ERDC do Exército dos EUA: Soluções de Engenharia Pioneiras para Projetos Militares e Civis

O Centro de Pesquisa e Desenvolvimento de Engenharia do Exército dos EUA (ERDC), estabelecido em 1998, é a organização de pesquisa do Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA. O ERDC conduz P&D em apoio ao soldado, instalações militares e projetos de obras civis (recursos hídricos, missões ambientais, etc.) bem como para outras agências federais, autoridades estaduais e municipais, e indústria dos EUA através de acordos de trabalho inovadores.

Áreas de Atuação e Supercomputadores

O ERDC ajuda a resolver problemas em engenharia civil e militar, ciências geoespaciais, recursos hídricos e ciências ambientais. Instalações variam de supercomputadores a modelos físicos. Os supercomputadores Cray XT3 e XT4 do centro estão entre os mais poderosos e rápidos do mundo, com capacidade que excede 3,5 quatrilhões de cálculos por segundo.

Os sete laboratórios de pesquisa do ERDC funcionam como equipes integradas de engenheiros e cientistas para abordar uma ampla gama de questões de ciência e tecnologia — desde operar em temperaturas árticas e mobilidade de veículos em areias desérticas, até proteger zonas úmidas e pinpointar a localização exata de um projétil de artilharia.

Cinco Áreas Principais de P&D

1. Engenharia Militar

Engenharia Militar fornece tecnologias e capacidades ao combatente para permitir proteção de força e manobra. Esta área desenvolve novos sistemas de proteção leves, rapidamente construídos, que podem ser implantados expeditamente em locais remotos. Da pesquisa e desenvolvimento destes sistemas inovadores de proteção, auxiliares de decisão de sobrevivibilidade foram desenvolvidos para não apenas permitir avaliação rápida de posturas de proteção atuais, mas também fornecer designs aprimorados para aumentar a defesa contra ataques.

Pesquisadores projetaram métodos numéricos avançados para caracterização de fragmentação de explosão e mitigação em estruturas e avaliaram os efeitos de sistemas de armas baseados em tipos de materiais de construção mundiais. Usando capacidades de computação de alto desempenho (HPC) do Departamento de Defesa (DOD), pesquisadores desenvolveram simulações numéricas baseadas em física para avaliação de desempenho de sensores em geo-ambientes complexos e capacidades avançadas de simulação que permitem avaliação de desempenho de veículos terrestres tripulados e não tripulados.

Pesquisadores estão investigando modalidades de sensores que permitirão monitoramento e avaliação de infraestrutura crítica usada para entrada e manobra no teatro.

2. Qualidade Ambiental e Instalações

A abordagem desta área é avançar e explorar ciência e tecnologia para maximizar as contribuições de longo prazo dos ambientes construídos e naturais para a prontidão e sucesso operacional do Exército. Soluções focam em abordagens altamente sustentáveis e custo-efetivas para o gerenciamento do ciclo de vida de terras militares, campos de tiro e infraestrutura.

Tecnologias melhoram a experiência de treinamento do combatente, reduzem restrições de terras de treinamento, melhoram a segurança do soldado, fornecem uso eficiente de recursos limitados como energia e água, e facilitam planejamento de sustentabilidade com comunidades locais e regionais.

3. Obras Civis e Recursos Hídricos

Esta área fornece soluções ambientalmente sustentáveis aos desafios de recursos hídricos da nação e ajuda a fornecer comunidades e infraestrutura seguras e resilientes. Tecnologias ajudam a gerenciar infraestrutura existente de recursos hídricos sustentavelmente diante de mudanças climáticas esperadas e mudanças de uso da terra, invasão por espécies exóticas, mudanças demográficas e estruturas envelhecidas.

Ferramentas e recursos melhoram o fluxo de tráfego de navegação comercial em vias navegáveis, reconstrução de eclusas e manutenção de canais, redução do risco de danos à vida e propriedade por inundações, e proteção de vida peixe e vegetal.

4. Pesquisa e Engenharia Geoespacial

A área de Pesquisa e Engenharia Geoespacial fornece os dados, ferramentas analíticas, informação e capacidades de framework de decisão para garantir consciência situacional do ambiente do espaço de batalha para o combatente. Arma soldados com superioridade de informação para que possam medir com precisão e rapidez efeitos do ambiente do espaço de batalha em pessoal, plataformas, sensores e sistemas. Pesquisa inclui análise de terreno para fenomenologia de sinal e sensor, informação geoespacial e temporal, raciocínio geoespacial, e ciência de imagem e geodados.

5. Sistemas Projetados Resilientes

A área de Sistemas Projetados Resilientes combina técnicas avançadas de engenharia com computação de alto desempenho para desenvolver conceitos e ferramentas que amplificam significativamente opções de design examinadas durante estágios iniciais do processo de aquisição. Técnicas resultam em espaços de trade que podem ser gerados em horas em vez de meses e são milhares de vezes maiores e centenas de vezes mais precisos que aqueles criados via métodos tradicionais.

Designs também são resilientes — sistemas são confiáveis, facilmente modificados para atender metas de missão futuras, e possuem um ciclo de vida previsível. Pesquisa foi aplicada a análises de aviões de asa fixa, rotorcraft, veículos terrestres e navios.

Tecnologias Desenvolvidas

Impressora 3D de Concreto para Construção

Engenheiros inventaram uma impressora 3D de concreto que pode criar edifícios. Pode imprimir com múltiplos materiais diferentes, incluindo materiais homogêneos como pasta de cimento ou heterogêneos como concreto. Usa um processo de manufatura aditiva para "imprimir" estruturas semipermanentes em um teatro de operações. A Construção Automatizada de Estruturas Expedicionárias (ACES) tem potencial para reduzir materiais de construção enviados pela metade e reduzir requisitos de mão de obra de construção em 62% comparado à construção com compensado.

Sistema ARAMS para Avaliação de Risco

O Exército conduz avaliações de risco para determinar níveis seguros e níveis-alvo de limpeza para compostos relevantes militares (MRCs). ARAMS™ é um sistema de modelagem e análise dinâmico baseado em computador, altamente adaptável, que pode avaliar riscos futuros ou variáveis no tempo à saúde humana e ecológica usando dados de exposição medidos ou previstos, tornando-o um recurso indispensável para aqueles que gerenciam locais para conformidade e sustentação. ARAMS também pode ser usado para conduzir avaliações específicas de local, incluindo triagem ou avaliações de risco abrangentes.

Computational Test Bed (CTB) para Sensores

O Computational Test Bed (CTB) é um conjunto de modelos 3D baseados em física, de alta fidelidade, para prever e melhorar o desempenho de sistemas de sensores atuais e futuros ao detectar objetos de superfície e subsuperfície em ambientes complexos. O CTB ajuda usuários a entender os fenômenos geofísicos por trás das assinaturas detectadas por sensores operando no espectro eletromagnético. Modela os processos físicos em ação no ambiente e como esses processos afetam assinaturas sensadas por modalidades de sensores passivos e ativos.

Sistema HVAC Inteligente para Proteção contra Contaminantes

Um sistema inteligente de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC) foi desenvolvido, localizado dentro de uma estrutura arquitetônica. Quando sensores (ou um operador humano) detectam um "incidente" (ex: um contaminante é detectado ou uma violação inesperada ocorre na estrutura que pode estar associada à introdução de um contaminante), o sistema HVAC recalcula fluxos de ar para a estrutura. Se o fluxo de ar recalculado assim justificar, o sistema protege os ocupantes da estrutura do contaminante aerotransportado mudando o fluxo de ar através da estrutura (ex: fecha uma comporta nos dutos de ar, liga um ventilador, ou redireciona fluxo de ar para um sistema de filtração de reserva).

Extração de Água Potável de Materiais Residuais

Pesquisadores desenvolveram um sistema para extrair água potável de materiais residuais utilizando correntes de ar aquecidas por resíduos. O sistema captura eficientemente o vapor de água de materiais residuais como águas residuais, salmoura e lodo através de um processo de evaporação acelerada utilizando dessecantes.

Detectores Portáteis de Radiação com Sensoriamento Direcional

Uma equipe desenvolveu detectores portáteis de radiação que fornecem sensoriamento direcional usando colimação eletrônica. A tecnologia tem aplicações como localizar rapidamente materiais radioativos ocultos, enterrados ou submersos flutuando em um corpo d'água. O sensor protótipo demonstra que colimação eletrônica é possível em um formato pequeno e leve com boa relação sinal-ruído.

Sistema de Sensoriamento de Pressão de Alta Resolução e Sensibilidade

Um sistema de sensoriamento de pressão de alta resolução espacial e alta sensibilidade para locais perigosos e de difícil acesso consiste em uma fonte de laser de luz visível com potência de 5 mW e um sensor de pressão nanocompósito com pontos quânticos incorporados na matriz do sensor. Sob pressão, os pontos quânticos na matriz do sensor fluorescem quando iluminados pelo laser. Um espectrômetro detecta os sinais fluorescentes e os transforma em formato digital. O processador de dados então calcula a razão de intensidade de fluorescência real e a compara contra razões de intensidade e valores de pressão em um banco de dados acoplado.

Transferência de Tecnologia

O Escritório de Pesquisa e Transferência de Tecnologia do ERDC supervisiona a transferência de tecnologias e produtos de pesquisa e desenvolvimento para o setor privado.

Para informação sobre licenciamento de uma tecnologia ERDC, contate [email protegido]. Visite o escritório de pesquisa e transferência de tecnologia do ERDC aqui .