Forscher*innen testen 3D-Druck während Arktis-Expedition

Während einer siebenwöchigen Expedition in die Arktis testen Forscher*innen der Naval Postgraduate School unter extremen Bedingungen einen 3D-Drucker auf dem US-Eisbrecher Healy. Neben der Druckqualität soll auch die Leistung der Bediener*innen unter den widrigen Umständen untersucht werden. Die Ergebnisse sollen Aufschluss darüber geben, wie gut sich die additive Fertigung unter solch schwierigen Bedingungen auf See einsetzen lässt.

Dr. Nita Shattuck, Hauptforscherin und Professorin an der NPS, leitet die Studien. Die Bedingungen an Bord reichen von nahezu ständigem Tageslicht bis hin zu extremer Kälte und stellen daher eine Herausforderung für die Crew dar.

“Einsätze in extremen Breitengraden sind für die Besatzungsmitglieder von Schiffen der Küstenwache und der US-Marine eine unglaubliche Herausforderung”, sagte Shattuck. “Die Bedingungen, denen die Küstenwache auf der Healy ausgesetzt ist, machen es besonders schwierig, einen gesunden Schlaf zu finden. Eisgang und Isolation stellen zusätzliche Risiken dar”.

Ihr Team wird physiologische Daten wie Herzfrequenz und Schlafmuster der Crew erfassen, um Empfehlungen für verbesserte Bedingungen an Bord auszusprechen.

Die Defense Innovation Unit (DIU) hat maßgeblich zur technologischen Ausstattung der Forschungsprojekte beigetragen. Ein speziell ausgerüsteter Amos01 3D-Drucker mit Datenakquisitionssystem wurde installiert, um die Druckqualität unter den besonderen Bedingungen der See zu analysieren.

“Wir haben fast 20 Forschungsprojekte an Bord, die von arktischen Umweltstudien bis zu Tests neuartiger internationaler Such- und Rettungstechnologien reichen und von Forschern mit ebenso unterschiedlichen Hintergründen und Fachkenntnissen unterstützt werden”, sagte Regan. “Es ist großartig, den NPS an Bord zu haben, und die Forschung von Dr. Shattuck ist insofern einzigartig, als es das einzige Projekt ist, das mit der Besatzung der Healy zusammenarbeitet, um die direkten Auswirkungen der arktischen Umwelt auf die Leistung der Besatzung zu verstehen und um herauszufinden, wie Änderungen der täglichen Routinen und Technologien die allgemeine Effektivität und Sicherheit verbessern können. Diese Forschungsarbeit ist für die US-Küstenwache von großer Bedeutung, da wir sicherstellen wollen, dass unsere Besatzungen ihre Höchstleistung erbringen können und wir unseren Wettbewerbsvorteil ausbauen können.”

“Diese Technologien sind von unschätzbarem Wert und geben uns die Möglichkeit, den Schlaf und andere physiologische Gesundheitsindikatoren über längere Zeiträume hinweg kontinuierlich zu überwachen”, sagte Shattuck. “Die Ergebnisse werden es uns ermöglichen, Empfehlungen zur Verbesserung der Lebensbedingungen an Bord zu geben und die Einsatzbereitschaft der Soldat*innenen zu erhöhen.

Laut Shattuck haben die gesammelten Daten nicht nur Bedeutung für die Küstenwache, sondern auch für die zukünftige Konzeption und den Betrieb von Schiffen der US-Marine. Die Arbeiten bauen auf Shattucks früheren Forschungen auf, die bereits zu signifikanten Veränderungen in der Arbeitsorganisation auf Schiffen geführt haben.

“Besserer Schlaf wird mit einer Verbesserung von Gedächtnis, Wachsamkeit, Konzentration, Leistung und positiven Emotionen in Verbindung gebracht”, sagt Shattuck. “Chronisch schlechte Schlafgewohnheiten können dazu führen, dass man nicht mehr normal schlafen kann, was auch als zirkadiane Vernarbung bezeichnet wird. Während wir unsere Mannschaft in Verfahren, Taktiken und sogar in der Stressbewältigung ausbilden können, benötigt unsere Mannschaft einen qualitativ hochwertigen Schlaf, um bei den verschiedenen Aufgaben leistungsfähig zu bleiben.”

Insbesondere in abgelegenen oder umkämpften Gebieten, in denen die Versorgungsketten begrenzt sind, könnte die additive Fertigung eine entscheidende Rolle spielen. Die Daten des 3D-Druckers werden mit den physiologischen Daten der Crew korreliert, um ein umfassendes Bild der Auswirkungen von Seegang und anderen Faktoren nicht nur auf die Maschinen, sondern auch auf den Menschen zu erhalten.

“Wir nutzen die Daten aus dem CAMRE-3D-Drucker, um sie mit unseren physiologischen Daten zu korrelieren. Das System zeichnet die Schiffsbewegungen und -vibrationen auf, was für unsere Forschung von entscheidender Bedeutung ist”, so Shattuck. “Es ist ein gutes Beispiel dafür, wie NPS-Forschende aus völlig unterschiedlichen Bereichen auf komplementäre und innovative Weise an Lösungen für die Seedienste zusammenarbeiten.”

Die Forschung an Bord der USCGC Healy stellt einen interdisziplinären Ansatz dar, der sowohl die menschlichen Faktoren als auch die technologischen Herausforderungen in extremen Bedingungen untersucht. Die Erkenntnisse könnten die operative Effizienz und Sicherheit bei zukünftigen Marineeinsätzen in der Arktis maßgeblich beeinflussen. Additive Fertigungsverfahren zeigen sich hier als vielversprechende Option für den Einsatz unter widrigen Umständen.