Efter månader av produktutveckling, Ingenjörer från University of Nebraska–Lincoln lämnar säker hamn för att testa sin prototyp på öppet hav.

Med stöd från U.S. Navy's Office of Naval Research, Nebraskas Yongfeng Lu har utvecklat ett lasersystem som förhindrar och reparerar korrosion på fartyg med aluminiumsidor. Efter att ha uppnått många projektmilstolpar – gjort lasern mer bärbar, enklare att använda och säkrare än befintliga metoder – hans team närmar sig sin största debut hittills.

Denna höst, de ska testa lasern ombord på ett fullt fungerande marinfartyg. Det är kulmen på en konkurrensutsatt anbudsprocess; i en pool med många team från den privata sektorn, Nebraska -laget är en av bara några för att nå den slutliga testfasen.

"Vi drömmer om ett "shipyard on a ship"-koncept, sa Lu, professor i elektro- och datateknik. "Det kommande testet är en skyltfönster för vår teknik och ett sista steg. Vi är glada över att se vetenskapen leda till tekniska förbättringar som tillför värde till den verkliga världen."

Aluminiumfartyg är starka, men förhållandena till sjöss, inklusive långvarig exponering för saltvatten och sol, kan resultera i korrosion och sprickor. För att göra reparationer, besättningen måste återvända till ett varv, där skadade plåtar tas bort och nya svetsas på plats.

"Denna teknik har potential att spara marinen miljontals dollar i varvstid, samt förlorad sjötid, sa Airan Perez, korrosion och kontroll vetenskap och teknik program officer vid Office of Naval Research. "När marinen utökar sin flotta av fartyg med aluminiumskrov, denna teknik kommer att bli allt viktigare."

Nebraska-lasern behandlar aluminium genom att värma upp riktade områden, en process som stärker de mikroskopiska gränserna runt nanopartiklar av aluminium, som är mer benägna att korrodera.

Den är tillräckligt liten för att kunna hängas upp från ett kamerastativ och ansluts till en kontrollenhet i skokartong med en fibersladd.

Lasern genererar sin stråle inuti fibersladden utan att använda känsliga speglar, vilket gör den mer robust när den arbetar utanför en kontrollerad laboratoriemiljö.

"Vi vill att vår laser ska fungera medan ett fartyg är i drift, eftersom det minskar tid och kostnader, " sa Lu. "Detta betyder också att vi måste göra vårt system väldigt lätt, det är där andra metoder kommer till korta."

För att uppnå ett lättviktssystem, teamet lagrade alla driftprogram i mikrochips istället för en dator – ett komplext eltekniskt projekt som resulterade i en liten, lättanvänd prototyp.

Människor som använder lasern gör bara några få val, som att välja tjocklek och typ av material, och önskad bearbetningshastighet. Med dessa ingångar, systemet väljer sedan ett av cirka 30 förprogrammerade "recept" med varierande laservåglängd, kraft, frekvens, strålpunktsstorlek, skanningshastighet, pitch och mer.

"Det är enklare än att använda en mobiltelefon, med bara några knappar att trycka på, "Sade Lu." Vi försöker minimera bördan för användaren. "

Som en del av deras produktutvecklingsprocess, teamet arbetar med NUtech Ventures, universitetets teknologikommersialiseringsfilial, som har lämnat in en patentansökan för tekniken. Forskargruppen följer också marknadstrender och övervakar relevanta företag, som påverkar deras forskning.

När teamet började efterforska sin nuvarande prototyp, lasern de behövde var ännu inte kommersiellt tillgänglig. Men de fortsatte att utveckla de underliggande tekniska principerna för sin lösning i väntan på den kommersiella produkten. Enligt Lu, detta tillvägagångssätt hjälper dem att ligga i framkant av innovation och förbli konkurrenskraftiga för finansieringsmöjligheter.

"Vi utvecklar processer baserade på lasrar som kommer att finnas tillgängliga i framtiden, vilket ger oss en fördel, " sa Lu. "Med vår forskning, det kommer alltid nya material och nya fartyg ut. En bra teknisk lösning måste utvecklas med tekniken och användarnas behov."

Utbilda nästa generation

Lus framtidsfokuserade mentalitet sträcker sig till hans labb, som inkluderar elever från gymnasiet till forskarskolan. Labbet är värd för två eller tre gymnasiepraktikanter varje år; dessa elever arbetar direkt med lasrar och lär sig hur lasrar modifierar ytor i nanoskala.

"Vi har fått beröm av det amerikanska energidepartementet för vår förmåga att introducera gymnasieelever till ingenjörskarriärer och forskarutbildningar, ", sa Lu. "Vi fokuserar också på att ge studenter exponering för olika områden och hjälpa dem att svara:Vad innebär det att vara programmerare eller optisk ingenjör?"

Studenter, speciellt labbets doktorander, ta på sig ledarroller:leda projekt, underlättar lagarbete och hjälper till att bygga en positiv arbetsmiljö. Lu betonar också kommunikationsträning för doktorander, som lär sig att skriva regelbundna uppdateringar till finansiärer och diskutera framsteg under telefonkonferenser.

"Vårt labb har många projekt på gång samtidigt, och eleverna är ledarna, " sa Lu. "Vi behöver ännu fler ledare inom den här typen av vetenskap och teknik, men jag tror att framtiden är ljus."