Разработан датчик, который отслеживает турбулентность океана

В темных глубинах океана тюлени охотятся за добычей с помощью своих высокочувствительных усов, которые улавливают вибрации.

Именно структура этих волосков вдохновила исследователя из Техасского университета в Далласе на разработку датчика для мониторинга турбулентности в глубинах океана.

«Геометрия нитевидных усов не круглая; форма усов представляет собой скрученные цилиндры», — говорит доктор Яцин Цзинь, доцент кафедры машиностроения в Школе инженерии и компьютерных наук Эрика Йонссона.

Недавно Джин был назван стипендиатом программы исследований залива Национальной академии наук, инженерии и медицины за его исследования безопасности ветровых турбин на море . Он один из пяти стипендиатов, присоединившихся к программе Offshore Energy Safety Track, где их работа будет сосредоточена на содействии пониманию, управлению и снижению системного риска в деятельности в области морской энергетики.

«Эти скрученные цилиндрические формы позволяют тюленям ощущать изменения в морской среде. Те же формы могут помочь нам разработать датчики в лабораторных условиях для обнаружения изменений в потоке воды , которые могли бы предупреждать операторов морских ветряных турбин об опасных условиях», — сказал он.

В своей лаборатории Fluids, Turbulence Control & Renewable Energy Lab Джин и его исследовательская группа тестируют конструкции, вдохновленные усами, в прямоугольном канале для воды длиной 6 футов. Насос перекачивает воду в трубу с разной скоростью, чтобы имитировать океанскую среду. Джин и два соавтора из Техасского университета в Далласе опубликовали исследование 2023 года в журнале Physical Review Fluids , в котором анализируется, как 3D-печатные усы тюленя реагируют на изменение скорости или направления цели. Исследование также было опубликовано в журнале Physics.

По словам Джина, датчики, чувствительные к вибрации, имеют преимущества по сравнению с традиционной технологией подводного зондирования, использующей звуковые волны , которые могут беспокоить морскую жизнь .

Технология мониторинга суровых условий в глубоком океане имеет решающее значение для расширения морской ветроэнергетики. Большая часть ветроэнергетики в настоящее время вырабатывается турбинами на суше. Морской ветер считается следующей возможностью для роста. Однако сильные штормы в глубоком океане могут быть опасны для морских турбин, которые прикреплены к дну океана кабелями и имеют «плавающие» платформы, которые не закреплены на морском дне.

Датчик, который предупреждает об опасных условиях в глубоком море, может спасти жизни, дав техникам время добраться до безопасного места, сказал Джин. Инженер также разрабатывает датчики для защиты частей морских турбин над водой, включая башню и лопасти, от повреждения ветром.

Лаборатория Джина включает в себя систему продувки песка с регулируемыми фракциями объема частиц и скоростью выброса песка. Установка позволяет исследователям изучать, как продувка песка в воздухе влияет на лопасти турбин или винтокрылых машин.

«В случае с ветряными турбинами вы не хотите, чтобы лопасти гнулись», — сказал он. «Если ветер слишком сильный, башня может сломаться. Риски для морских турбин еще выше».

Джин сказал, что он присоединился к UT Dallas в 2019 году из-за растущих программ университета по исследованию ветра через Wind Energy Center, также называемый UTD Wind. С тех пор он сказал, что увидел рост числа студентов, которые хотят подготовиться к карьере в ветроэнергетической отрасли.

«Чистая энергия стала одной из главных тем во всем мире», — сказал Джин. «Одним из крупнейших потенциальных источников чистой энергии является энергия ветра. В будущем больше внимания будет уделяться производству ветровой энергии в открытом море, поскольку она может генерировать больше энергии, чем турбины на суше».