Sandia National Labs FY20 LDRD Annual Report

FY20 ANNUAL REPORT

CONTENTS From the Chief Research Officer ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 1 LDRD Program Description �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 5 LDRD Program Objectives �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 5 Sandia’s LDRD Program Structure ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 5 LDRD Investment Area Roles �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 6 LDRD ProgramValue �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 7 Performance Indicators ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 7 Long-term Metrics ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 8 Short-term Metrics ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 15 LDRD IMPACT STORY: COVID-19 pandemic. Eight weeks. Seven research areas. Thirty-four LDRD projects ����������������������������������������������� 18 LDRD IMPACT STORY: Medical diagnostic capability developed through LDRD investments enables rapid response to the coronavirus pandemic ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 21 LDRD IMPACT STORY: Multi-mission radio frequency architecture �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 24 LDRD IMPACT STORY: CTH software code use in scalable shock physics ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 26 LDRD Program Accomplishments ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 28 Project Highlights – Mission Agility �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 28 Magnetometer-aided navigation for hypersonic strike vehicles ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 28 Developing self-emission optical imagers in pursuit of advanced diagnostics ��������������������������������������������������������������������������������������������������� 29 Cost-competitive, scalable and safe grid storage: Sandia’s radical ion flow battery technology �������������������������������������������������������������������� 29 A predictive model for Arctic coastal erosion ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 31 Explosive challenge: Revolutionizing spatial and temporal blast characterization �������������������������������������������������������������������������������������������� 32 Physics-informed deep learning for fast and accurate multiscale simulations in computational solid mechanics ����������������������������������� 33 Hafnium-boron-based precursors for vapor deposition of ultra-high temperature materials ������������������������������������������������������������������������ 33 Efficient real-time cognition at the point of sensing ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 34 Advanced manufacturing brings threat representative explosive systems to new scales �������������������������������������������������������������������������������� 35 Extreme conditions in the Sandia high-temperature shock tube enable the remote sensing mission �������������������������������������������������������� 36 Extremely lightweight optical structures for rapid deployment ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 37 Developing a validated multiscale plasma engineering design tool ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 37 Miniature accelerometers with sub-microsecond timescales for characterization of structural dynamics �������������������������������������������������� 38 Aerial cross-polarized nuclear quadrupole and magnetic resonance allows for explosive detection at a safe distance �������������������������� 39 Automated analysis finds stable graph data ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 39 Autonomous sensor tasking and scheduling across multiple platforms ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 40 New Counter-Unmanned Aerial System radio frequency techniques bring agility in protection applications ������������������������������������������ 40 Developing an EMP-resilient electric grid for national security �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 41 Radio frequency feature extraction using wireless protocol informatics, pattern matching, and natural language processing ����������� 41 Project Highlights – Technical Vitality ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 42 Incorporating physical constraints into Gaussian process surrogate models �������������������������������������������������������������������������������������������������������� 42 Complex fluid partitioning revealed in surface and pore environments ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 43 A flexible, highly scalable, configurable neuromorphic architecture ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 43 Inducing self-destruction of bacterial pathogens ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 44 Engineering the most abundant soluble protein on earth to support food security ����������������������������������������������������������������������������������������� 44 Permafrost resilience bioindicators to improve climate model fidelity ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 45 Engineering cells for personalized antimicrobial therapy ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 45 Diversified therapeutic phage cocktails from close relatives of the target bacterium. �������������������������������������������������������������������������������������� 46

2

LABORATORY DIRECTED RESEARCH & DEVELOPMENT

Made with FlippingBook - professional solution for displaying marketing and sales documents online