U.S. Army ERDC: Pionierhafte Ingenieurslösungen für militärische und zivile Projekte

Das U.S. Army Engineer Research and Development Center (ERDC), 1998 gegründet, ist die Forschungsorganisation des U.S. Army Corps of Engineers. Das ERDC führt F&E zur Unterstützung des Soldaten, militärischer Installationen und ziviler Bauvorhaben (Wasserressourcen, Umweltmissionen etc.) sowie für andere Bundesbehörden, staatliche und kommunale Behörden und die US-Industrie durch innovative Kooperationsvereinbarungen durch.

Breites Aufgabenspektrum

Das ERDC hilft bei der Lösung von Problemen im zivilen und militärischen Ingenieurwesen, geowissenschaftlichen Wissenschaften, Wasserressourcen und Umweltwissenschaften. Die Einrichtungen reichen von Supercomputern bis zu physikalischen Modellen. Die Cray XT3 und XT4 Supercomputer des Zentrums gehören zu den leistungsstärksten und schnellsten der Welt, mit einer Kapazität von über 3,5 Billiarden Berechnungen pro Sekunde.

ERDCs sieben Forschungslaboratorien fungieren als integrierte Teams von Ingenieuren und Wissenschaftlern, um ein breites Spektrum an Wissenschafts- und Technologiefragen zu bearbeiten – von Operationen in arktischen Temperaturen und Fahrzeugmobilität in Wüstensand bis hin zum Schutz von Feuchtgebieten und der präzisen Ortung eines Artilleriegeschosses.

Fünf Hauptforschungsbereiche

1. Militärisches Ingenieurwesen

Militärisches Ingenieurwesen liefert Technologien und Fähigkeiten für den Kämpfer zur Ermöglichung von Schutz und Manövrierfähigkeit. Dieser Bereich entwickelt neuartige, leichte, schnell errichtete Schutzsysteme, die in entlegenen Gebieten zügig eingesetzt werden können. Aus der F&E dieser innovativen Schutzsystemen wurden Überlebens-Entscheidungshilfen entwickelt, die nicht nur eine schnelle Bewertung aktueller Schutzhaltungen ermöglichen, sondern auch verbesserte Designs zur Erhöhung der Abwehr gegen Angriffe liefern.

Forscher entwarfen fortgeschrittene numerische Methoden zur Charakterisierung von Splitterbildung und -minderung an Strukturen und evaluierten die Auswirkungen von Waffensystemen basierend auf weltweit verwendeten Baumaterialtypen. Mit DoD High-Performance Computing (HPC) Fähigkeiten entwickelten Forscher physikbasierte numerische Simulationen zur Bewertung der Sensorleistung in komplexen Geo-Umgebungen und fortschrittliche Simulationsfähigkeiten für die Bewertung von bemannten und unbemannten Bodenfahrzeugen.

Forscher untersuchen Sensormodalitäten, die die Überwachung und Bewertung kritischer Infrastruktur für Eintritt und Manöver im Einsatzgebiet ermöglichen.

2. Umweltqualität und Installationen

Dieser Bereich verfolgt den Ansatz, Wissenschaft und Technologie voranzutreiben und zu nutzen, um die langfristigen Beiträge der bebauten und natürlichen Umgebungen zur Einsatzbereitschaft und zum operativen Erfolg der Army zu maximieren. Lösungen fokussieren auf hoch nachhaltige und kosteneffiziente Ansätze für das Lebenszyklusmanagement militärischer Ländereien, Schießplätze und Infrastruktur.

Technologien verbessern das Trainingserlebnis der Kämpfer, reduzieren Trainingsgelände-Restriktionen, verbessern die Sicherheit der Soldaten, ermöglichen effiziente Nutzung begrenzter Ressourcen wie Energie und Wasser und erleichtern Nachhaltigkeitsplanung mit lokalen und regionalen Gemeinden.

3. Zivile Bauvorhaben und Wasserressourcen

Dieser Bereich liefert umweltverträgliche Lösungen für die Wasserressourcen-Herausforderungen der Nation und hilft, sichere und widerstandsfähige Gemeinden und Infrastruktur bereitzustellen. Technologien helfen, bestehende Wasserressourcen-Infrastruktur nachhaltig angesichts erwarteten Klimawandels, Landnutzungswandels, Invasionen durch invasive Arten, demografischer Verschiebungen und alternder Strukturen zu managen.

Werkzeuge und Ressourcen verbessern den Fluss des kommerziellen Schiffsverkehrs auf Wasserstraßen, den Wiederaufbau von Schleusen und die Erhaltung von Fahrrinnen, die Reduzierung von Schäden an Leben und Eigentum durch Überschwemmungen sowie den Schutz von Fisch- und Pflanzenleben.

4. Geowissenschaftliche Forschung und Ingenieurwesen

Der Bereich Geowissenschaftliche Forschung und Ingenieurwesen liefert die Daten, Analysetools, Informationen und Entscheidungsrahmen, um situative Bewusstheit der Kampfraumumgebung für den Kämpfer zu gewährleisten. Er rüstet Soldaten mit Informationsüberlegenheit aus, damit sie battle-space Umwelteffekte auf Personal, Plattformen, Sensoren und Systeme präzise und schnell einschätzen können. Forschung umfasst Geländanalyse für Signal- und Sensorphänomene, geowissenschaftliche und zeitliche Informationen, geowissenschaftliches Schlussfolgern sowie Bild- und Geodatenwissenschaft.

5. Konstruierte resiliente Systeme

Der Bereich Konstruierte resiliente Systeme kombiniert fortgeschrittene Ingenieurtechniken mit High-Performance Computing, um Konzepte und Werkzeuge zu entwickeln, die die im frühen Stadium des Beschaffungsprozesses untersuchten Designoptionen signifikant verstärken. Techniken resultieren in Trade Spaces, die in Stunden statt Monaten generiert werden können und tausendmal größer und hundertmal genauer sind als jene, die mit traditionellen Methoden erstellt werden.

Designs sind auch resilient – Systeme sind zuverlässig, leicht an zukünftige Missionsziele anpassbar und besitzen einen vorhersagbaren Lebenszyklus. Forschung wurde auf Analysen von Starrflüglern, Drehflüglern, Bodenfahrzeugen und Schiffen angewendet.

Technologien

Ingenieure erfanden einen 3D-Betondrucker, der Gebäude erstellen kann. Er kann mit verschiedenen Materialien drucken, einschließlich homogener Materialien wie Zementpaste oder heterogener Materialien wie Beton. Er nutzt ein additives Fertigungsverfahren, um „halb-permanente“ Strukturen in einem Operationsgebiet zu „drucken“. Das Automated Construction of Expeditionary Structures (ACES) hat das Potenzial, Baumateriallieferungen zu halbieren und den Personalbedarf für den Bau um 62 % im Vergleich zu Sperrholzbau zu reduzieren.

Die Army führt Risikobewertungen durch, um sichere Grenzwerte und Sanierungsziele für militärisch relevante Verbindungen (MRCs) zu bestimmen. ARAMS™ ist ein hochanpassungsfähiges, computergestütztes dynamisches Modellierungs- und Analysesystem, das zukünftige oder zeitvariable menschliche und ökologische Gesundheitsrisiken anhand gemessener oder vorhergesagter Expositionsdaten bewerten kann, was es zu einer unverzichtbaren Ressource für die Verwaltung von Standorten für Compliance und Nachhaltigkeit macht. ARAMS kann auch für standortspezifische Bewertungen einschließlich Screening- oder umfassender Risikobewertungen genutzt werden.

The Computational Test Bed (CTB) ist eine Suite 3D physikbasierter, hochfidelitäts Modelle zur Vorhersage und Verbesserung der Leistung aktueller und künftiger Sensor-Systeme bei der Detektion von Oberflächen- und Nahbereichsobjekten in komplexen Umgebungen. Der CTB hilft Nutzern, die geophysikalischen Phänomene hinter den von Sensoren im elektromagnetischen Spektrum detektierten Signaturen zu verstehen. Er modelliert die physikalischen Prozesse in der Umgebung und wie diese die von passiven und aktiven Sensormodalitäten erfassten Signaturen beeinflussen.

Ein intelligentes Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssystem (HVAC) wurde entwickelt, das sich innerhalb einer architektonischen Struktur befindet. Wenn Sensoren (oder ein menschlicher Bediener) einen „Vorfall“ detektieren (z. B. ein Kontaminant wird detektiert oder ein unerwarteter Bruch in der Struktur, der mit der Einführung eines Kontaminants assoziiert sein könnte), berechnet das HVAC-System die Luftströme für die Struktur neu. Wenn der neu berechnete Luftstrom dies rechtfertigt, schützt das System die Bewohner der Struktur vor dem luftgetragenen Kontaminanten, indem es den Luftstrom durch die Struktur ändert (z. B. schließt eine Klappe in den Luftkanälen, dreht einen Lüfter hoch oder leitet den Luftstrom zu einem Standby-Filtersystem um).

Forscher entwickelten ein System zur Gewinnung von Trinkwasser aus Abfallmaterialien unter Nutzung von abwärmebeheizten Luftströmen. Das System fängt den Wasserdampf aus Abfallmaterialien wie Abwasser, Sole und Schlamm durch einen beschleunigten Verdampfungsprozess mittels Trockenmitteln effizient ein.

Ein Team entwickelte tragbare Strahlungsdetektoren, die Richtungsdetektion mittels elektronischer Kollimation ermöglichen. Die Technologie hat Anwendungen wie das schnelle Lokalisieren versteckter, vergrabener oder im Wasser schwebender radioaktiver Materialien. Der Prototyp-Sensor demonstriert, dass elektronische Kollimation in einem kleinen, leichten Formfaktor mit gutem Signal-Rausch-Verhältnis möglich ist.

Ein hochauflösendes, hochempfindliches Druckmesssystem für gefährliche und schwer zugängliche Orte besteht aus einer sichtbaren Laserquelle mit 5 mW Leistung und einem Nanokomposit-Drucksensor mit Quantenpunkten in der Sensormatrix. Unter Druck fluoreszieren die Quantenpunkte im Sensormatrix bei Bestrahlung mit dem Laser. Ein Spektrometer detektiert die Fluoreszenzsignale und wandelt sie in ein digitales Format um. Der Datenprozessor berechnet dann das tatsächliche Fluoreszenzintensitätsverhältnis und vergleicht es mit Intensitätsverhältnissen und Druckwerten in einer gekoppelten Datenbank.

Technologietransfer

Das ERDC Office of Research and Technology Transfer überwacht den Transfer von Forschungs- und Entwicklungstechnologien und -produkten in den Privatsektor.

Für Informationen zur Lizenzierung einer ERDC-Technologie kontaktieren Sie [E-Mail geschützt]. Besuchen Sie das ERDC Forschungs- und Technologietransfer-Büro hier.