Dopo mesi di sviluppo del prodotto, Gli ingegneri dell'Università del Nebraska-Lincoln stanno lasciando un porto sicuro per testare il loro prototipo in mare aperto.

Con il supporto dell'Ufficio per la ricerca navale della Marina degli Stati Uniti, Yongfeng Lu del Nebraska ha sviluppato un sistema laser che previene e ripara la corrosione sulle navi con i lati in alluminio. Dopo aver raggiunto molte pietre miliari del progetto, rendendo il laser più portatile, più semplice da usare e più sicuro dei metodi esistenti:il suo team si sta avvicinando al suo più grande debutto.

Questo autunno, testeranno il laser a bordo di una nave della Marina pienamente operativa. È il culmine di un processo di offerta competitivo; in un pool con molte squadre del settore privato, il team Nebraska è uno dei pochi a raggiungere la fase di test finale.

"Stiamo sognando un concetto di 'cantiere su una nave', " disse Lu, professore di ingegneria elettrica e informatica. "Il prossimo test è una vetrina per la nostra tecnologia e un passo finale. Siamo entusiasti di vedere che la scienza porta a miglioramenti ingegneristici che aggiungono valore al mondo reale".

Le navi di alluminio sono forti, ma le condizioni del mare, compresa l'esposizione prolungata all'acqua salata e al sole, può provocare corrosione e crepe. Per effettuare le riparazioni, gli equipaggi devono tornare in un cantiere navale, dove le piastre danneggiate vengono rimosse e quelle nuove vengono saldate in posizione.

"Questa tecnologia ha il potenziale per far risparmiare alla Marina milioni di dollari in tempo di cantiere, così come il tempo perduto in mare, " ha detto Airan Perez, responsabile del programma di scienza e tecnologia della corrosione e del controllo presso l'Ufficio di ricerca navale. "Mentre la Marina espande la sua flotta di navi con scafo in alluminio, questa tecnologia diventerà sempre più importante."

Il laser Nebraska tratta l'alluminio riscaldando aree mirate, un processo che rafforza i confini microscopici attorno alle nanoparticelle di alluminio, che hanno maggiori probabilità di corrodersi.

È abbastanza piccolo da essere sospeso a un treppiede per fotocamera e si collega a un controller delle dimensioni di una scatola da scarpe con un cavo in fibra.

Il laser genera il suo raggio all'interno del cavo in fibra senza utilizzare specchi sensibili, rendendolo più robusto quando si opera al di fuori di un ambiente di laboratorio controllato.

"Vogliamo che il nostro laser funzioni mentre una nave è in funzione, perché riduce tempi e costi, " ha detto Lu. "Questo significa anche che dobbiamo rendere il nostro sistema molto leggero, che è dove altri metodi falliscono."

Per ottenere un sistema leggero, il team ha archiviato tutti i programmi operativi in ​​microchip anziché in un computer:un complesso progetto di ingegneria elettrica che ha portato a un piccolo, prototipo di facile utilizzo.

Le persone che utilizzano il laser fanno solo poche scelte, come la scelta dello spessore e del tipo di materiale, e la velocità di elaborazione desiderata. Con questi ingressi, il sistema seleziona quindi una delle circa 30 "ricette" preprogrammate con lunghezza d'onda del laser variabile, potenza, frequenza, dimensione del punto del fascio, velocità di scansione, passo e altro ancora.

"È più semplice che usare un telefono cellulare, con pochi pulsanti da premere, " ha detto Lu. "Stiamo cercando di ridurre al minimo l'onere per l'utente."

Come parte del loro processo di sviluppo del prodotto, il team sta lavorando con NUtech Ventures, l'affiliato per la commercializzazione della tecnologia dell'università, che ha depositato una domanda di brevetto per la tecnologia. Il team di ricerca segue anche le tendenze del mercato e monitora le aziende rilevanti, che influenza la direzione della loro ricerca.

Quando il team ha iniziato la ricerca per il loro attuale prototipo, il laser di cui avevano bisogno non era ancora disponibile in commercio. Ma hanno continuato a sviluppare i principi di ingegneria alla base della loro soluzione in attesa del prodotto commerciale. Secondo Lu, questo approccio li aiuta a rimanere all'avanguardia nell'innovazione ea rimanere competitivi per le opportunità di finanziamento.

"Sviluppiamo processi basati su laser che saranno disponibili in futuro, che ci dà un vantaggio, " Lu ha detto. "Con la nostra ricerca, ci saranno sempre nuovi materiali e nuove navi in ​​uscita. Una buona soluzione ingegneristica deve evolversi con la tecnologia e le esigenze degli utenti".

Formare la prossima generazione

La mentalità orientata al futuro di Lu si estende al suo laboratorio, che include studenti che vanno dal liceo alla scuola di specializzazione. Il laboratorio ospita ogni anno due o tre stagisti delle scuole superiori; questi studenti lavorano direttamente con i laser e imparano come i laser modificano le superfici su scala nanometrica.

"Siamo stati elogiati dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti per la nostra capacità di introdurre gli studenti delle scuole superiori a carriere ingegneristiche e corsi di laurea, " ha detto Lu. "Ci concentriamo anche sul dare agli studenti universitari l'esposizione a diversi campi e aiutarli a rispondere:cosa significa essere un programmatore o un ingegnere ottico?"

Studenti laureati, soprattutto i dottorandi del laboratorio, assumere ruoli di leadership:gestione di progetti, facilitando il lavoro di squadra e aiutando a costruire un ambiente di lavoro positivo. Lu sottolinea anche la formazione alla comunicazione per gli studenti laureati, che imparano a scrivere aggiornamenti regolari alle agenzie di finanziamento e discutono i progressi durante le teleconferenze.

"Il nostro laboratorio ha molti progetti in corso contemporaneamente, e gli studenti sono i leader, " ha detto Lu. "Abbiamo bisogno di ancora più leader in questo tipo di scienza e tecnologia, ma credo che il futuro sia luminoso".