När Navy SEALs dyker i arktiska vatten, eller när räddningsteam dyker under istäckta floder eller dammar, överlevnadstiden även i de bästa våtdräkterna är mycket begränsad – så lite som tiotals minuter, och upplevelsen kan i bästa fall vara extremt smärtsam. Att hitta sätt att förlänga den överlevnadstiden utan att hindra rörligheten har varit en prioritet för den amerikanska marinen och vetenskapsdykare, som ett par MIT-ingenjörsprofessorer lärde sig under ett nyligen genomfört program som tog dem till en mängd olika marinanläggningar.

Det besöket ledde till ett tvåårigt samarbete som nu har gett ett dramatiskt resultat:en enkel behandling som kan förbättra överlevnadstiden för en konventionell våtdräkt med en faktor tre, säger forskarna.

Resultaten, som skulle kunna tillämpas i princip omedelbart, rapporteras i veckan i tidningen RSC avancerar , i en tidning av Michael Strano, Carbon P. Dubbs professor i kemiteknik; Jacopo Buongiorno, TEPCO-professorn och biträdande chef för institutionen för kärnvetenskap och teknik; och fem andra vid MIT och George Mason University.

Processen de upptäckte fungerar genom att helt enkelt placera standardvåtdräkten av neopren inuti en trycktankautoklav som inte är större än en ölfat, fylld med en tung inert gas, i ungefär en dag. Behandlingen pågår sedan i cirka 20 timmar, mycket längre tid än någon skulle spendera på ett dyk, förklarar Buongiorno, som själv är en ivrig våtdräktsanvändare. (Han tävlade i en triathlon bara förra veckan.) Processen kan också göras i förväg, med våtdräkten placerad i en förseglad påse för att öppnas strax före användning, han säger.

Även om Buongiorno och Strano båda är på MIT-fakulteten, de hade aldrig träffats förrän de båda ingick i försvarsvetenskapens studiegrupp för försvarsdepartementet. "Vi fick besöka många baser, och träffade alla typer av militärer upp till fyrstjärniga generaler, säger Buongiorno, vars specialitet inom kärnteknik har att göra med värmeöverföring, speciellt genom vatten. De lärde sig om militärens särskilda behov och ombads att utforma ett tekniskt projekt för att möta ett av dessa behov. Efter att ha träffat en grupp Navy SEALs, elit specialverksamhet dykkår, de bestämde sig för att behovet av längre varaktigt skydd i isiga vatten var ett som de kunde ta på sig.

De tittade på de olika strategier som olika djur använder för att överleva i dessa kyliga vatten, och hittade tre typer:luftfickor fångade i päls eller fjädrar, som med uttrar och pingviner; internt genererad värme, som med vissa djur och fiskar (inklusive stora vithajar, som, förvånande, är varmblodiga); eller ett lager av isolerande material som kraftigt bromsar värmeförlusten från kroppen, som med sälar och valspäck.

I slutet, efter simuleringar och labbtester, de slutade med en kombination av två av dessa – ett späckliknande isoleringsmaterial som också använder sig av inneslutna gasfickor, även om gasen i detta fall inte är luft utan en tung inert gas, nämligen xenon eller krypton.

Materialet som blivit standard för våtdräkter är neopren, ett billigt material som är en blandning av syntetiska gummimaterial bearbetade till ett slags skum, producerar en stängd cellstruktur som liknar frigolit. Fångad i den strukturen, upptar mer än två tredjedelar av volymen och står för hälften av värmen som överförs genom den, är luftfickor.

Strano och Buongiorno fann att om den instängda luften ersätts med xenon eller krypton, materialets isoleringsegenskaper ökar dramatiskt. Resultatet, de säger, är ett material med den lägsta värmeöverföringen av någon våtdräkt som någonsin gjorts. "Vi satte ett världsrekord för världens våtdräkt med lägst värmeledningsförmåga, "Strano säger - konduktivitet nästan lika låg som luften själv." Det är som att bära ett luftslag. "

De fann att detta kunde förbättra överlevnadsförmågan i vatten kallare än 10 grader Celsius, höja den från mindre än en timme till två eller tre timmar.

Resultatet kan vara en välsignelse inte bara för dem i de mest extrema miljöerna, men till alla som använder våtdräkter i kallt vatten, inklusive simmare, idrottare, och surfare, samt professionella dykare av alla slag.

För närvarande, de enda gångbara kallvattenalternativen till våtdräkter är torrdräkter, som har ett luftskikt mellan kostymen och huden som måste underhållas med hjälp av en slang och en pump, eller en varmvattendräkt, vilket på samma sätt kräver en slang- och pumpanslutning. I vilket fall, ett fel på pumpen eller ett skär eller en rivning i dräkten kan resultera är en snabb förlust av isolering som kan vara livshotande inom några minuter.

Men det xenon- eller krypton-infunderade neoprenet kräver inget sådant stödsystem och har ingen möjlighet att snabbt förlora sina isolerande egenskaper, och bär alltså inte den risken. "Vi kan ta vem som helsts våtdräkt i neopren och trycksätta den med xenon för högpresterande operationer, " säger Strano.

En annan möjlighet, de säger, är att tillverka en våtdräkt med samma isolerande egenskaper som nuvarande, men med en liten bråkdel av tjockleken, ger mer komfort och rörelsefrihet som kan vara tilltalande för idrottare.

Ett nästa steg i deras forskning är att titta på sätt att skapa en långsiktig, stabil version av en xenon-infunderad neopren, kanske genom att limma ett skyddande lager över det, de säger.