Wanneer Navy SEALs duiken maken in Arctische wateren, of wanneer reddingsteams duiken onder met ijs bedekte rivieren of vijvers, de overlevingstijd, zelfs in de beste wetsuits, is zeer beperkt - slechts tientallen minuten, en de ervaring kan op zijn best extreem pijnlijk zijn. Het vinden van manieren om die overlevingstijd te verlengen zonder de mobiliteit te belemmeren, is een prioriteit geweest voor de Amerikaanse marine en wetenschapsduikers, zoals een paar technische hoogleraren van het MIT leerden tijdens een recent programma dat hen naar verschillende marinefaciliteiten bracht.

Dat bezoek leidde tot een tweejarige samenwerking die nu een dramatisch resultaat heeft opgeleverd:een simpele behandeling die de overlevingstijd van een conventioneel wetsuit met een factor drie kan verbeteren, zeggen de wetenschappers.

De bevindingen, die in wezen onmiddellijk kunnen worden toegepast, worden deze week gerapporteerd in het journaal RSC-vooruitgang , in een paper van Michael Strano, de Carbon P. Dubbs hoogleraar chemische technologie; Jacopo Buongiorno, de TEPCO-hoogleraar en associate hoofd van de afdeling Nuclear Science and Engineering; en vijf anderen aan het MIT en de George Mason University.

Het proces dat ze ontdekten, werkt door simpelweg het standaard neopreen wetsuit in een autoclaaf met druktank te plaatsen die niet groter is dan een biervat, gevuld met een zwaar inert gas, voor ongeveer een dag. De behandeling duurt dan ongeveer 20 uur, veel langer dan iemand aan een duik zou besteden, legt Buongiorno uit, die zelf een fervent wetsuitgebruiker is. (Hij deed vorige week mee aan een triatlon.) Het proces kan ook van tevoren worden gedaan, met het wetsuit in een verzegelde zak die net voor gebruik moet worden geopend, hij zegt.

Hoewel Buongiorno en Strano allebei op de MIT-faculteit zitten, ze hadden elkaar nooit ontmoet totdat ze allebei deel uitmaakten van de Defense Science Study Group voor het ministerie van Defensie. "We hebben veel bases moeten bezoeken, en ontmoetten allerlei soorten militairen tot viersterrengeneraals, " zegt Buongiorno, wiens specialiteit in nucleaire engineering te maken heeft met warmteoverdracht, vooral door water. Ze leerden over de specifieke behoeften van het leger en werden gevraagd om een ​​technologisch project te ontwerpen om aan een van die behoeften te voldoen. Na een ontmoeting met een groep Navy SEALs, het elite duikkorps voor speciale operaties, ze besloten dat de behoefte aan langdurigere bescherming in ijskoude wateren er een was die ze aankonden.

Ze keken naar de verschillende strategieën die verschillende dieren gebruiken om te overleven in deze ijskoude wateren, en vond drie soorten:luchtzakken opgesloten in bont of veren, zoals bij otters en pinguïns; intern opgewekte warmte, zoals bij sommige dieren en vissen (waaronder grote witte haaien, die, verrassend genoeg, zijn warmbloedig); of een laag isolatiemateriaal die het warmteverlies van het lichaam sterk vertraagt, zoals met blubber van zeehonden en walvissen.

Uiteindelijk, na simulaties en laboratoriumtests, ze eindigden met een combinatie van twee hiervan - een blubberachtig isolatiemateriaal dat ook gebruik maakt van opgesloten gaszakken, hoewel het gas in dit geval geen lucht is maar een zwaar inert gas, namelijk xenon of krypton.

Het materiaal dat standaard is geworden voor wetsuits is neopreen, een goedkoop materiaal dat een mix is ​​van synthetische rubbermaterialen verwerkt tot een soort schuim, het produceren van een gesloten celstructuur vergelijkbaar met piepschuim. Gevangen in die structuur, die meer dan tweederde van het volume in beslag nemen en de helft van de warmte voor hun rekening nemen die erdoorheen wordt overgedragen, zijn luchtbellen.

Strano en Buongiorno ontdekten dat als de ingesloten lucht wordt vervangen door xenon of krypton, de isolerende eigenschappen van het materiaal nemen sterk toe. Het resultaat, ze zeggen, is een materiaal met de laagste warmteoverdracht van alle wetsuits ooit gemaakt. "We hebben een wereldrecord gevestigd voor 's werelds laagste thermische geleidbaarheid wetsuit, ' zegt Strano - geleidbaarheid bijna net zo laag als lucht zelf. 'Het is alsof je een jas met lucht draagt.'

Ze ontdekten dat dit de overlevingskansen in water kouder dan 10 graden Celsius kon verbeteren. verhogen van minder dan een uur tot twee of drie uur.

Het resultaat kan een zegen zijn, niet alleen voor mensen in de meest extreme omgevingen, maar voor iedereen die wetsuits gebruikt in koud water, inclusief zwemmers, atleten, en surfers, evenals professionele duikers van alle soorten.

Momenteel, de enige levensvatbare koudwateralternatieven voor wetsuits zijn droogpakken, die een luchtlaag hebben tussen het pak en de huid die moet worden onderhouden met een slang en een pomp, of een warmwaterpak, waarvoor op dezelfde manier een slang- en pompaansluiting nodig is. In elk geval, een storing van de pomp of een snee of scheur in het pak kan resulteren in een snel verlies van isolatie dat binnen enkele minuten levensbedreigend kan zijn.

Maar het met xenon of krypton doordrenkte neopreen heeft zo'n ondersteuningssysteem niet nodig en kan zijn isolerende eigenschappen niet snel verliezen, en draagt ​​dat risico dus niet. "We kunnen ieders neopreen wetsuit nemen en het onder druk zetten met xenon voor krachtige operaties, ' zegt Strano.

Een andere mogelijkheid, ze zeggen, is om een ​​wetsuit te produceren met dezelfde isolerende eigenschappen als de huidige, maar met een kleine fractie van de dikte, voor meer comfort en bewegingsvrijheid die aantrekkelijk kunnen zijn voor atleten.

Een volgende stap in hun onderzoek is om te kijken naar manieren om een ​​langdurige, stabiele versie van een met xenon doordrenkt neopreen, misschien door er een beschermende laag over te plakken, ze zeggen.