Engineering team udvikler skibsværft på et skib

Efter måneders produktudvikling, University of Nebraska-Lincoln ingeniører forlader sikker havn for at teste deres prototype på det åbne hav.

Med støtte fra U.S. Navy's Office of Naval Research, Nebraskas Yongfeng Lu har udviklet et lasersystem, der forhindrer og reparerer korrosion på aluminiumsidede skibe. Efter at have opnået mange projektmilepæle – hvilket gør laseren mere bærbar, enklere at betjene og sikrere end eksisterende metoder - hans team nærmer sig sin hidtil største debut.

Dette efterår, de vil teste laseren om bord på et fuldt operationelt flådeskib. Det er kulminationen på en konkurrencepræget udbudsproces; i en pulje med mange hold fra den private sektor, Nebraska-holdet er et af de få, der har nået den sidste testfase.

"Vi drømmer om et 'skibsværft på et skib'-koncept, " sagde Lu, professor i elektro- og computerteknik. "Den kommende test er et udstillingsvindue for vores teknologi og et sidste skridt. Vi er glade for at se videnskaben føre til tekniske forbedringer, der tilføjer værdi til den virkelige verden."

Aluminiumsskibe er stærke, men forholdene til søs, herunder langvarig udsættelse for saltvand og sol, kan resultere i korrosion og revner. For at lave reparationer, besætningen skal vende tilbage til et skibsværft, hvor beskadigede plader fjernes og nye svejses på plads.

"Denne teknologi har potentialet til at spare flåden for millioner af dollars i værftstid, samt tabt havtid, sagde Airan Perez, korrosion og kontrol videnskab og teknologi program officer ved Office of Naval Research. "Når flåden udvider sin flåde af aluminiumsskrogede skibe, denne teknologi bliver stadig vigtigere."

Nebraska-laseren behandler aluminium ved at opvarme målrettede områder, en proces, der styrker de mikroskopiske grænser omkring aluminium nanopartikler, som er mere tilbøjelige til at korrodere.

Den er lille nok til at blive ophængt fra et kamerastativ og forbindes til en controller i skoæskestørrelse med en fiberledning.

Laseren genererer sin stråle inde i fiberledningen uden at bruge følsomme spejle, gør den mere robust, når den opererer uden for et kontrolleret laboratoriemiljø.

"Vi vil have vores laser til at virke, mens et skib er i drift, fordi det reducerer tid og omkostninger, " sagde Lu. "Dette betyder også, at vi skal gøre vores system meget let, det er her, andre metoder kommer til kort."

For at opnå et letvægtssystem, holdet gemte alle driftsprogrammer i mikrochips i stedet for en computer – et komplekst elektroteknisk projekt, der resulterede i en lille, nem at bruge prototype.

Folk, der betjener laseren, træffer kun nogle få valg, såsom valg af tykkelse og type materiale, og ønsket behandlingshastighed. Med disse input, systemet vælger derefter en af ​​omkring 30 forprogrammerede "opskrifter" med varierende laserbølgelængde, strøm, frekvens, beam-spot størrelse, scanningshastighed, pitch og mere.

"Det er nemmere end at bruge en mobiltelefon, med nogle få knapper at trykke på, " sagde Lu. "Vi forsøger at minimere byrden for brugeren."

Som en del af deres produktudviklingsproces, teamet arbejder med NUtech Ventures, universitetets teknologikommercialiseringspartner, som har indgivet en patentansøgning på teknologien. Forskningsteamet følger også markedstendenser og overvåger relevante virksomheder, hvilket påvirker retningen af ​​deres forskning.

Da holdet begyndte at undersøge deres nuværende prototype, den laser, de havde brug for, var endnu ikke kommercielt tilgængelig. Men de fortsatte med at udvikle de underliggende tekniske principper for deres løsning, mens de ventede på det kommercielle produkt. Ifølge Lu, denne tilgang hjælper dem med at forblive på forkant med innovation og forblive konkurrencedygtige med hensyn til finansieringsmuligheder.

"Vi udvikler processer baseret på lasere, som vil være tilgængelige i fremtiden, hvilket giver os en fordel, " sagde Lu. "Med vores forskning, der vil altid komme nye materialer og nye skibe ud. En god ingeniørløsning skal udvikle sig med teknologien og brugernes behov."

Træning af næste generation

Lus fremtidsfokuserede mentalitet strækker sig til hans laboratorium, som omfatter elever lige fra gymnasiet til efterskolen. Laboratoriet er vært for to eller tre high school praktikanter hvert år; disse elever arbejder direkte med lasere og lærer, hvordan lasere modificerer overflader på nanoskala.

"Vi er blevet rost af det amerikanske energiministerium for vores evne til at introducere gymnasieelever til ingeniørkarrierer og kandidatuddannelser, " sagde Lu. "Vi fokuserer også på at give bachelorstuderende eksponering til forskellige områder og hjælpe dem med at svare:Hvad vil det sige at være programmør eller optisk ingeniør?"

Kandidatstuderende, især laboratoriets ph.d.-studerende, påtage sig lederroller:lede projekter, facilitere teamwork og hjælpe med at opbygge et positivt arbejdsmiljø. Lu lægger også vægt på kommunikationstræning for kandidatstuderende, der lærer at skrive regelmæssige opdateringer til finansieringsbureauer og diskutere fremskridt under telekonferencer.

"Vores laboratorium har mange projekter i gang på én gang, og eleverne er lederne, " sagde Lu. "Vi har brug for endnu flere ledere inden for denne form for videnskab og teknologi, men jeg tror på, at fremtiden er lys."