Dykning i iskallt vatten är extremt farligt för människor. Inom sekunder, artärer stramar, blodtryck och puls tävling, och lungorna flämtar efter luften. Efter bara några minuter, hyperventilation slår och armar och ben blir stumma - signalerar att hypotermi börjar.

För att skydda dykare från amerikanska flottan som arbetar under frysförhållanden, Office of Naval Research (ONR) sponsrar arbetet med att designa en våtdräkt som speglar de isolerande egenskaperna hos djurblubber - så att dykare kan simma i frusna vatten under längre perioder.

Arbetet bedrivs av forskare vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) och George Mason University. De har utvecklat en våtdräkt infunderad med ett konstgjort spädskikt som kan tredubbla uthållighetstiden för dykare i frysta sjöar, floder eller hav.

"Den här typen av forskning är särskilt viktig eftersom fler arktiska sjöbanor öppnar sig och marinen ökar beredskapen att verka i den delen av världen, sa Maria Medeiros, en programansvarig vid ONR:s sjökrigs- och vapenavdelning. "Oavsett om det gäller specialoperationer; sökning och räddning; eller skeppsreparation, underhåll och bärgning, att hitta sätt att öka dykarnas tid och effektivitet i isen är en prioritet. "

Projektet leds av två MIT -professorer - Dr. Michael Strano och Dr. Jacopo Buongiorno - och fokuserar på våtdräkter i neopren. Neopren är det vanligaste materialet som används för att göra våtdräkter, och är ett syntetiskt gummi som liknar ett tjockt skum med många luftfickor.

Dessa fickor bromsar överföringen av värme från kroppen till det omgivande kalla vattnet.

Strano och Buongiorno fann att genom att ersätta luft med olika tunga inerta gaser-som är giftfria, inte har negativa kemiska reaktioner, och bränn inte eller explodera - de skapade en mer effektiv, konstgjord spädskikt i våtdräkten. Detta ökade kostymeffektiviteten i vatten på 10 grader Celsius från under en timme till flera timmar.

Att göra så, Strano och Buongiorno placerade en neopren våtdräkt i en förseglad, specialdesignad tank i storlek med en ölfat - och pumpade behållaren med tunga inerta gaser i flera timmar.

Laboratorietester visade att våtdräkten under tryck höll sina isolerande egenskaper i över 20 timmar efter behandling, mycket längre än dykare brukar spendera i kalla vatten. Behandlingen kan också göras före ett dyk, med våtdräkten placerad i en påse som ska öppnas strax före användning. I sådana fall, 20-timmars nedräkning startade inte förrän dräkten togs ur väskan.

"Det fina med denna forskning är att du inte behöver återskapa neopren från grunden, "sa Strano." Du kan ta en våtdräkt från en garderob, pumpa in gasen i den och förvandla den till ett superduk. "

Inspirationen bakom Strano och Buongiornos forskning härrör från ett samtal de hade med Navy SEALs för två år sedan, när de deltog i en vetenskapsstudie vid försvarsdepartementet. Krigsmännen berättade för MIT-professorerna om farorna med att dyka i isiga vatten och hur de akut behövde längre varaktigt våtdräktsskydd.

Strano och Buongiorno undersökte olika djurmetoder för att hålla ut kallt vatten - luftfickor i päls eller fjädrar (uttrar och pingviner), internt alstrad värme (däggdjur och fisk), eller ett lager isolerande material som saktar ned värmeförlusten från kroppen (tätning och valstopp). Deras våtdräktsdesign återspeglar de två sistnämnda metoderna.

Medan deras laboratorietester och simuleringar har varit framgångsrika, Strano och Buongiorno hoppas kunna testa våtdräkten ytterligare under demonstrationer i vattnet med marina och civila dykare.

Våtdräktsforskningen faller under ONR:s Naval Enterprise Partnership Teaming with Universities for National Excellence (NEPTUNE) -program, som hjälper marinen och marinkåren att upptäcka sätt att förbättra energibesparingen, generera förnybar energi och implementera energieffektiv teknik-samtidigt som du ger aktiv militär, militära studenter och veteraner chansen att fördjupa sig i forskning på universitetsnivå.