Los investigadores de la Escuela de Minas y Tecnología de Dakota del Sur han iniciado su tercer año de desarrollo de un sistema de sensores corporales portátiles e inalámbricos, con la capacidad de funcionar de forma remota, que revolucionará los trajes espaciales de la NASA.

La NASA se ha fijado un elevado objetivo de viajes humanos a Marte para 2030. Para alcanzar este objetivo, mejores trajes espaciales son esenciales, dice el Dr. Sayan Roy, profesor asistente de ingeniería eléctrica en South Dakota Mines y miembro del equipo de investigación. "Uno de los objetivos estratégicos de la NASA es enviar astronautas al espacio profundo para futuras misiones de exploración. El peligroso y hostil entorno espacial afecta drásticamente el estado de salud de los astronautas. Para garantizar la salud y seguridad de los astronautas, La NASA está tomando medidas para minimizar los efectos negativos de los viajes espaciales en el cuerpo humano, ", dice." Hay una necesidad de innovación en el diseño de trajes espaciales ".

Roy dice que la investigación "encaja perfectamente con las prioridades de la Dirección de Misión de Operaciones y Exploración Humana de la NASA y la Dirección de Misión de Tecnología Espacial. Este proyecto es muy relevante para la Hoja de Ruta Tecnológica TA 6 de la NASA:Salud Humana, Sistemas de soporte vital y vivienda ".

Mientras está en el espacio, la salud de los astronautas se controla de cerca desde la Tierra. Elementos vitales como la frecuencia cardíaca, nivel de oxígeno en sangre, presión arterial, se realiza un seguimiento del volumen respiratorio y la temperatura de la piel, como es el movimiento de cada astronauta. En la actualidad, la información de salud se rastrea a través de sensores conectados dentro de los trajes espaciales. El sistema cableado hace que los trajes espaciales sean pesados ​​y engorrosos. La tecnología actual también es difícil de solucionar en caso de avería, Roy dice.

Los sensores en desarrollo en Mines permitirían trajes más elegantes y livianos con una red inalámbrica de sensores que capturarán y transmitirán los datos de salud de los astronautas en tiempo real. Hecho de material de fibra de carbono, los sensores inalámbricos permitirán mucha más flexibilidad en el diseño del traje espacial.

Este proyecto de investigación multidisciplinario y multiinstitucional está financiado a través de NASA EPSCoR, un programa de financiación que fomente las asociaciones entre el gobierno, educación superior e industria. Los $ 750, 000 comenzó en enero de 2018 y finaliza en diciembre de este año.

El proyecto de sensores inalámbricos también involucra a investigadores de otras dos universidades de Dakota del Sur:la Universidad de Dakota del Sur y la Universidad Estatal de Dakota del Sur, así como colaboradores en cuatro centros de investigación de la NASA y tres socios industriales.

En el campus de Mines, Roy se une al proyecto con el Dr. Zhengtao Zhu, un profesor asociado de química, biología y ciencias de la salud; El Dr. Edward Duke del Consorcio de Subvenciones Espaciales de Dakota del Sur y profesor de Minas de geología e ingeniería geológica; Dr. Hao Fong, un profesor de química, biología y ciencias de la salud; y el asistente de investigación graduado Ahsan Aqueeb.

El Dr. Zhu dice que desarrollar o encontrar los materiales adecuados para los sensores ha sido un desafío, ya que deben ser compatibles con la piel y la ropa humanas. "Deben ser sensores biomédicos y de tensión portátiles que sean livianos, cómodo, flexible y estirable, ", dice. Si bien algunos de los sensores estarán dentro del traje espacial, otros se aplicarán directamente sobre la piel.

Si bien los sensores comunicarán información crítica sobre la salud física a los expertos de la NASA en la Tierra, Los sensores también pueden tener la capacidad de monitorear la salud mental e incluso "ser capaces de comprender comportamientos". Por ejemplo, El comportamiento físico de un astronauta podría activar un sensor para reconocer cualquier cosa, desde depresión hasta una lesión, transmitiendo esa información a los expertos de la NASA.

Los sensores también podrán comunicarse entre sí, Roy dice. Debido a que la vigilancia precisa de la salud de los astronautas es fundamental, el sistema debe ser a prueba de fallas. Si un sensor falla, el sistema debe diseñarse de manera que el sensor defectuoso pueda ser identificado por los otros sensores y derivado, dice Aqueeb. "No importa lo que pase, no puede fallar, ", dijo." No podemos perder ningún dato ".

Los sensores también deben ser seguros con el cifrado adecuado para evitar interferencias o piratería. una parte del proyecto supervisada en SDSU.

Quizás lo más desafiante, los nodos inalámbricos deben cargarse sin el beneficio de una conexión física a una fuente de alimentación. Un sistema de transferencia de energía inalámbrico está diseñado para transferir energía de una "red eléctrica a otra" sin el beneficio de un cable o una conexión física de ningún tipo. Si bien las transferencias de energía inalámbricas no son nuevas, Las transferencias de "campo lejano", como las de una fuente de energía centralizada ubicada en una estación espacial cercana, son un desafío más nuevo y significativo. Al mismo tiempo, las transferencias de campo lejano también tendrán que ser de un nivel de potencia más alto que nunca antes.

"¿Cómo transferimos a distancia la energía inalámbrica en el espacio libre con mayor eficiencia?" Pregunta Roy. Los sensores deben estar diseñados para "detectar" la potencia a medida que se transfiere. La transferencia de energía debe ser segura para el cuerpo humano. ya que los sensores están cerca del cuerpo y, a veces, se aplican a la piel. Dicha tecnología deberá ser infaliblemente consistente, aprobado por agencias como la FCC y seguro para humanos. "Tenemos muchas variables, "Roy dice." Estos son los desafíos ".

Una vez desarrollado, Tales transferencias de energía de campo lejano podrían utilizarse en otras áreas fuera de los viajes espaciales, desde la agricultura de precisión hasta el contacto con los mineros subterráneos. Pero por ahora, la atención se centra en la próxima generación de trajes espaciales.