Duiken in ijskoud water is extreem gevaarlijk voor de mens. Binnen enkele seconden, slagaders vernauwen, bloeddruk en hartslag race, en de longen snakken naar lucht. Na slechts enkele minuten, hyperventilatie slaat toe en armen en benen worden gevoelloos, wat het begin van onderkoeling aangeeft.

Om duikers van de Amerikaanse marine te beschermen die in ijskoude omstandigheden opereren, het Office of Naval Research (ONR) sponsort werk om een ​​wetsuit te ontwerpen die de isolerende eigenschappen van blubber van dieren weerspiegelt, waardoor duikers langere tijd in bevroren water kunnen zwemmen.

Het werk wordt uitgevoerd door onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) en de George Mason University. Ze hebben een wetsuit ontwikkeld dat doordrenkt is met een kunstmatige blubberlaag die de uithoudingstijd van duikers in bevroren meren kan verdrievoudigen, rivieren of oceanen.

"Dit soort onderzoek is vooral belangrijk naarmate er meer Arctische zeeroutes opengaan en de marine haar paraatheid om in dat deel van de wereld te opereren vergroot, " zei Maria Medeiros, een programma-officier in ONR's Sea Warfare and Weapons Department. "Of het nu gaat om speciale operaties, zoek- en reddingsacties of scheepsreparaties, onderhoud en berging, het vinden van manieren om de tijd en effectiviteit van duikers op het ijs te vergroten, is een prioriteit."

Het project wordt geleid door twee MIT-professoren - Dr. Michael Strano en Dr. Jacopo Buongiorno - en richt zich op neopreen wetsuits. Neopreen is het meest gebruikte materiaal om wetsuits te maken, en is een synthetisch rubber dat lijkt op een dik schuim met talrijke luchtbellen.

Deze zakken vertragen de overdracht van warmte van het lichaam naar het omringende koude water.

Strano en Buongiorno ontdekten dat door lucht te vervangen door verschillende zware inerte gassen - die niet-toxisch zijn, geen negatieve chemische reacties hebben, en niet verbranden of exploderen - ze creëerden een efficiëntere, kunstmatige blubberlaag in het wetsuit. Dit verhoogde de effectiviteit van het pak in water van 10 graden Celsius van minder dan een uur tot meerdere uren.

Om dit te doen, Strano en Buongiorno plaatsten een neopreen wetsuit in een verzegeld, speciaal ontworpen tank ter grootte van een biervat - en pompte de container enkele uren met zware inerte gassen.

Laboratoriumtests toonden aan dat het nieuwe onder druk staande wetsuit zijn isolerende eigenschappen meer dan 20 uur na behandeling behield, veel langer dan duikers gewoonlijk in ijskoude wateren doorbrengen. De behandeling kan ook voorafgaand aan een duik worden gedaan, met het wetsuit in een zak die net voor gebruik moet worden geopend. In dergelijke gevallen, het aftellen van 20 uur begon pas toen het pak uit de zak werd gehaald.

"Het mooie van dit onderzoek is dat je neopreen niet helemaal opnieuw hoeft te maken, "zei Strano. "Je kunt een wetsuit uit een kast halen, pomp het gas erin en transformeer het in een superstof."

De inspiratie achter het onderzoek van Strano en Buongiorno komt voort uit een gesprek dat ze twee jaar geleden hadden met Navy SEALs, toen ze deelnamen aan een wetenschappelijk onderzoek van het Ministerie van Defensie. De strijders vertelden de MIT-professoren over de gevaren van duiken in ijskoude wateren en dat ze dringend behoefte hadden aan langdurigere wetsuitbescherming.

Strano en Buongiorno onderzochten verschillende diermethoden om koud water te verdragen:luchtbellen in pels of veren (otters en pinguïns), intern opgewekte warmte (zoogdieren en vissen), of een laag isolatiemateriaal dat het warmteverlies van het lichaam vertraagt ​​(zeehonden- en walvisblubber). Hun wetsuitontwerp weerspiegelt de laatste twee methoden.

Hoewel hun laboratoriumtests en simulaties succesvol waren, Strano en Buongiorno hopen het wetsuit verder te testen tijdens demonstraties in het water met marine- en burgerduikers.

Het wetsuit-onderzoek valt onder ONR's Naval Enterprise Partnership Teaming with Universities for National Excellence (NEPTUNE)-programma, die de marine en het Korps Mariniers helpt manieren te ontdekken om energiebesparing te verbeteren, hernieuwbare energie genereren en energie-efficiënte technologieën implementeren, terwijl actieve militaire, militaire studenten en veteranen de kans om zich onder te dompelen in onderzoek op universitair niveau.