W WAT spotkali się eksperci NATO od kwantowego wykrywania niebezpiecznych substancji

Międzynarodowa grupa NATO analizująca potencjał technologii LIG w zakresie tworzenia czujników do wykrywania substancji takich jak materiały wybuchowe czy bojowe środki trujące spotkała się w dniach 10-12 czerwca 2024 r. w Wojskowej Akademii Technicznej.

LIG (ang. laser-induced graphene) to laserowo indukowany grafen uzyskiwany na folii poliamidowej w wyniku procesu podobnego do grawerowania. NATO wiąże nadzieje z tą technologią, ponieważ umożliwia wytwarzanie elastycznych, ekonomicznych czujników o niewielkich wymiarach do wykrywania niebezpiecznych substancji.

Nowa generacja takich czujników powstanie w wyniku realizacji projektu „Laserowo drukowane czujniki wczesnego ostrzegania: kwantowe wykrywanie środków chemicznych i biologicznych (LiGAlert)”.

W ramach projektu LiGAlert eksperci NATO z 4 krajów opracują pojedyncze czujniki oraz matryce z drukowanych laserowo struktur grafenowych na poliamidzie, czyli rodzaju tworzywa sztucznego. Czujniki te będą elastyczne, co oznacza, że będzie możliwe dopasowanie ich do wymaganego kształtu. W projekcie powstaną też specjalnie przeznaczone do nowych czujników układy odczytu, w których naukowcy zastosują algorytmy sztucznej inteligencji.

Dzięki temu, że czujniki będą modyfikowane sekwencjami peptydowymi (czyli organicznymi związkami chemicznymi powstającymi w wyniku połączenia aminokwasów wiązaniem peptydowym), możliwe będzie uzyskanie selektywnej odpowiedzi na odziaływanie określonej substancji. Sygnały te będą analizowane za pomocą układów, które zostaną opracowane w WAT.

OPTOELEKTRONICY i CHEMICY Z WAT WYPOSAŻĄ I SPRAWDZĄ CZUJNIKI

Jak tłumaczy płk dr hab. inż. Jacek Wojtas, prof. WAT, zadania naszej uczelni w tym projekcie koncentrują się wokół struktur, które zostaną wykonane w technologii LIG. Eksperci z Instytutu Optoelektroniki opracują układy odczytu i cyfrowego przetwarzania do pojedynczych czujników oraz matryc, wykorzystując w nich algorytmy sztucznej inteligencji. Nasi naukowcy z IOE oraz z Wydziału Nowych Technologii i Chemii wypróbują nowe czujniki przeprowadzając testy z wykorzystaniem wybranych substancji i badania porównawcze. Na tej podstawie zdefiniują scenariusze ich użycia.

Poza celem związanym z potencjalnymi zastosowaniami projekt LiGAlert ma charakter badawczy i przeznaczony jest na finansowanie materiałów niezbędnych do badań oraz stypendiów dla młodych naukowców.

„To jest dopiero początkowy etap rozwoju czujników bazujących na strukturach z LIG. Badań, które zaplanowaliśmy, jeszcze nikt inny nie przeprowadził. Liczymy na to, że takie czujniki będą mogły być wykorzystane przez wojsko. Naturalnym partnerem, z którym współpracujemy i może nas w tym wesprzeć jako użytkownik końcowy jest Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia” – tłumaczy płk Wojtas.

Zaznacza, że samo zastosowanie technologii LIG do wytwarzania tanich i miniaturowych czujników różnych substancji jest bardzo świeżym pomysłem. „A do wykrywania tych związków, które my wybraliśmy, jest zupełną nowością. Unikatowy jest także sposób w jaki chcemy to osiągnąć” – podkreśla optoelektronik z WAT.

Jak dodaje, na wyjątkowość projektu składają się trzy innowacje. Pierwszą jest zaprojektowanie i wykonanie specjalnych warstw grafenowych z nanodiamentami przez lidera projektu – Politechnikę Gdańską we współpracy z Kalifornijskim Instytutem Technicznym Caltech (USA), Ohio State University (USA) i University of South Bohemia (Czechy). Drugą – zastosowanie w czujnikach sekwencji peptydowych opracowanych do wykrywania wybranych substancji przez Johannes Kepler Universitat Linz (Austria). Trzecią natomiast – wykonanie układów odczytu i systemu analizy sygnałów opartego o algorytmy sztucznej inteligencji przez Zespół Detekcji Sygnałów Optycznych Instytutu Optoelektroniki i sprawdzenie nowych czujników z zastosowaniem próbek testowych przygotowanych w Zakładzie Materiałów Wybuchowych Wydziału Nowych Technologii i Chemii WAT.

POLSKA GOSPODARZEM MIĘDZYNARODOWEGO SPOTKANIA GRUPY

Spotkanie wszystkich wykonawców projektu NATO to ważne wydarzenie organizacyjne, ale przede wszystkim naukowe, służące wymianie doświadczeń i nawiązaniu współpracy w konkretnych obszarach. W 3-dniowych obradach wzięło udział 20 osób z Polski, Stanów Zjednoczonych, Austrii, Czech i Włoch. W Wojskowej Akademii Technicznej gościli naukowcy z pięciu instytucji naukowych oraz z Wojskowego Instytutu Technicznego Uzbrojenia (WITU), który jest potencjalnym odbiorcą innowacyjnych narzędzi. Wśród badaczy, którzy zabrali głos na konferencji projektowej byli dyrektorzy projektu Prof. Robert Bogdanowicz z PG (lider) oraz Dr Adriana Rathner z JKU, a także tzw. kodyrektorzy prof. William A. Goddard III z Caltech, prof. Marc Bockrath z OSU, Prof. Vitezslav Stranak z USB, Prof. Jacek Wojtas z WAT (organizator) oraz eksperci z zakresu niebezpiecznych substancji Dr Agata Kamieńska Duda z WITU i Dr Mateusz Szala z WTC WAT.

Chociaż projekt formalnie rozpoczął się 1 lutego 2024, to z większością partnerów Wojskowa Akademia Techniczna współpracuje od 2015 roku. „To jest nasz drugi projekt w programie SPS (ang. Science for Peace and Security Programme) NATO zdobyty wspólnie z PG, Caltech, OSU i USB. Pierwszym był projekt pt. Ultraczułe opto-elektrochemiczne wykrywanie produkcji płynnych substancji wybuchowych (DIAEXP)” – podkreśla płk Wojtas. Grupa badawcza LiGAlert przynajmniej raz w miesiącu spotyka się on-line. Zjazdy stacjonarne w ramach projektu DIAEXP odbywały się przynajmniej raz w roku i najczęściej w Kalifornijskim Instytucie Technicznym Caltech w Pasadenie (USA). Po raz pierwszy takie spotkanie miało miejsce w Polsce.

Spotkaniu w WAT towarzyszyła demonstracja technologii, które rozwijane są w uczelnianych laboratoriach – Zespołu Detekcji Sygnałów Optycznych Instytutu Optoelektroniki oraz Zakładu Materiałów Wybuchowych Wydziału Nowych Technologii i Chemii. Uczestnicy mieli również okazję zobaczyć sprzęt wojskowy taki jak PPZR GROM, PT91 czy różne pojazdy opancerzone będące w zasobach Akademii.