米陸軍ERDC：軍事・民生プロジェクトへの先駆的エンジニアリングソリューション

1998年設立の米陸軍工兵司令部工学研究開発センター（ERDC）は、米陸軍工兵司令部の研究機関です。ERDCは、兵士、軍事施設、土木事業（水資源、環境ミッション等）、その他連邦機関、州・自治体、米国産業界への革新的作業協定を通じたR&Dを行っています。

多様な課題解決能力

ERDCは、土木・軍事工学、地理空間科学、水資源、環境科学における問題解決を支援。施設はスーパーコンピューターから物理モデルまで多岐にわたります。センターのCray XT3およびXT4スーパーコンピューターは世界最速・最強クラスで、毎秒3.5千兆回以上の演算能力を誇ります。

ERDCの7つの研究所は、エンジニアと科学者の統合チームとして機能し、極寒地での作戦、砂漠での車両機動性、湿地保護、砲弾着弾地点の正確な特定など、幅広い科学技術課題に取り組んでいます。

5つの主要研究領域

1. 軍事工学

軍事工学は、戦闘員へのフォースプロテクションと機動を可能にする技術・能力を提供。遠隔地で迅速に展開可能な新規・軽量・急速建設防護システムを開発。これら革新的防護システムのR&Dから、現在の防護態勢の迅速評価だけでなく、攻撃に対する防御強化設計を提供する生存性意思決定支援ツールが開発されました。

研究者たちは、構造物への爆風破片化と緩和の特性評価のための高度数値手法を設計し、世界各国の建築材料タイプに基づく兵器システムの効果を評価。国防総省（DOD）の高性能計算（HPC）能力を用いて、複雑な地理環境におけるセンサー性能評価のための物理ベース数値シミュレーションと、有人・無人地上車両性能評価のための高度シミュレーション能力を開発。

劇場での進入・機動に用いられる重要インフラの監視・評価を可能にするセンサーモダリティを研究中。

2. 環境品質と施設

この領域のアプローチは、科学技術を発展・活用し、建築環境と自然環境の長期的貢献を陸軍の即応性と作戦成功に最大化すること。ソリューションは、軍用地、射場、インフラのライフサイクル管理に向けた高度に持続可能かつコスト効率の良いアプローチに焦点を当てています。

技術は、戦闘員訓練体験の向上、訓練地制限の緩和、兵士安全の改善、エネルギー・水など限定資源の効率的利用、地域コミュニティとの持続可能性計画の促進を実現します。

3. 土木事業と水資源

この領域は、国家の水資源課題への環境的に持続可能なソリューションを提供し、安全で強靭なコミュニティとインフラの実現を支援。技術は、既存水資源インフラの持続可能な管理（予想される気候変動、土地利用変化、外来種侵入、人口動態変化、老朽化構造物への対応）を支援。

ツールとリソースは、水路商業航行交通の流れ改善、ロック再建と水路維持、洪水による生命・財産被害リスク低減、魚類・植物保護を実現します。

4. 地理空間研究と工学

地理空間研究と工学領域は、戦闘員のための戦場環境の状況認識を確保するためのデータ、分析ツール、情報、意思決定フレームワーク能力を提供。兵士に情報優位性を提供し、戦場環境が人員、プラットフォーム、センサー、システムに及ぼす影響を正確かつ迅速に評価可能にします。研究には、信号・センサー現象学のための地形分析、地理空間・時間情報、地理空間推論、画像・地理データサイエンスが含まれます。

5. 設計強靭システム

設計強靭システム領域は、高度工学技術と高性能計算を組み合わせ、調達プロセス初期段階で検討される設計オプションを大幅に拡大する概念とツールを開発。従来手法の数千倍大きく、数百倍正確なトレードスペースを数時間で生成可能（従来は数ヶ月）。

設計は強靭で、システムは信頼性が高く、将来のミッション目標に容易に適応可能で、予測可能なライフサイクルを持ちます。研究は固定翼機、回転翼機、地上車両、艦船への適用実績があります。

技術移転と主要成果

技術

エンジニアたちは建物を造る3Dコンクリートプリンターを発明。セメントペーストなどの均質材料からコンクリートなどの不均質材料まで複数材料で印刷可能。加法製造プロセスで作戦地域に「準永久的」構造物を「印刷」。自動建設遠征構造物（ACES）は、合板建設と比較して建材輸送を半減、建設人員を62%削減する可能性があります。

陸軍は軍事関連化合物（MRC）の安全レベルとクリーンアップ目標レベルを決定するためリスク評価を実施。ARAMS™は、測定・予測曝露データを用いて将来または時変のヒト・生態系健康リスクを評価できる高適応性のコンピューターベース動的モデリング・分析システムで、コンプライアンスとサステナビリティのためのサイト管理者に不可欠なリソースです。ARAMSはスクリーニングや包括的リスク評価などサイト固有評価にも使用可能。

計算テストベッド（CTB）は、複雑な環境における表面・近接物体検知時の現在・将来センサーシステム性能を予測・改善するための、3D物理ベース高精度モデルスイート。CTBは、センサーが検出するシグネチャの背後にある地球物理現象の理解を支援。環境での物理プロセスと、それらが受動・能動センサーモダリティで検知されるシグネチャにどう影響するかをモデル化。

建築構造物内に設置されたインテリジェントHVACシステムを開発。センサー（または人間オペレーター）が「インシデント」（汚染物質検知、汚染物質導入に関連する予期せぬ構造物侵害など）を検知すると、構造物の気流を再計算。新たに再計算された気流が必要なら、空気ダクトシャッター閉鎖、ファン増速、待機ろ過システムへの気流リダイレクトなどにより、構造物占有者を空気伝播汚染物質から保護。

研究者たちは、廃棄物から飲料水を抽出するシステムを開発。廃熱気流を利用した加速蒸発プロセスで、廃水、塩水、スラッジなど廃棄物から水蒸気を効率的に回収。

チームは、電子コリメーションを用いた方向検知機能を持つ携帯型放射線検出器を開発。隠蔽・埋設・水中浮遊放射性物質の迅速特定などに応用可能。プロトタイプセンサーは、優れたS/N比を持つ小型軽量フォームファクターでの電子コリメーション実現を実証。

危険でアクセス困難な場所向けの高空間分解能・高感度圧力センシングシステムを開発。5mW可視光レーザー光源と、センサーマトリックスに量子ドットを埋め込んだナノコンポジット圧力センサーで構成。圧力下で量子ドットがレーザー照射により蛍光。分光器が蛍光信号を検出しデジタル変換。データプロセッサが実際の蛍光強度比を計算し、結合データベース内の強度比・圧力値と比較。

技術移転

ERDC研究技術移転室が、R&D技術と製品の民間部門への移転を監督。

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