מדענים יוצרים חיישנים מודפסים פלזמה כדי לפקח על בריאות האסטרונאוט על טיולי שטח ארוכים

What if 3D printing was 100x faster? | Joseph DeSimone (יוני 2019).

Anonim

תוכניות להתחיל עשרות שנים מראש עבור מאמץ עצום כגון המשימה מאוישת הראשונה למאדים. הפרטים הם בסדר - וגם חיוני - כמו האסטרונאוטים יהיה לנשום ולאכול ולעקוב אחר בריאותם.

"אין ספק שההובלה מטופלת, החללית תפותח", אומר רם גנדיירמן, מדען באגודה לחקר החלל של אוניברסיטת נאס"א. "אבל איך אתה מתכוון להחזיק אסטרונאוטים במשך שנה אחת או יותר? ציוד לובש, ואספקה ​​צריך מחדש, זה גם צריך לעשות את זה."

כדי לסייע בהכנות למאמץ, Gandhiraman יוצר כלי שיאפשר לאסטרונאוטים לעצב חומרים בחלל באמצעות סילון של פלזמה - גז נמרץ של אלקטרונים ויונים חופשיים. (פלזמה היא המדינה הרביעית של החומר, שהצטרפה ליותר מוצק, נוזלי וגז).

סילון הפלזמה יכול לרסס חלקיקי מוליכים למחצה זעירים על גבי משטחים זולים וגמישים, כגון נייר או בד, ומעגלים אלקטרוניים לבישים. אסטרונאוטים יכולים להשתמש בחיישנים אלה כדי לעקוב אחר בריאותם וגם על הסביבה. החיישנים מכילים מוליכים למחצה קטנים המותאמים לאיתור ביומולקולות, כגון דופמין וסרוטונין, כמו גם גזים כמו אמוניה בסביבה.

צוות ה- NASA מביא את החיישנים ל- Stanford Synchronrotron Radiation Lightsource (SSRL), המשמש כמתקן למשתמש של משרד המדענים, כדי לבחון את הפרטים הקטנים של משטחי החיישנים. אפיון זה מאפשר להם לייעל את התהליך להדפסת חיישנים באותה איכות בכל פעם.

פיתוח המדפסת

המדענים צריכים להיות מסוגלים להתאים את החומרים שנוסעים דרך הפלסמה ולשלוט איך הם להפקיד על משטח. אפילו פגמים קטנים יכולים להפוך את החיישנים לא פונקציונליים.

"זה שם ספקטרוסקופיה רנטגן חיוני", אומר Gandhiraman.

כל חודש אחר כך, גנדיירמן וצוותו היו מנתחים חיישנים ב- SSRL. תוך כדי פיתוח המדפסת פלזמה, רם עבד בשיתוף הדוק עם מדען SLAC דניס Nordlund לאפיין את החיישנים המודפסים החדש.

Nordlund היה לבחון את החיישנים שהופקדו פלזמה באמצעות ספקטרוסקופיה ספיגה רנטגן ו- X רנטגן פוטואלקטרון ספקטרוסקופיה.

"טכניקות אלה מאפשרות לנו לראות אילו קבוצות כימיות קיימות על פני השטח של החיישנים מפוברק, " אומר Nordlund. "זה מאפשר לנו לחלץ מידע על החומר על בסיס אלמנט אחר אלמנט, כולל החלק של המבנה הכימי האחראי על התגובה ואת התוכן של פחמן גרפיטי - צורה חשובה של פחמן כי מקיים היטב - נוכח הדגימות. "

זה עזר לפתור אחד האתגרים העיקריים של Gandhiraman - הדפסת עותקים מדויקים בסדר גודל כזה בסדר.

"נניח שאנחנו מעלים את המתח או את הזרימה של מטוס הפלסמה, אז אתה מקבל chemistries שונים המביאים לאובדן ביצועי המכשיר או רגישות, מה גורם להתנהגות לא היה ברור", אומר גנדיירמן. "היינו צריכים ללכת קדימה ואחורה ולעשות ניתוח על חומרים שאנחנו להדפיס, השתמשנו במידע על תכונות פני השטח כדי לייעל את התהליך כאן."

פלזמה מודפס ננו יוצר רשת צפופה של חיישן אות הגברה חומרים טוב יותר מאשר שיטות הדפסה אחרות, כולל מסך או הדפסה אירוסול. יתרון נוסף: הדפסה פלסמה יכול לפעול בטמפרטורות נמוכות, כלומר נייר או בד לא נהרס במהלך התהליך.

פלזמה הדפסה במעבדה (וגם בחלל)

טכנולוגיית ייצור בחלל תאפשר לאסטרונאוטים ליצור את החיישנים - שהופכים מותשים בשימוש - כאשר מתעוררת הצורך.

"מדפסת זו צריכה להיות מסוגלת להשתמש הן במשאבי מאדים והן בבזבוז או בחומרים שהורכבו כדי לפברק מכשירים לפי דרישה בחלל", אומר גנדיירמן.

כדי ליצור מדפסת שאסטרונאוטים יכולים להשתמש בחלל, החוקרים היו צריכים להנדס את מטוס הפלזמה בעזרת מערך קל וקל להרכבה. במהלך הפגנה במעבדה של Gandhiraman, עוזר המחקר שלו ארלין לופז הופך שסתום וגז נוסע דרך צינור פלסטיק.

הגז פוגש נוזל המכיל צינורות פחמן, ויצרו ערפל כי הוא zapped עם חשמל זורם בין שתי אלקטרודות. זה יוצר טעון פלזמה.

האלקטרונים הנרגשים של הפלסמה נותנים אור, והצבע תלוי בהרכב הגז. היום, זה זוהר הליום כחול.

במעבדה, הגז מגיע ממכל. בחלל, האווירה המרטיבית תספק את הגז הדרוש. ובמקום חיבור לשקע, פאנלים סולאריים יספקו חשמל.

החוקרים גם היו צריכים לשקול את ההבדלים בכוח הכבידה על כדור הארץ ומאדים.

"עבור יישומים שטח, אתה צריך להיות מסוגל להשתמש במדפסת בסביבת הכובד מיקרו, " Gandhiraman אומר. "זו אחת הסיבות לכך שהפלסמה מאוד מעניינת - לא משנה באיזו סביבה יש לך, השדה החשמלי יסיע את הסילון דרך הזרבובית".

צוות NASA מתכנן לשתף פעולה עם SLAC לפתח יישומים עוד יותר עבור סילון פלזמה צדדי. החוקרים כבר הראו סילון יכול לשמש עבור ציוד סטריליזציה. הבא - נאס"א מפתחת דרך להשתמש בחיידקים למחזור מתכות הדרושות לאלקטרוניקה במהלך משימות ארוכות טווח.

סילון פלזמה נבדק כדי לראות כמה טוב זה יכול להדפיס אלקטרוניקה באמצעות מתכת "bioink" המיוצר על ידי חיידקים. SLAC של רנטגן ספקטרוסקופיה כלים יסתכל על טוהר של חומרים ממוחזרים לאתר כל מזהמים הנוכחי. החוקרים גם מתכננים לבחון כיצד אותו תהליך מיחזור והדפסה עשוי לשמש כאן על כדור הארץ.

menu
menu