Перспективы наноэлектронной элементной базы инфосистем автономных летательных аппаратов

Перспективы наноэлектронной элементной базы инфосистем автономных летательных аппаратов

Плюснин Николай Инокентьевич
д.ф.-м.н., доцент, Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Военная орденов Жукова и Ленина Краснознаменная академия связи имени маршала Советского Союза С.М. Буденного» министерства обороны Российской Федерации (Военная академия связи), с.н.с., 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 3, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Материал поступил в редакцию 18 апреля 2023 года.

Аннотация
Проанализированы пути создания наноэлектронной базы (НЭБ) автономных летательных аппаратов (АЛА), имеющих малые размеры и вес. Автономность этих аппаратов предопределяет принципы построения их инфосистем с использованием логики искусственного интеллекта, значительных ресурсов памяти, а также функционально-специализированных и высокоскоростных способов обработки информации. А ограничения по стоимости, предполагает использование практически-отлаженных нано- и микротехнологий для оптических устройств и интегральных схем. Кроме того, малый объем и вес АЛА вызывает необходимость миниатюризации их НЭБ. Вместе с тем, не исключена эксплуатация АЛА в различных экстремальных условиях с повышенной радиацией и всплесками электромагнитного поля (например, в космосе). В этих условия вероятен отказ полупроводниковых элементов их электроники. Поэтому в НЭБ АЛА, целесообразен переход к нановакуум-канальным транзисторам (НВКТ), у которых отсутствуют полупроводники (либо их роль – вспомогательная). В НВКТ, наноканал переноса электронов между электродами заменен на вакуумный, а управление осуществляется напряжением на полевом электроде - затворе. При этом, наноразмерная длина зазора между эмиттером и коллектором обеспечивает малые напряжения на электродах НВКТ. В целом, замена полупроводника на вакуум может упростить и удешевить технологию транзистора, сделать его более устойчивым к воздействию излучений и полей с высокой энергией и позволит достичь в нем ТГц частот. А создание новых типов НВКТ (например, с использованием управления ориентацией спина электронов) повысит производительность средств передачи и обработки информации АЛА.

Ключевые слова
Наноэлектроника, автономные летательные аппараты, инфосистемы, искусственный интеллект, нанотехнологии, микротехнологии, экстремальные условия, миниатюризация, ТГц частоты, вакуумные канальные транзисторы.

DOI
10.31776/RTCJ.11303

Индекс УДК 
620.3:621.389:629.7

Библиографическое описание
Плюснин, Н.И. Перспективы наноэлектронной элементной базы инфосистем автономных летательных аппаратов / Н.И. Плюснин // Робототехника и техническая кибернетика. – Т. 11. - № 3. – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2023. – С. 180-187. – Текст : непосредственный.

Литература

  1. Беспилотные летательные аппараты (БПЛА): обзор гражданских применений и ключевых исследовательских задач / Шахатре Х. [и др.] // IEEE Access. – 2019. – Том 7. – С. 48572-48634. (Англ.). – Текст: непосредственный.
  2. Коммуникационные технологии, обеспечивающие создание эффективных сетей беспилотных летательных аппаратов: перспектива стандартов / Вегни А.М. [и др.] // Журнал стандартов связи IEEE. – 2021. – Том 5. – № 4. – C. 33-40. (Англ.). – Текст: непосредственный.
  3. Коффи Т. Появление мини-беспилотных летательных аппаратов военного назначения / Коффи Т., Монтгомери Дж. А. // ВОЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. – 2004. – Т. 28. – C. 28-37. – Текст: непосредственный.
  4. Белоус А.И. МИКРОЭЛЕКТРОННАЯ ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ: СОСТОЯНИЕ, ПРОБЛЕМЫ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ / А.И.Белоус, В.А. Солодуха // Наноиндустрия. – 2018. – № S. - C. 15-23. – Текст: непосредственный.
  5. Питтсбургский университет. Ученые в области нанонауки предлагают использовать вакуум для преодоления ограничений традиционной полупроводниковой электроники на основе кремния // Phys.org: [сайт]. – 01.07.2012. – URL: https://phys.org/news/2012-07-nanoscientists-vacuums-limits-conventional-silicon-based.html (дата обращения:.06.04.2023). – Текст: электронный.
  6. Смолин В.К. ВАКУУМНАЯ МИКРОЭЛЕКТРОНИКА - ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ПУТЬ СОЗДАНИЯ ЭЛЕМЕНТНОЙ КОМПОНЕНТНОЙ БАЗЫ ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ / В.К. Смолин, Е.Л. Шоболов // Нано-и микросистемная техника. – 2016. – Т. 18. – №. 4. – С. 227-238. – Текст: непосредственный.
  7. Dyndal G.L. AUTONOMOUS MILITARY DRONES – No Longer Science Fiction // G L. Dyndal, T.A. Berntsen, S. Redse-Johansen // Romanian Military Thinking. – 2017. – №. 2 – Текст: непосредственный.
  8. Сваричевский М. МИКРОЭЛЕКТРОНИКА ДЛЯ КОСМОСА И ВОЕННЫХ // Хабр: [сайт]. – 29.10.2012. – URL: https://habr.com/ru/articles/156049/ (дата обращения: 06.04.2023). – Текст: электронный.
  9. Космическая электроника / Белоус А. [и др.]; в 2-х книгах. Книга 2. – Москва: Техносфера, 2015. – Текст: непосредственный.
  10. Липаев В. Почему отечественные ЭВМ в средствах вооружения делают их не хуже западных? // Совет Виртуального компьютерного музея: [сайт]. – URL: https://www.computer-museum.ru/news/dop_kino.htm (дата обращения: 06.04.2023). – Текст: электронный.
  11. Плюснин Н.И. Перестраиваемая логика комплексных переменных и квантовые сети на ее основе / Н.И. Плюснин // Робототехника и техническая кибернетика. – 2022. – Том 10, № 4. – С. 267-274. – Текст: непосредственный.
  12. Ли Х. Обзор наноразмерных вакуумных устройств / Ли Х., Фенг Дж. // Электроника. – 2023. – Том 12. – № 4. – с. 802. (Англ.). – Текст: непосредственный.
  13. Дженнингс С. Средняя длина свободного пробега в воздухе // Журнал аэрозольной науки, (1988). – 19 (2), pp. 159-166. doi: 10.1016/0021-8502 (88)90219-4. – Текст: электронный.
  14. Хан Дж. У. Устройство, сделанное из ничего / Хан Дж. У., Мейяппан // IEEE Spectrum. – 2014. – вып. 51. – № 7. – С. 30-35. doi: 10.1109/mspec.2014. 6840798. (Англ.). – Текст: электронный.
  15. Хан Дж. У. Наноразмерный вакуумный канальный транзистор / Хан Дж. У., Мун Д.И., Мейяппан М. // Нанолитература. – 2017. – Том 17. – № 4. – С. 2146-2151. – Текст: непосредственный.
  16. Изготовление триода с боковой полевой эмиссией с высокой плотностью тока и высокой транскондуктивностью с использованием локального окисления слоя поликремния // Парк С.С. [и др.], перевод // IEEE. Электронные устройства 1999, 46, 1283-1289. (Англ.). – Текст: непосредственный.
  17. Чанг У.Т. Электроны поля, перехваченные копланарными затворами в наноразмерном воздушном канале / Чанг У.Т., Пао П.Х. // IEEE Transactions on Electron Devices. – 2019. – Том 66. – № 9. – С. 3961-3966. (Англ.). – Текст: непосредственный.
  18. Джонс У.М. Устройства со сверхнизкой полевой эмиссией, работающие при атмосферном давлении и высоких температурах / Джонс У.М., Лукин Д., Шерер А. // 29-я Международная конференция по вакуумной наноэлектронике 2016 (IVNC). – IEEE, 2016. – с. 1-2. (Англ.). – Текст: непосредственный.
  19. Плюснин Н.И. Нанотехнологический подход к совершенствованию квантовых инфокоммуникационных систем: ячейка квантовой памяти // Современные тенденции инженерного образования: сборник материалов науч.-пр. конференции. Санкт-Петербург, 2022. – С. 217-221. – Текст: непосредственный.
  20. Вызванный вакуумным полем TGz-транспортный зазор в квантовой точке из углеродных нанотрубок / Вальмора Ф. [и др.] // Nature Communications. – 2021. – Т. 12. – №. 1. – С. 5490. – Текст: непосредственный.

Полный текст статьи (pdf)