …. lienzo metafórico.»

Kevin Cox, un científico del Laboratorio de Investigación del Ejército que trabajó en el proyecto, dijo a C4ISRNET que el dispositivo creado podría tener importantes ramificaciones para las comunicaciones seguras.

«Debido a su naturaleza fundamental, los bits cuánticos de información no pueden ser copiados o duplicados. Por esta razón, las redes de comunicación cuántica de alta velocidad pueden permitir transmisiones de datos imposibles de espiar», dijo Cox.

El dispositivo, han dicho los investigadores, es un paso importante hacia el desarrollo de un repetidor cuántico, un dispositivo que podría transportar información cuántica a largas distancias. Todavía no se ha construido uno con éxito. El desarrollo es un paso hacia la entrega de tecnología que cambie el juego al combatiente de la guerra.

«Se ha demostrado que, además de las comunicaciones seguras básicas, las redes cuánticas ofrecen capacidades únicas para detectar señales adversas extremadamente débiles», dijo Cox. «Además, las redes cuánticas serán usadas para interconectar futuros soldados, computadoras cuánticas, sensores cuánticos y relojes atómicos que formarán la columna vertebral de las capacidades de la próxima generación».

Otros conceptos de investigación se basan en el éxito del dispositivo cuántico, en áreas como los sensores atómicos de RF, los sensores magnéticos y los relojes atómicos, dijo Cox. Las redes cuánticas a gran escala a escala nacional o mundial están a décadas de distancia, señaló. En los próximos cinco años, el Laboratorio   planea desarrollar un banco de pruebas interno para un dispositivo de redes cuánticas para descubrir las capacidades de los combatientes en un entorno controlado. A partir de ahí, el equipo trabajará con investigadores de la Universidad de Maryland para investigar las redes cuánticas a escala metropolitana y «comprender y superar los desafíos tecnológicos asociados a las redes cuánticas de larga distancia», dijo Cox.

Mejoras en los fuegos de precisión de largo alcance

Este año, los investigadores alcanzaron el nivel cuatro de “Tecnological Readiness Level (TRL), que, en una escala del 1 al 10, indica el grado de madurez de una tecnología, para las tecnologías avanzadas que mejorarán los fuegos de precisión de largo alcance del Ejército en el futuro.

En el nivel 4 del TRL, la tecnología demuestra que funciona en un entorno de laboratorio, para el diseño y el control de vuelo, según Frank Fresconi, director de programa de Long Range Distributed and Collaborative Engagements del laboratorio. Esas tecnologías mejorarán la capacidad de maniobrar municiones en el futuro.

Otra tecnología que logró el TRL 4 son los algoritmos de estimación y procesamiento de imágenes para fuegos precisos en ambientes conflictivos, dijo Fresconi.

Las nuevas capacidades mejorarán la «capacidad del Ejército para poder interceptar objetivos terrestres en movimiento usando componentes de bajo costo», tales como sensores, procesadores y actuadores, dijo, señalando que los avances del laboratorio podrían estar en funcionamiento en 10-15 años.

El próximo año, el laboratorio planea abordar la tecnología avanzada de energía, propulsión, vuelo y mecanismos de ojivas en entornos más extremos, como velocidades más altas, cargas de lanzamiento mecánico más altas, cargas de vuelo térmico más altas y un espectro electromagnético más disputado, dijo Fresconi.

Más eficiencia energética con 5G

Investigadores financiados por el Ejército construyeron un dispositivo electrónico para la conmutación de frecuencias que es 100 veces más eficiente energéticamente que las capacidades actuales.

Los interruptores de frecuencia, como los que se usan en los teléfonos móviles, se alternan entre Wi-Fi, Bluetooth, 4G y LTE. Estos dispositivos, según Chakrapani Varanasi, jefe de división del programa de ciencia de los materiales de la Oficina de Investigación del Ejército, son voluminosos y mucho menos eficientes energéticamente con un alcance limitado. El nuevo interruptor 5G usa materiales bidimensionales y permite «una fácil integración de los dispositivos de comunicación electrónica en los sistemas que llevan los soldados para el conocimiento de la situación», dijo Varanasi.

«Los nuevos dispositivos se fabrican con novedosos materiales de un solo átomo y capas gruesas, por lo que su masa es muy baja, con propiedades extraordinarias que no existían antes en los materiales convencionales que se utilizan actualmente», dijo Varanasi a C4ISRNET. «Permiten la transmisión de la señal unas 100 veces más rápida que los dispositivos actuales, lo que resulta en una latencia reducida y una descarga/carga de datos casi instantánea».

En el futuro, el conmutador puede ser empleado en sistemas de satélites, radios inteligentes y «a través de la Internet de las cosas o dondequiera que se requiera una transmisión de datos más rápida, fiable y de bajo consumo de energía», dijo Varanasi. Por otra parte, la investigación se centrará en el desarrollo de dispositivos con mayor fiabilidad y vida útil, así como en el avance de las técnicas de fabricación para que el conmutador pueda desarrollarse a mayor escala para una mayor variedad de aplicaciones.

La imagen 3D para un día ver a través de los obstáculos

Investigadores respaldados por el Ejército dieron un pequeño paso hacia lo que podría considerarse una forma de visión de rayos X. En 2020, el Ejército buscó hacer avances que les permitieran ver a través de «medios dispersos», como la niebla espesa o las inclemencias del tiempo.

El proyecto se centró en la imagen de un objeto a través de un trozo de espuma de una pulgada de espesor. A medida que la luz viaja a través de medios dispersos, los fotones se dispersan. Los sistemas actuales de imágenes aíslan los fotones que viajan directamente al objetivo y de regreso, pero el desafío es que muy pocos fotones viajarán por el camino, dijo David Lindell, un candidato a doctorado en el Laboratorio de Imágenes Computacionales de la Universidad de Stanford. Usando un algoritmo, el equipo construyó un sistema que también podía capturar la imagen de un objeto usando los fotones dispersos.

«El objetivo era básicamente ver a través de él o desarrollar algún tipo de visión de rayos X», dijo Lindell.

Las futuras aplicaciones de esta investigación incluyen la teledetección y la vigilancia en «todo tipo de condiciones», dijo.

«Se podrían desplegar estos sistemas en satélites o aviones. Un gran desafío en estos escenarios de imágenes provenientes de la atmósfera», dijo Lindell. «La atmósfera, el cinturón actúa como una losa de dispersión, similar a lo que probamos, aunque a menor escala en el laboratorio».

Las futuras investigaciones incluirán el uso del sistema en ambientes como la niebla, que presenta el desafío adicional de estar en movimiento.

Redes en malla y radios que duran más tiempo

Una capacidad crítica para el futuro de las comunicaciones en el campo de batalla del Ejército es la red en malla, que permite la conexión entre varios nodos para pasar datos y construir una red.

Pero actualmente, la red en malla requiere que las radios estén encendidas, agotando la crítica y limitada energía de la batería. Investigadores del Ejército han construido este año una radio, que podría entrar en modo suspensión para ahorrar batería, pero aun así monitorear el tráfico y sostener una red en malla.

«Así que nos preguntamos cómo se pueden fabricar radios de alto rendimiento que ofrezcan el que el DoD necesita en sus sistemas, pero que al mismo tiempo puedan mantener una red y también dejar que las radios se duerman y sólo se despierten cuando sea necesario», dijo Ron Tobin, jefe del equipo de comunicaciones de eficiencia energética del Army Research La.

Lo que el equipo desarrolló finalmente se llama «common sensor radio» (radio de sensores comunes). Los viejos sistemas se encienden constantemente escuchando el tráfico, incluso si no hay ninguno entrando. El nuevo sistema es diferente. Puede dormirse y despertarse en un horario una vez por segundo, dos veces por segundo, cada dos segundos, cualquiera que sea su necesidad de escuchar el tráfico. Y una vez que hay tráfico, puede permanecer despierto mucho más tiempo para manejar el tráfico», dijo Tobin.

El equipo también trabajó en la adaptabilidad de la radio, construyéndola para ajustar las tasas de datos y la potencia dependiendo de condiciones como la interferencia o el ruido. También descubrieron un sistema para evitar que una radio transmita al mismo tiempo que otras, evitando que las radios hablen esencialmente unas sobre otras.

Fte. C4ISRNET