Полуробот-полубог. Всамделишные технологии и исследования, легшие в основу нанокостюма из Crysis 2
Нанокостюм Nanosuit 2 из Crysis 2 — единственный в мире проект несуществующего устройства, получивший престижную награду в области индустриального дизайна Red Dot Design Award. Феноменальная интеграция технологий и органической материи, совершенный экзоскелет, удивительная прочность, сумасшедшие усиление и ускорение… Псевдонаучный бред и досужие фантазии дизайн-отдела? Как бы не так! «Игромания» обратилась к ученым и выяснила, что прототипы отдельных элементов нанокостюма в самом деле существуют в современных лабораториях и в цифрах разработчики не слишком наврали.
Экзоскелет: существует
Начнем с самой идеи использования экзоскелета. Сегодня и военные, и гражданские лаборатории ведут интенсивные разработки в этой области, беря пример с живой природы.
Вы, конечно, видели раков, креветок или их собратьев. У этих «даров моря» есть одна особенность — нежнейшее тело у них прикрыто внешним хитиновым (экзо) скелетом. Он чрезвычайно прочен и функционален, а главное, защищает от множества напастей.
Так и дизайнеры Crysis не стали придавать организму главного героя чудо-способности, которые еще и трудно объяснить игрокам, а взяли за основу костюма именно экзоскелет, который может безгранично расширять человеческие возможности.
Сплав колтана и титана: псевдонаучная путаница
Сам экзоскелет создан из сплава колтана и титана, а все элементы и сочленения усилены с помощью карбопл а тины. Тут, конечно, разработчики перестарались с терминами: колтан, или колумбит-танталит, (Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6, — это ценная руда, из которой добывают тантал и которая ни при каких условиях не может образовывать сплав с титаном. А «Карбоплат и н» — лекарство, используемое при химиотерапии рака.
Может быть, это ошибка, и сочленения должны быть изготовлены не из карбоплатины, а из карбида платины? Но карбид платины — довольно хрупкое вещество… Да и вообще странно, почему была выбрана именно платина, в чистом виде — довольно мягкий металл. Гораздо разумнее использовать карбид вольфрама — вещество с формулой WC, которое по твердости уступает лишь алмазу и очень плохо истирается при использовании, например, в шарнирах и подвижных элементах, где мы его и хотим применять. Плавится карбид вольфрама при температуре выше 2800°С, так что в броне из такого материала нашему наногерою будут не страшны ни огнеметы, ни взрывы, ни пожары. А вот карбоплатина и карбоплатин — не лучшие материалы для нанокостюма.
Остается сплав титана — тут дизайнеры, сдается нам, ткнули пальцем в небо и попали. Сплавы титана действительно одни из прочнейших. На большинстве современных авиалайнеров стоят турбореактивные двигатели: вы наверняка видели вращающиеся лопатки турбины, нагнетающей воздух в камеру сгорания. Эти самые лопатки как раз и делают из сплавов на основе титана со структурированием на наноуровне. Такие сплавы выдерживают огромные перепады температур — от -40°C на стоянке аэродрома зимой до 2000°C непосредственно в камере сгорания.
Мускулы на основе наноклетчатки: существуют
Обычно экзоскелеты разрабатываются для увеличения механической силы, воспроизводимой одним человеком. И неважно, зачем они применяются — для улучшения выносливости и мощи бойцов спецназа или для инвалидов, которым необходима возможность самостоятельно передвигаться. Дизайнеры Crysis применили искусственные мускулы CryFibril на основе наноклетчатки, которые в 450 раз повышают силовые возможности солдата.
Упрощенно наши мышцы — это смесь миофибриллярных белков, актина и миозина. За счет расщепления АТФ, универсального клеточного топлива, эти белки могут передвигаться относительно друг друга. Это очень похоже на закручивание болта в гайку и в итоге приводит к сокращению мускулатуры.
Современной науке известно две группы материалов, позволяющих создавать искусственные мышцы.
Первая группа — металлы с памятью формы (например, нитинол, сплав никеля и титана). При определенной температуре между двумя элементарными ячейками с разными объемами происходит фазовый переход. Благодаря ему можно, изменяя температуру, скажем, с помощью Пельтье-элементов, сжимать или, наоборот, разжимать мускул. Минус «металлических» мышц в том, что им по сравнению с «натуральными» требуется больше времени на сокращение.
Вторая группа, более перспективная, — электроактивные полимеры (Electroactive Polymers, EAPs), то есть полимеры, которые при подаче на них разности потенциалов могут изменять свои геометрические размеры. Такие вещества сжимаются даже быстрее обычных мышц, так как электрическое поле распространяется практически мгновенно, а сокращение биологических мышц — сложный процесс, требующий некоторого времени. Лучшие на сегодня образцы EAPs имеют время реакции меньше 0,1 секунды и могут поднять вес, в 1000 раз превышающий их собственный. И наноклетчатка, используемая в нанокостюме, — это, скорее всего, и есть вещество на основе электроактивных полимеров, только свернутых в трубочки и расположенных аналогично волокнам в древесине (обратите внимание на волокнистую структуру нанокостюма).
Жидкая броня на основе наноклетчатки: псевдонаучная путаница
Мышцы из электроактивного полимера — доступная технология, но жидкая броня из аналогичного полимера — перебор. Она вряд ли сможет защитить от радиации (вообще, от гамма-лучей не спасает даже толстый слой свинца), огнестрельного оружия или прямых ударов руками и ногами, так как не обладает необходимыми механическими характеристиками.
Однако есть целый ряд разработок, посвященных жидкой броне.
Скажем, неньютоновские жидкости — жидкости, меняющие свою вязкость при изменении скорости течения. Рассмотрим в качестве примера воду, которая в определенных условиях проявляет свойства неньютоновской жидкости.
Когда человек прыгает солдатиком с большой высоты и с очень большой скоростью входит в воду, он сильно ударяется подошвами ног — так, будто прыгает с аналогичной высоты на землю. Это происходит потому, что молекулы воды не успевают «разбежаться» в стороны, когда в них на большой скорости проникает предмет. В результате вода как будто останавливает летящее в нее тело. А еще более вязкая жидкость, например полимерный гель, будет останавливать несущиеся на большой скорости предметы еще лучше.
Если же добавить в гель микросферы какого-либо твердого материала (скажем, оксида алюминия, кремния или титана диаметром несколько микрометров), то пуля или нож встретят на своем пути, помимо относительно мягкого геля, твердые частицы, которые должны либо разрушиться, либо сместиться в вязкой и твердой, как кирпич, среде, — что практически невозможно. В результате вся кинетическая энергия снаряда перейдет в энергию деформации такой брони. Остается только пропитать таким гелем несколько слоев кевлара — основного материала для создания бронежилетов, — и прототип наноброни готов.
Нейроинтерфейс: тайна, покрытая мраком
И напоследок немножко о нейроинтерфесах. В Crysis 2 нанокостюм — это действительно неотъемлемая часть человеческого тела. Чтобы Nanosuit 2 мог общаться с «хозяином», во вторую версию костюма встроили специальное устройство SECOND.
По сути, система SECOND представляет собой ДНК-компьютер, работающий за счет кровеглюкозного соединения. Эта система на полную использует возможности самого совершенного суперкомпьютера — человеческого мозга. Она позволяет хранить и обрабатывать гигантские массивы информации — от карты местности с дополненной реальностью до звуков, услышанных за сто метров от человека в нанокостюме. А модная маска-респиратор лишь обеспечивает расширенный приток кислорода для нормальной работы мозга во время активной работы костюма… Правда это или ложь?
Сейчас сложно представить какую-либо конкретную разработку, легшую в основу SECOND. Несмотря на развитие информационных технологий, мы пока мало что понимаем в работе нашего мозга и все еще не знаем ответа на вопрос, как функционирует наше сознание.
Зато знаем, что у нашего мозга и вычислительной техники есть одно сходство: электрические импульсы, передаваемые, соответственно, по нейронам или по проводам. А значит, зная «распиновку» мозга, можно подключить к нему соответствующие провода, вывести их на микрочип и получать информацию или отдавать какие-либо команды, напрямую общаясь с мозгом, — что, видимо, и сделали создатели SECOND. Но пока такие эксперименты возможны только в играх. В реальности это случится очень, очень нескоро: открытые исследования, связанные с нейроинтерфейсами, позволяют разве что заставить лягушку дергать лапкой, и этим научным забавам еще далеко до интеграции компьютера с человеческим мозгом.
Нанокостюм с честью выдерживает разбор по косточкам: броня будущего проработана действительно хорошо, и поймать разработчиков не на чем. Хотя многое придумано, взято с потолка, в целом концепция развития современных технологий и науки угадана верно. И, может быть, не в 2020 году, когда разворачиваются события первой части Crysis, но в 2050-м мы и вправду увидим реально действующее подобие нанокостюма.