Na maanden van productontwikkeling, Ingenieurs van de Universiteit van Nebraska-Lincoln verlaten de veilige haven om hun prototype op de open oceaan te testen.

Met steun van het Office of Naval Research van de Amerikaanse marine, Nebraska's Yongfeng Lu heeft een lasersysteem ontwikkeld dat corrosie op aluminium schepen voorkomt en herstelt. Na het bereiken van vele projectmijlpalen, waardoor de laser draagbaarder is geworden, eenvoudiger te bedienen en veiliger dan bestaande methoden - zijn team nadert zijn grootste debuut tot nu toe.

Deze herfst, ze zullen de laser testen aan boord van een volledig operationeel marineschip. Het is het hoogtepunt van een concurrerend biedproces; in een pool met veel teams uit de privésector, het Nebraska-team is een van de weinigen die de laatste testfase heeft bereikt.

"We dromen van een 'scheepswerf op een schip'-concept, " zei Lu, hoogleraar elektrotechniek en computertechniek. "De aanstaande test is een showcase voor onze technologie en een laatste stap. We zijn verheugd om te zien dat de wetenschap leidt tot technische verbeteringen die waarde toevoegen aan de echte wereld."

Aluminium schepen zijn sterk, maar de omstandigheden op zee, inclusief langdurige blootstelling aan zout water en zon, kan leiden tot corrosie en scheuren. Om reparaties uit te voeren, bemanningen moeten terugkeren naar een scheepswerf, waar beschadigde platen worden verwijderd en nieuwe op hun plaats worden gelast.

"Deze technologie heeft het potentieel om de marine miljoenen dollars aan scheepswerftijd te besparen, evenals verloren zeetijd, " zei Airan Perez, Corrosie en controle wetenschap en technologie programmamedewerker bij het Office of Naval Research. "Terwijl de marine haar vloot van schepen met aluminium romp uitbreidt, deze technologie zal steeds belangrijker worden."

De Nebraska-laser behandelt aluminium door gerichte gebieden te verwarmen, een proces dat de microscopische grenzen rond aluminium nanodeeltjes versterkt, die meer kans hebben om te corroderen.

Hij is klein genoeg om aan een camerastatief te worden opgehangen en kan met een glasvezelkabel worden aangesloten op een controller ter grootte van een schoenendoos.

De laser genereert zijn straal binnen het vezelkoord zonder gevoelige spiegels te gebruiken, waardoor het robuuster is bij gebruik buiten een gecontroleerde laboratoriumomgeving.

"We willen dat onze laser werkt terwijl een schip in bedrijf is, omdat het tijd en kosten bespaart, " zei Lu. "Dit betekent ook dat we ons systeem heel licht moeten maken, dat is waar andere methoden te kort schieten."

Om een ​​lichtgewicht systeem te realiseren, het team sloeg alle besturingsprogramma's op in microchips in plaats van in een computer - een complex elektrotechnisch project dat resulteerde in een klein, eenvoudig te gebruiken prototype.

Mensen die de laser bedienen, maken slechts een paar keuzes, zoals het selecteren van de dikte en het type materiaal, en gewenste verwerkingssnelheid. Met deze ingangen het systeem selecteert vervolgens een van de ongeveer 30 voorgeprogrammeerde "recepten" met variërende lasergolflengte, stroom, frequentie, bundel-spot grootte, scansnelheid, toonhoogte en meer.

"Het is eenvoudiger dan het gebruik van een mobiele telefoon, met slechts een paar knoppen om in te drukken, " zei Lu. "We proberen de last voor de gebruiker tot een minimum te beperken."

Als onderdeel van hun productontwikkelingsproces, het team werkt samen met NUtech Ventures, het filiaal voor de commercialisering van technologie van de universiteit, die een octrooiaanvraag voor de technologie heeft ingediend. Het onderzoeksteam volgt ook markttrends en monitort relevante bedrijven, die de richting van hun onderzoek beïnvloeden.

Toen het team begon met het onderzoek naar hun huidige prototype, de laser die ze nodig hadden was nog niet in de handel verkrijgbaar. Maar ze bleven de onderliggende engineeringprincipes voor hun oplossing ontwikkelen terwijl ze wachtten op het commerciële product. Volgens Lu, deze aanpak helpt hen om voorop te blijven lopen op het gebied van innovatie en concurrerend te blijven voor financieringsmogelijkheden.

"We ontwikkelen processen op basis van lasers die in de toekomst beschikbaar zullen zijn, wat ons een voordeel geeft, " zei Lu. "Met ons onderzoek, er zullen altijd nieuwe materialen en nieuwe schepen komen. Een goede technische oplossing moet evolueren met de technologie en de gebruikersbehoeften."

De volgende generatie trainen

Lu's toekomstgerichte mentaliteit strekt zich uit tot zijn lab, waaronder studenten variërend van middelbare school tot graduate school. Het lab biedt onderdak aan twee of drie middelbare school stagiaires per jaar; deze studenten werken direct met lasers en leren hoe lasers oppervlakken op nanoschaal wijzigen.

"We zijn geprezen door het Amerikaanse ministerie van Energie voor ons vermogen om middelbare scholieren kennis te laten maken met technische carrières en afstudeerprogramma's, " zei Lu. "We richten ons er ook op om niet-gegradueerde studenten kennis te laten maken met verschillende vakgebieden en hen te helpen antwoorden:wat betekent het om een ​​programmeur of een optisch ingenieur te zijn?"

afgestudeerde studenten, vooral de doctoraatsstudenten van het lab, leiderschapsrollen op zich nemen:projecten beheren, het faciliteren van teamwerk en het helpen bouwen aan een positieve werkomgeving. Lu legt ook de nadruk op communicatietraining voor afgestudeerde studenten, die leren om regelmatig updates te schrijven naar financieringsinstanties en de voortgang te bespreken tijdens teleconferenties.

"Ons lab heeft veel projecten tegelijk lopen, en de studenten zijn de leiders, " zei Lu. "We hebben nog meer leiders nodig in dit soort wetenschap en technologie, maar ik geloof dat de toekomst rooskleurig is."