technik Mit Nano in den Kampf

Amerikanische Forscher entwickeln Uniformen mit eingebauter Intelligenz. Bezahlt werden sie vom Militär. Ein Besuch im umstrittenen Institute for Soldier Nanotechnology

Cambridge/Massachusetts

Der Aufzug will nicht in den 4. Stock fahren. Alle anderen Etagen in dem Bürohochhaus am Technology Square sind frei zugänglich, aber wenn man die „4“ oder „5“ drückt, tut sich nichts – erst nach telefonischer Anmeldung wird der Fahrstuhl freigegeben. Oben wird der Besucher von einem großformatigen Flachbildschirm begrüßt. Ein Werbevideo erklärt mit futuristischen Animationen die Mission des Institute for Soldier Nanotechnology. In Schaukästen stehen Puppen in Tarnanzügen der US-Armee, Gasmaske inklusive. Aufgepflanzte Stars-and-Stripes-Flaggen signalisieren: Hier betritt man kein gewöhnliches Universitätsinstitut, sondern quasi militärisches Gelände.

Das Institute for Soldier Nanotechno-logy (ISN) gehört zum Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge, der amerikanischen Elitehochschule für Technik und Naturwissenschaften. Finanziert aber wird das ISN von der US-Armee. Das klingt nach einem heiklen Spagat. Nicht minder ungewöhnlich ist das Forschungsthema. Soldaten-Nanotechnologie – was soll man sich darunter vorstellen? Geht es um Schwärme von Nanorobotern, die in Science-Fiction-Büchern wie in Michael Crichtons Prey vorhergesagt werden? Will das US-Militär seinen Gegnern künftig mit solch fantastischen Waffen zu Leibe rücken?

Die Antwort ist profaner: Hier werden neue Materialien für die Uniform der Zukunft entwickelt. Diese soll nämlich völlig anders aussehen als heute, wenn man dem ISN-Chef Ned Thomas glauben darf: „Wir denken da eher an einen Taucheranzug – eng anliegend, aber einige Millimeter dick.“ An der Innenseite dieser Kampfhaut überwachen Sensoren ständig die Lebensfunktionen des Soldaten. Sensoren auf der Außenseite warnen vor biologischen oder chemischen Kampfstoffen. „Und Teile des Anzugs sind dynamisch“, spinnt Thomas die Idee weiter. „Die meiste Zeit braucht der Soldat keinen ballistischen Schutz. Aber wenn er ihn braucht, ist er da.“ Das bedeutet: Sobald der Anzug von einem heranfliegenden Geschoss getroffen wird, versteift er sich und wird dadurch kugelsicher. Künstliche Muskeln, die in die Rüstung eingearbeitet sind, sollen die Kräfte des Kämpfers vervielfachen und ihm helfen, über meterhohe Mauern zu springen.

Diese Vision kann – wenn überhaupt – erst in einigen Jahrzehnten Wirklichkeit werden. Bislang ist es nur Grundlagenforschung, die am ISN betrieben wird. Das aber scheint das Interesse des US-Militärs nicht zu schmälern. Aus seinen tiefen Taschen hat das Pentagon schon oft langfristige Projekte finanziert. Aus der Rüstungsforschung ging das Internet hervor, ebenso das GPS-Navigationssystem. Nun ist also die Nanotechnik dran, zurzeit wohl das buzzword der Naturwissenschaften.

Schon vor drei Jahren sondierte die US-Armee auf Seminaren mit Wissenschaftlern aus dem ganzen Land das Potenzial dieser Zukunftstechnik. Zur selben Zeit fand ein Wandel in der Militärstrategie statt: Statt der großen Waffensysteme, im Armee-Jargon „Plattformen“ genannt, rückte der einzelne Soldat in den Mittelpunkt des Interesses. Seine Kampffähigkeit entscheidet in den bewaffneten Konflikten, die Amerika seit dem Ende des Kalten Krieges führt, oft über Sieg und Niederlage. „Einige Schlachten in Afghanistan wurden von 12 Leuten gegen 500 gewonnen“, erzählt Ned Thomas, der sich seit seinem Amtsantritt einiges an militärischer Fachkenntnis angeeignet hat.

Kurzfristig erhofft sich die Armee von den Forschungen vor allem eine Reduzierung des Gewichts, das die Soldaten im Gefecht mit sich herumschleppen. Der durchschnittliche GI trägt je nach Aufgabe und Dienstgrad zwischen 30 und 60 Kilo Gepäck durch den Wüstensand – das fördert nicht gerade die Kampfkraft.

Noch vor den Anschlägen vom 11. September 2001 schrieb die Armee die Gründung eines neuen Universitätsinstituts aus. 50 Millionen Dollar, verteilt über fünf Jahre, sollten zur Verfügung stehen – für Forschung, die sich auf rein defensive Projekte beschränkt und keinerlei Geheimhaltung unterliegt. Es sollte an einer einzigen Universität beheimatet sein, mit eigenen Räumen und Labors. Forscher zu finden war nicht schwer. Auch am MIT bewarb sich eine Arbeitsgruppe um den Materialforscher Thomas. „Hätten Sie Interesse an einem geförderten Forschungsprojekt, mit Räumen für Ihre Studenten und brandneuen Laborgeräten?“, beschreibt Thomas die Verlockung des ISN. „Alles frei publizierbare Forschung, keine Restriktionen für ausländische Studenten – das klingt doch nach einem guten Geschäft.“

Das MIT bekam den Zuschlag, 2002 wurde das Institut eröffnet. Mittlerweile hat es seine 3000 Quadratmeter großen neuen Räume bezogen. Hinter dem martialischen Eingangsbereich öffnet sich ein modernes, auf interdisziplinäre Arbeit zugeschnittenes Institut. Es gibt keine fest vergebenen Büros – die Forscher lassen sich jeweils einen Arbeitswürfel zuteilen, Studenten arbeiten in großen Gruppenräumen in Teams zusammen. In den Labors wird die Konfiguration der Geräte je nach Bedarf verändert. Wenn ein Projekt Erfolg verspricht, kann es kurzfristig mehr Ressourcen in Anspruch nehmen – kaum denkbar im traditionellen Universitätsbetrieb, in dem jeder Professor ein festes Kontingent an Personal, Platz und Geld hat.

44 MIT-Professoren gehören mittlerweile zum ISN. Sie alle gehen weiterhin ihren Lehr- und Forschungsaufgaben an ihren angestammten Instituten nach und arbeiten daneben in Gruppen an den Nano-Projekten der Armee. Einer von ihnen ist Neville Hogan. Seit 25 Jahren ist er MIT-Professor für Maschinenbau, sein Spezialgebiet sind Roboter, die bei der Rehabilitation von Schlaganfallpatienten helfen. In der Therapie lernen die Patienten durch äußere mechanische Stimulation, ihre Arme und Beine wieder zu gebrauchen. Diese Maschinen stoßen heute an Grenzen, weil sie einen gewissen Abstand zu den Knochen und Gelenken der Patienten haben – und je größer dieser Abstand ist, desto größere Kräfte sind notwendig. Von der Nanotechnik erhofft sich Hogan neue Werkstoffe, die in die Kleidung integriert werden und damit direkt am Körper anliegen. Ein Stoff, der seine Steifheit verändert, wenn eine elektrische Spannung angelegt wird, könnte etwa gebrochene Knochen oder Gelenke stabilisieren.

Der militärische Nutzen ist offensichtlich. „Die Amerikaner lassen keine Verletzten zurück“, erzählt Hogan, „also müssen zwei Männer sich ins Gefechtsfeld begeben, um den Verletzten herauszuholen.“ Würde sich dagegen dessen Uniformhose in eine stabile Schiene für das verletzte Bein verwandeln, könnte er sich aus eigener Kraft aus der Gefahrenzone begeben.

Hogan ist ein Forscher, dem militärisches Denken bislang fremd war. Trotzdem hat er nicht das Gefühl, nun einen Pakt mit dem Teufel geschlossen zu haben. Die Loyalität zu den eigenen Soldaten, die da draußen in der Welt ihren Dienst tun, ist in den USA traditionell groß. „Wenn man akzeptiert, dass wir junge Leute in diese Gefahr bringen, dann sollte man ihnen auch den größtmöglichen Schutz gewähren“, sagt der Forscher.

Die Armee lässt den ISN-Forschern weitgehende wissenschaftliche Freiheit: Alle Ergebnisse dürfen in Fachzeitschriften veröffentlicht werden. Die Übertragung der Technik auf zivile Anwendungen ist vom Auftraggeber ausdrücklich gewünscht, und auch die Kooperation mit Industriefirmen war Bedingung für den Zuschlag zur Errichtung des ISN.

Für Greg Rutledge ist diese Unabhängigkeit entscheidend. Der Chemieingenieur arbeitet an ultradünnen Fasern, die weniger als ein Hundertstel der Dicke eines menschlichen Haares haben. Mit dem so genannten Electrospinning-Verfahren könnten künftig vielleicht die Fasern für kugelsichere Westen gesponnen werden. Rutledge betont die Synergien, die sich bei der projektorientierten Arbeit am ISN ergeben. Und wenn er dabei auf ein Ergebnis stoßen sollte, das nicht in den militärischen Rahmen passt, fühlt er sich frei, das in seinem angestammten Institut zu entwickeln. „Über jede Erfindung informieren wir unsere Sponsoren und Industriepartner“, sagt Rutledge. „Wenn die kein Interesse daran haben, gibt es wohl nichts, das uns daran hindert, das außerhalb des ISN weiterzuverfolgen.“

Das MIT hat über lange Zeit Erfahrungen mit militärischer Forschung gesammelt – im Zweiten Weltkrieg wurde hier die Radartechnik entwickelt. Damals gab es Geheimforschung auf dem Campus und Zugangsbeschränkungen zu den beteiligten Instituten. Inzwischen ist man sich darüber einig, dass das nicht mehr akzeptabel ist. Vor zwei Jahren entwickelte eine Kommission Grundsätze für die Zusammenarbeit mit der Regierung. Neben der Ablehnung von geheimer Forschung ging es dabei auch um die Zulassung ausländischer Studenten. Schließlich werden seit dem 11. September viele Ausländer von den US-Behörden misstrauisch beäugt. Dürfte ein Student aus Saudi-Arabien an einem ISN-Projekt mitarbeiten? Der Instituts-Chef antwortet eindeutig: „Wenn Studenten intelligent genug sind, um am MIT aufgenommen zu werden, und unsere Regierung ihnen ein Studentenvisum gibt, sind sie auf dem Campus willkommen und können in jedem Projekt arbeiten.“

Auf das kreative Potenzial in- und ausländischer Studenten sind die MIT-Professoren besonders stolz. „Diesen Jungs legt man ein Problem vor und beschränkt sich dann auf stilles Management“, sagt Neville Hogan. „Sobald sie in Bewegung geraten, geht man ihnen besser aus dem Weg und lässt sie die Arbeit machen.“ Einer von diesen Studenten ist Brad Holliday, ein junger Chemiker. Er arbeitet an neuartigen Polymeren, die in den kugelsicheren Anzügen der Zukunft Geschosse abhalten sollen. Heute enthalten solche Westen neben Kevlar auch Schichten aus keramischem Material, und das macht sie schwer. Außerdem sind die Extremitäten nicht geschützt. Die neuen Polymere, erklärt Holliday, sollen eine Art „Knautschzone“ haben und so die Energie des Geschosses absorbieren. Angesprochen auf mögliche Bedenken wegen einer militärischen Nutzung, betont auch er den defensiven Charakter seiner Forschung – auch wenn ein besserer Schutz durchaus zu einem Gefühl der Unbesiegbarkeit führen könnte. „Ich fühle mich hier nicht so, als würde ich fürs Militär arbeiten. Wir schießen auch nicht mit echten Kugeln auf Westen.“

Nicht am MIT, aber vielleicht anderswo. Tatsächlich soll das ISN allenfalls erste Proben der neuen Materialien entwickeln. Diese gehen dann in die Labors von beteiligten Firmen wie DuPont – oder aber gleich in die des Militärs, in denen die wirklich geheimen Zutaten entwickelt werden. Ausdrücklich behält sich das Verteidigungsministerium vor, „sensible Projekte“ zu identifizieren, die „im Interesse der nationalen Sicherheit“ der Geheimhaltung unterliegen. Die Forschungen könnten dann „unter Führung von ISN-Mitarbeitern“ fortgeführt werden – wenn sie denn Bürger der USA sind.

Wo der Punkt ist, an dem der Geldgeber die Bremse zieht, ist noch völlig unklar. Die meisten Projekte am ISN werden frühestens in zehn Jahren zu einsatzfähigen Produkten führen. Natürlich würde sich die Army über frühere Ergebnisse freuen – „niedrig hängende Nano-Früchte“ nennt das Ned Thomas. Von einem Beispiel kann er erzählen: Im Januar 2003 war er mit einigen Forschern drei Tage lang bei einer militärischen Übung in Fort Polk im Staat Louisiana. Es regnete ununterbrochen, sämtliche Uniformen waren nach kurzer Zeit völlig durchnässt. Eine wasserdichte Imprägnierung mit Nano-Methoden – das wäre etwas gewesen.

Tatsächlich konnte die ISN-Mitarbeiterin Karen Gleason weiterhelfen: Sie hat ein Verfahren entwickelt, bei dem die wasserdichte Teflon-Beschichtung nicht von außen aufgetragen, sondern in den Stoff „eingedampft“ wird, sodass jede einzelne Faser eine wenige Nanometer dicke Beschichtung erhält. Ein derart imprägnierter Stoff ist sowohl luftdurchlässig als auch wasserdicht und behält diese Eigenschaften auch nach 100-maligem Waschen. Und ganz stolz ist Ned Thomas über die Synergie mit einer Methode des Bioingenieurs Alexander Klibanov: Jetzt gibt es eine Beschichtung, die wasserabweisend ist und zudem Bakterien abtötet – eine willkommene Eigenschaft für Soldaten, die oft tagelang in ein und derselben Uniform vor sich hin schwitzen. Die Armee testet bereits den beschichteten Stoff.

Die meisten Nano-Früchte hängen allerdings höher. Etwa die „künstlichen Muskeln“ – Polymere, die sich zusammenziehen, wenn man eine Spannung anlegt. Die funktionieren bis heute nur im Reagenzglas, und damit kann man Soldaten nicht unbedingt beeindrucken. Ned Thomas erzählt von einem Armeegeneral, der nach einer Demonstration trocken sagte: „Rufen Sie mich an, wenn das Ding einen Stein aufheben und zermalmen kann.“

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