Kunstigt spæk beskytter dykkere i koldt vand

Når Navy SEALs udfører dyk i arktiske farvande, eller når redningshold dykker under isdækkede floder eller damme, overlevelsestiden, selv i de bedste våddragter, er meget begrænset - så lidt som ti minutter, og oplevelsen kan i bedste fald være ekstremt smertefuld. At finde måder at forlænge denne overlevelsestid uden at hæmme mobiliteten har været en prioritet for den amerikanske flåde og videnskabsdykkere, som et par MIT-ingeniørprofessorer lærte under et nyligt program, der tog dem til en række flådefaciliteter.

Det besøg førte til et to-årigt samarbejde, der nu har givet et dramatisk resultat:en simpel behandling, der kan forbedre overlevelsestiden for en konventionel våddragt med en faktor tre, siger forskerne.

Fundene, som i det væsentlige kunne anvendes umiddelbart, er rapporteret i denne uge i bladet RSC går videre , i et papir af Michael Strano, Carbon P. Dubbs professor i kemiteknik; Jacopo Buongiorno, TEPCO-professoren og associeret leder af Institut for Nuklear Science and Engineering; og fem andre ved MIT og George Mason University.

Den proces, de opdagede, virker ved blot at placere standard neopren våddragten inde i en tryktank autoklave, der ikke er større end en ølfad, fyldt med en tung inert gas, i omkring en dag. Behandlingen varer derefter i omkring 20 timer, meget længere tid end nogen ville bruge på et dyk, forklarer Buongiorno, som selv er ivrig våddragtsbruger. (Han konkurrerede i et triatlon i sidste uge.) Processen kunne også gøres på forhånd, med våddragten placeret i en forseglet pose, der skal åbnes lige før brug, han siger.

Selvom Buongiorno og Strano begge er på MIT-fakultetet, de havde aldrig mødt hinanden, før de begge var en del af Forsvarsvidenskabelige Studiegruppe for Forsvarsministeriet. "Vi skal besøge en masse baser, og mødtes med alle slags militærfolk op til firestjernede generaler, " siger Buongiorno, hvis speciale i nuklear teknik har at gøre med varmeoverførsel, især gennem vand. De lærte om militærets særlige behov og blev bedt om at designe et teknologisk projekt for at imødekomme et af disse behov. Efter at have mødt en gruppe af Navy SEALs, elite specialoperations dykkerkorps, de besluttede, at behovet for længerevarende beskyttelse i iskolde farvande var et, de kunne påtage sig.

De så på de forskellige strategier, som forskellige dyr bruger for at overleve i disse kolde farvande, og fandt tre typer:luftlommer fanget i pels eller fjer, som med oddere og pingviner; internt genereret varme, som med nogle dyr og fisk (inklusive store hvide hajer, hvilken, overraskende, er varmblodede); eller et lag af isolerende materiale, der i høj grad bremser varmetabet fra kroppen, som med sæler og hvalers spæk.

Til sidst, efter simuleringer og laboratorietest, de endte med en kombination af to af disse - et spæklignende isoleringsmateriale, der også gør brug af indespærrede gaslommer, selvom gassen i dette tilfælde ikke er luft, men en tung inert gas, nemlig xenon eller krypton.

Materialet, der er blevet standard for våddragter, er neopren, et billigt materiale, der er en blanding af syntetiske gummimaterialer forarbejdet til en slags skum, producerer en lukket cellestruktur svarende til styrofoam. Fanget i den struktur, optager mere end to tredjedele af volumenet og tegner sig for halvdelen af ​​den varme, der overføres gennem det, er luftlommer.

Strano og Buongiorno fandt ud af, at hvis den indespærrede luft erstattes med xenon eller krypton, materialets isolerende egenskaber øges dramatisk. Resultatet, de siger, er et materiale med den laveste varmeoverførsel af nogen våddragt, der nogensinde er lavet. "Vi satte en verdensrekord for verdens laveste varmeledningsevne våddragt, "Siger Strano - ledningsevnen er næsten lige så lav som luften selv. "Det er som at have en luftfrakke på."

De fandt ud af, at dette kunne forbedre overlevelsesevnen i vand koldere end 10 grader Celsius, hæve den fra mindre end en time til to eller tre timer.

Resultatet kan være en velsignelse ikke kun for dem i de mest ekstreme miljøer, men til enhver, der bruger våddragter i koldt vand, herunder svømmere, atleter, og surfere, samt professionelle dykkere af enhver art.

I øjeblikket, de eneste levedygtige koldtvandsalternativer til våddragter er tørdragter, som har et luftlag mellem dragten og huden, som skal vedligeholdes med en slange og en pumpe, eller en varmtvandsdragt, som på samme måde kræver en slange og pumpeforbindelse. I begge tilfælde, en fejl i pumpen eller et snit eller revne i dragten kan resultere er et hurtigt tab af isolering, der kan være livstruende inden for få minutter.

Men det xenon- eller krypton-infunderede neopren kræver ikke noget sådant støttesystem og har ingen mulighed for hurtigt at miste sine isolerende egenskaber, og derfor bærer ikke den risiko. "Vi kan tage enhvers våddragt i neopren og sætte den under tryk med xenon til højtydende operationer, " siger Strano.

En anden mulighed, de siger, er at producere en våddragt med de samme isolerende egenskaber som de nuværende, men med en lille del af tykkelsen, tillader mere komfort og bevægelsesfrihed, der kan appellere til atleter.

Et næste skridt i deres forskning er at se på måder at skabe en langsigtet, stabil version af en xenon-infunderet neopren, måske ved at lime et beskyttende lag over det, de siger.