Výzkumníci MIT z bobří hráze

Spolupráce Massachussetského technologického institutu Lincoln Laboratory (MIT Lincoln Laboratory) a MIT Civil and Environmental Engineering (MIT CEE) začala před několika lety za účelem nedestruktivního testování kritických nosných konstrukcí pomocí akusticko-laserové vibrometrie. Cílem výzkumu byly možnosti akustického laserového snímání poškození struktur.
Mezi aktuální projekty, na nichž se v Beaver Works pracuje nyní, patří např. dálkový průzkum Země. Tento projekt zahájený v roce 2010 zkoumá koncepty a systémy dálkového průzkumu, které zobrazují vibrační a akustické charakteristické zvuky, tzv. podpisy – určují vlastnosti cílového materiálu, umožňují detekovat a identifikovat anomální cíle či obraz skrytých nedostatků v kritických strukturách, ovlivňují šíření seismických a akustických vln.

Inspekce pomocí vibrací
Dalším výzkumným programem je akusticko-laserová detekce a zobrazování poškození konstrukcí. I tento projekt byl zahájen v roce 2010 a jeho účelem je pomoci při obnově stárnoucí americké infrastruktury, která potřebuje kontrolu a výměnu nezjištěných poškozených nosných konstrukcí, jako jsou mosty, silnice apod. Silně používané mosty i silnice hromadí v sobě skrytou únavu a nedostatky. K provedení nedestruktivního testování jsou kriticky zapotřebí rychlé a nákladově efektivní metody. Akusticko-laserová inspekce může takovýto prostředek nedestruktivního testování nabídnout.
Poškozené oblasti mohou na rozdíl od příslušných materiálů vibrovat odlišně a akustické buzení vyvolává vibrace na povrchu konstrukce, přičemž akustickou frekvenci lze nastavit na stupnici poškození. Laserová vibrometrie snímá charakteristické podpisy vibrací na cílovém objektu. Velikost bodu pak na měřeném objektu může poskytnout přesnost v rozmezí milimetrů až centimetrů. Tato technika má potenciál rychle skenovat struktury bezkontaktní metodou.
Možnosti akusticko-laserové metody už MIT CEE a MIT Lincoln Laboratory demonstrovaly k detekci a zobrazení skrytých vad, poškozených a odlepených vrstev ve vlákny vyztužených polymerových strukturách. Vyvinuly technologie, které mohou umožnit nedestruktivní efektivní akustické laserové snímání vibrací z výrazných mezer.

Podvodní i seizmické testování
V agendě Beaver Works jsou však i další, potenciální budoucí projekty, mezi které patří např. akusticko-laserová detekce a zobrazování skrytých poškození v ponořených konstrukcích. Existuje naléhavá potřeba vyvinout technologie, které kontrolují řadu kritických ponořených umělých konstrukcí, jako jsou nosná mola, hráze, přehrady, ropné plošiny, potrubí nebo třeba lodní trupy, a zjišťovat únavu materiálu i poškození, která by mohla vést k selhání. Navrhované řešení zahrnuje výzkum řídicí fenomenologie a vývoj podvodního bezkontaktního akusticko-laserového systému, který skenuje, detekuje a zobrazuje skryté nedostatky a poškození obsažené v podvodních strukturách. Tento systém by se skládal z akustických polí, která zvukově budí podvodní struktury, a laserového dopplerovského vibrometru, který měří vibrační odezvu. Akustický laserový systém nedestruktivního testování (ALNDTS) měl být v původním záměru umístěn na upoutaném ponorném námořním zařízení, návrhy řešení založené na studiích však vedly k hlubinnému autonomnímu ponornému zařízení. V ideálním případě by byl ALNDTS provozován v různých hloubkách z odstupu až desítek metrů od požadované struktury.
Další z výzkumných aktivit Beaver Works se zaměřuje na seizmické průzkumy pomocí laserové dopplerovské vibrometrie. Instalace a získávání geofonů tvoří zhruba polovinu práce seismických průzkumů Země. V některých terénech, jako jsou např. bažiny, led nebo tvrdá skála, je obtížné nebo nemožné umístit geofony, což má za následek velké mezery ve shromážděných datech. Vědci navrhují studovat využití laserových dopplerovských vibrometrů ke snížení práce a zlepšení pokrytí seizmických průzkumů ve srovnání se současnou praxí používání geofonů. Hlavní výzvou pro vybudování laserových dopplerovských vibrometrů s dosahem 1 km je kompenzovat hluk atmosférických turbulencí, který je zhruba 100krát větší než hluk pozadí tichého pouštního prostředí. Ke kompenzaci šumu atmosférických turbulencí navrhují výzkumníci použít dvoubarevnou techniku laserových dopplerovských vibrometrů.

Petr Sedlický
Foto: MIT CEE, archiv

Publikováno: 4. 10. 2021 | Počet zobrazení: 456 113