ERDC del Ejército de EE. UU.: Soluciones de ingeniería pioneras para proyectos militares y civiles

El Centro de Investigación y Desarrollo de Ingenieros del Ejército de EE. UU. (ERDC), establecido en 1998, es la organización de investigación del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU. ERDC realiza I+D en apoyo del soldado, instalaciones militares y proyectos de obras civiles (recursos hídricos, misiones ambientales, etc.) así como para otras agencias federales, autoridades estatales y municipales, e industria de EE. UU. a través de acuerdos de trabajo innovadores.

Capacidades: supercomputadoras y modelos físicos

ERDC ayuda a resolver problemas en ingeniería civil y militar, ciencias geoespaciales, recursos hídricos y ciencias ambientales. Las instalaciones van desde supercomputadoras hasta modelos físicos. Las supercomputadoras Cray XT3 y XT4 del centro están entre las más potentes y rápidas del mundo, con una capacidad que supera los 3.5 billones de cálculos por segundo.

Siete laboratorios integrados: del Ártico al desierto

Los siete laboratorios de investigación de ERDC funcionan como equipos integrados de ingenieros y científicos para abordar una amplia gama de problemas de ciencia y tecnología — desde operar en temperaturas árticas y movilidad de vehículos en arenas desérticas, hasta proteger humedales y precisar la ubicación exacta de un proyectil de artillería.

Cinco áreas principales de I+D

1. Ingeniería Militar

La Ingeniería Militar proporciona tecnologías y capacidades al combatiente para permitir protección de fuerza y maniobra. Esta área desarrolla sistemas de protección novedosos, ligeros y de construcción rápida que pueden desplegarse expeditiamente en ubicaciones remotas. A partir de la I+D de estos innovadores sistemas de protección, se han desarrollado ayudas para decisiones de supervivencia que no solo permiten evaluación rápida de posturas de protección actuales, sino también diseños mejorados para aumentar la defensa contra ataques.

Los investigadores han diseñado métodos numéricos avanzados para caracterización de fragmentación por explosión y mitigación en estructuras y han evaluado efectos de sistemas de armas basados en tipos de materiales de construcción mundiales. Usando capacidades de computación de alto rendimiento (HPC) del Departamento de Defensa (DOD), los investigadores desarrollaron simulaciones numéricas basadas en física para evaluación de rendimiento de sensores en geo-entornos complejos y capacidades avanzadas de simulación que permiten evaluación de rendimiento de vehículos terrestres tripulados y no tripulados.

Los investigadores están investigando modalidades de sensores que permitirán monitoreo y evaluación de infraestructura crítica usada para entrada y maniobra en teatro.

2. Calidad Ambiental e Instalaciones

El enfoque de esta área es avanzar y explotar ciencia y tecnología para maximizar las contribuciones a largo plazo de los entornos construidos y naturales a la preparación y éxito operacional del Ejército. Las soluciones se centran en enfoques altamente sostenibles y rentables para la gestión del ciclo de vida de tierras militares, campos de entrenamiento e infraestructura.

Las tecnologías mejoran la experiencia de entrenamiento del combatiente, reducen restricciones de tierras de entrenamiento, mejoran la seguridad del soldado, proveen uso eficiente de recursos limitados como energía y agua, y facilitan planificación de sostenibilidad con comunidades locales y regionales.

3. Obras Civiles y Recursos Hídricos

Esta área proporciona soluciones ambientalmente sostenibles a los desafíos de recursos hídricos de la nación y ayuda a proveer comunidades e infraestructura seguras y resilientes. Las tecnologías ayudan a gestionar infraestructura de recursos hídricos existente de forma sostenible frente al cambio climático esperado y cambio de uso de tierra, invasión por especies exóticas, cambios demográficos y estructuras envejecidas.

Herramientas y recursos mejoran el flujo de tráfico de navegación comercial en vías navegables, reconstrucción de esclusas y mantenimiento de canales, reducción del riesgo de daño a vida y propiedad por inundaciones, y protección de vida acuática y vegetal.

4. Investigación y Ingeniería Geoespacial

El área de Investigación e Ingeniería Geoespacial proporciona los datos, herramientas analíticas, información y capacidades de marco de decisión para asegurar conciencia situacional del entorno del espacio de batalla para el combatiente. Arma a los soldados con superioridad de información para que puedan evaluar con precisión y rapidez los efectos del entorno del espacio de batalla en personal, plataformas, sensores y sistemas. La investigación incluye análisis de terreno para fenomenología de señal y sensor, información geoespacial y temporal, razonamiento geoespacial, e imagen y ciencia de geodatos.

5. Sistemas Diseñados Resilientes

El área de Sistemas Diseñados Resilientes combina técnicas avanzadas de ingeniería con computación de alto rendimiento para desarrollar conceptos y herramientas que amplifican significativamente las opciones de diseño examinadas durante etapas tempranas del proceso de adquisición. Las técnicas resultan en espacios de intercambio que pueden generarse en horas en lugar de meses y son miles de veces más grandes y cientos de veces más precisos que los creados mediante métodos tradicionales.

Los diseños también son resilientes — los sistemas son confiables, fácilmente modificables para cumplir futuros objetivos de misión, y poseen un ciclo de vida predecible. La investigación se ha aplicado a análisis de aviones de ala fija, rotorcraft, vehículos terrestres y barcos.

Tecnologías destacadas

Impresora 3D de concreto para construcción expedicionaria (ACES)

Ingenieros han inventado una impresora 3D de concreto que puede crear edificios. Puede imprimir con múltiples materiales diferentes, incluyendo materiales homogéneos como pasta de cemento o heterogéneos como concreto. Usa un proceso de manufactura aditiva para "imprimir" estructuras semi-permanentes en un teatro de operaciones. La Construcción Automatizada de Estructuras Expedicionarias (ACES) tiene el potencial de reducir materiales de construcción enviados a la mitad y reducir requisitos de mano de obra de construcción en 62% comparado con construcción de contrachapado.

ARAMS™: Modelo dinámico de evaluación de riesgos

El Ejército realiza evaluaciones de riesgo para determinar niveles seguros y niveles objetivo de limpieza para compuestos relevantes militares (MRCs). ARAMS™ es un sistema de modelado y análisis dinámico basado en computadora, altamente adaptable, que puede evaluar riesgos futuros o variables en el tiempo para salud humana y ecológica usando datos de exposición medidos o predichos, convirtiéndolo en un recurso indispensable para quienes gestionan sitios para cumplimiento y sostenimiento. ARAMS también puede usarse para evaluaciones específicas de sitio, incluyendo evaluaciones de cribado o exhaustivas.

Banco de Pruebas Computacional (CTB): modelos de alta fidelidad para sensores

El Banco de Pruebas Computacional (CTB) es un conjunto de modelos 3D basados en física, de alta fidelidad, para predecir y mejorar el rendimiento de sistemas de sensores de fuerza actual y futura al detectar objetos en superficie y subsuperficie en entornos complejos. El CTB ayuda a los usuarios a entender los fenómenos geofísicos detrás de las firmas detectadas por sensores que operan en el espectro electromagnético. Modela los procesos físicos en el entorno y cómo estos afectan las firmas detectadas por modalidades de sensores pasivos y activos.

Sistema HVAC inteligente para protección contra contaminantes

Se desarrolló un sistema inteligente de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) ubicado dentro de una estructura arquitectónica. Cuando sensores (u operador humano) detectan un "incidente" (ej., se detecta un contaminante o ocurre una brecha inesperada en la estructura asociada con introducción de contaminante), el sistema HVAC recalcula flujos de aire para la estructura. Si el flujo de aire recién recalculado así lo amerita, el sistema protege a los ocupantes de la estructura del contaminante aerotransportado cambiando el flujo de aire a través de la estructura (ej., cierra una compuerta en conductos de aire, enciende un ventilador, o redirige flujo a un sistema de filtración en espera).

Extracción de agua potable de materiales de desecho

Investigadores desarrollaron un sistema para extraer agua potable de materiales de desecho utilizando corrientes de aire calentadas por desecho. El sistema captura eficientemente el vapor de agua de materiales de desecho como aguas residuales, salmuera y lodos a través de un proceso de evaporación acelerada usando desecantes.

Detectores portátiles de radiación con detección direccional

Un equipo desarrolló detectores portátiles de radiación que proporcionan detección direccional usando colimación electrónica. La tecnología tiene aplicaciones como localizar rápidamente materiales radiactivos ocultos, enterrados o sumergidos flotando en un cuerpo de agua. El sensor prototipo demuestra que la colimación electrónica es posible en un factor de forma pequeño y ligero con buena relación señal-ruido.

Sistema de detección de presión de alta resolución para ubicaciones peligrosas

Un sistema de detección de presión de alta resolución espacial y alta sensibilidad para ubicaciones peligrosas y de difícil acceso consiste en una fuente láser de luz visible con 5 mW de potencia y un sensor de presión nanocompuesto con puntos cuánticos incrustados en la matriz del sensor. Bajo presión, los puntos cuánticos en la matriz del sensor fluorescen cuando son iluminados por el láser. Un espectrómetro detecta las señales fluorescentes y las transforma en formato digital. El procesador de datos calcula la relación real de intensidad de fluorescencia y la compara contra relaciones de intensidad y valores de presión en una base de datos acoplada.

Transferencia de tecnología

La Oficina de Investigación y Transferencia de Tecnología de ERDC supervisa la transferencia de tecnologías y productos de I+D al sector privado.

Para información sobre licenciamiento de tecnología ERDC, contacte a [email protegido]. Visite la oficina de investigación y transferencia de tecnología de ERDC aquí.