Использование специально разработанных материалов также возможно при 3D-печати, например, новых сплавов с химическими и физическими характеристиками, разработанными специально для поддержки производимого изделия. Например, высокоэффективные магниты или материалы с интеллектуальной технологией (например, сенсоры) могут быть встроены непосредственно в структуру материала. Сокращая потребность в фабриках и рабочей силе, 3D-печать может привести к возвращению производства в более развитые промышленные страны. Это может снизить риск, связанный с военными системами, которые полагаются на глобальные цепочки поставок ключевых компонентов.

Аддитивное производство может улучшить военную логистику, перенеся часть производства ближе к линии фронта, производя детали по требованию там, где и когда они необходимы. 3D-принтеры могут использовать различное сырье для производства широкого спектра деталей, тем самым повышая гибкость логистической системы. Это представляет собой значительный сдвиг от традиционных процедур военной цепочки поставок, в которых склады хранят множество предметов различных размеров, пытаясь обеспечить наличие необходимого оборудования в нужный момент. Однако физические и финансовые ограничения накладывают ограничения на ассортимент и количество оборудования и деталей, которые можно держать под рукой. С помощью AM можно представить себе пункты снабжения, оснащенные 3D-принтерами и сырьем, которые могут создавать детали по мере необходимости - "логистика точно в срок" - и только те детали, которые необходимы.

Военные явно видят потенциал АМ. ВМС США, например, располагают 3D-принтерами на борту десантного корабля "Эссекс" и используют их для производства беспилотников по индивидуальным заказам. Самые современные 3D-принтеры могут даже производить электронику дрона и бесшовно интегрировать ее в готовое изделие. Это позволяет экипажу корабля экономить место - на кораблях всегда в цене - за счет хранения только основного сырья, а затем печатать детали по мере необходимости.

АМ продолжает завоевывать рынок. Эксперимент по внедрению АМ в работу традиционного склада в 2014 году показал, что расходы сократились на 70-85 процентов от традиционных затрат на цепочку поставок, причем наибольшая экономия пришлась на транспортные расходы. Значительная экономия (17 процентов от общей суммы) была также достигнута за счет сокращения запасов.

В условиях военного времени экономия, получаемая от AM за счет этих эффектов второго порядка, может быть огромной. Подумайте о военных колоннах грузовиков, даже тех, которые движутся в относительно безопасной среде, отнимая дорогостоящую рабочую силу и потребляя большое количество топлива. Жертвы и потери техники в результате нападений на колонны могут быть значительными, что видно на примере ущерба, нанесенного СВУ американским войскам в Афганистане и Ираке. Сокращая потребность в войсках и грузовиках, перевозящих грузы, и их сопровождении, а также размер и количество пунктов снабжения и их охрану, аддитивное производство может оказать значительное косвенное влияние на требования логистики. Признаки влияния АМ в зонах боевых действий уже наблюдаются. Армия США, например, развернула 3D-принтеры в Афганистане, чтобы обеспечить солдат мелкими деталями по требованию.

Процессы аддитивного производства могут сократить расходы и другими способами. Например, современные 3D-принтеры могут ремонтировать металлические детали, если повреждена часть детали, вместо того, чтобы система снабжения была вынуждена закупать или производить новую деталь. Более того, когда производитель снимает с производства продукт или компонент, заменить его может быть сложно или невозможно. Там, где это возможно, аддитивное производство может быть использовано для создания замены снятых с производства деталей после того, как оригинальный производитель вышел из бизнеса, продлевая срок службы старых военных систем и оружия. Этот вопрос вряд ли можно назвать тривиальным, учитывая, что срок службы многих военных систем, таких как танки, корабли и самолеты, может растянуться на многие десятилетия.

Заглядывая за горизонт, можно далеко не фантазировать, представляя себе время, когда военные будут создавать "виртуальные" запасы оборудования основных боевых систем и их компонентов, а возможно, и боеприпасов. В случае войны АМ может помочь в ускоренном производстве путем печати деталей и даже основных элементов оборудования. В этом случае военные в мирное время смогут иметь меньшие активные силы и, соответственно, меньшее количество оборудования.

Барьеры

Хотя аддитивное производство имеет преимущества перед субтрактивными производственными процессами, оно также сохраняет значительные ограничения, особенно в скорости производства. Производственный процесс AM может занять несколько часов или даже дней для изготовления изделия. В отличие от этого, после создания оснастки SM может производить изделия гораздо быстрее - и если ключевая деталь выходит из строя на военном корабле во время боя, она должна быть заменена немедленно, а не через несколько часов. Следовательно, необходимо установить баланс между чувствительными ко времени "готовыми запасными частями" и теми, которые могут быть напечатаны в 3D для менее критических нужд.

Аналогичным образом, в ситуациях, когда боевые потери высоки, 3D-печать запасных частей может оказаться неспособной удовлетворить потребности военных в требуемом масштабе и в требуемые сроки. Таким образом, "железные горы" боеприпасов и хорошо укомплектованные "бункеры" запчастей, вероятно, останутся неизменной чертой военной логистики, хотя их содержимое все чаще будет создаваться с помощью AM.

Есть также опасения по поводу программного обеспечения, используемого для управления процессом 3D-печати. Потенциал для шпионажа и кибернетических злоупотреблений очевиден. Враги попытаются украсть программные файлы, которые обеспечивают 3D-принтеры инструкциями. В случае успеха враг получит доступ к информации о том, как производить критически важные военные компоненты или даже основные системы вооружения, что значительно облегчит его усилия по выявлению слабых мест этих систем. Конечно, это может работать в обе стороны. Защитник может создать "горшочек с медом", содержащий несовершенные конструкции, которые могут обернуться против врага, когда тот попытается их использовать.

Конечно, хакер также может внедрить вредоносное ПО в программное обеспечение автоматизированного проектирования (CAD) 3D-принтера, нарушив процесс AM. Это может проявиться в сбое производства или изготовлении некачественных деталей. Такую подделку киберданных может оказаться трудно предотвратить или даже определить, когда она произошла.

Резюме

За последние годы в аддитивном производстве был достигнут значительный прогресс в обеспечении повышенной гибкости, значительной экономии и больших возможностей для инноваций по сравнению с субтрактивным производством. Уже говорят о "4D-печати": печати изделий, способных менять форму или функцию с течением времени в ответ на изменения в окружающей среде. Хотя препятствия для роста АМ остаются - например, угроза, связанная с коррупцией в производственном программном обеспечении, - его общие перспективы выглядят многообещающими. АМ не вытеснит субтрактивное производство в ближайшее время, но, похоже, ему суждено увеличить свою долю рынка по сравнению с СМ, сохраняя при этом потенциал для значительного улучшения и, возможно, преобразования военной логистики.

Бионауки: CRISPR и "точная" биологическая война

Несколько лет назад Национальная академия наук, инженерии и медицины США собрала группу экспертов для оценки угрозы биологической войны. По завершении отчета председатель группы Майкл Империал, микробиолог из Мичиганского университета, заявил: "Правительство США должно уделять пристальное внимание этой быстро развивающейся области, так же как оно уделяло внимание достижениям в области химии и физики в эпоху холодной войны". Он предупредил о новых опасностях на горизонте, признав при этом: «Невозможно предсказать, когда произойдут конкретные благоприятные события; сроки будут зависеть от коммерческих разработок, академических исследований и даже конвергентных технологий, которые могут появиться за пределами этой области».

В широком смысле, возникающая биоугроза проявляется в нескольких формах. Одна из них связана с воссозданием известных патогенных вирусов, таких как оспа. Также могут быть получены редкие заразные вирусы, против которых у населения может быть слабый иммунитет и для которых не хватает вакцин. Существующие вирусы также могут быть модифицированы подобно естественным мутациям, чтобы представить их в новых формах. Еще один источник беспокойства связан с растущим потенциалом создания синтетического биооружия.

Рассмотрение всего спектра существующих и возникающих угроз биологической войны выходит далеко за рамки данной книги. Основное внимание здесь уделено синтетической биологии в целом и крупному прорыву в бионауках в частности, известному как CRISPR-Cas9.

Британское Королевское общество определяет "синтетическую биологию" как область исследований, включающую «проектирование и создание новых искусственных биологических путей, организмов или устройств, или переделку существующих естественных биологических систем». Биотехнология предполагает заставить клетки производить белки, которые они обычно не производят, путем вырезания гена из одного организма и вставки его в другой. Дизайн белков и синтез дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) сегодня позволяют производить белки, которые по отдельности или вместе делают то, чего не делает природа. Возможность синтезировать ДНК по частям появилась в конце 1980-х годов. Возможность создавать ДНК с нуля позволила инженерам по метаболизму объединять гены из разных организмов для построения новых путей, что открывало перспективу создания молекул, недоступных для химии. Синтез ДНК стал более широко доступен в начале 2000-х годов, а первая международная конференция по синтетической биологии состоялась в Массачусетском технологическом институте в 2004 году.