Una fibra inteligente financiada por el Ejército que se está probando en la Estación Espacial Internacional podría usarse para desarrollar telescopios de polvo espacial y permitir que los astronautas sientan a través de sus trajes presurizados.

Investigadores del Instituto de Nanotecnologías de Soldados del Ejército en el Instituto de Tecnología de Massachusetts desarrollaron un tejido acústico tan sensible a las vibraciones que puede detectar impactos de partículas espaciales microscópicas de alta velocidad. Una aplicación más terrenal de estos tejidos podría ser la detección de explosiones y, en el futuro, actuar como micrófonos sensibles para la detección direccional de disparos.

El sistema de tejido contiene fibras sensibles a las vibraciones estiradas térmicamente que son capaces de convertir la energía de vibración mecánica en energía eléctrica. Cuando los micrometeoroides o los desechos espaciales golpean la tela, la tela vibra, y la fibra acústica genera una señal eléctrica.

"Este es un ejemplo exquisito de cómo aprovechar la nanociencia para el desarrollo tecnológico que une los dominios físico y digital, "dijo James Burgess, Gerente del programa ISN para la Oficina de Investigación del Ejército, un elemento del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de EE. UU., ahora conocido como DEVCOM, Laboratorio de Investigación del Ejército. "Ofrecer metodologías revolucionarias que resulten de la ciencia fundamental es siempre una de nuestras principales prioridades, y la oportunidad de recopilar datos del polvo espacial utilizando un sensor de fibra como componente clave del sistema es realmente emocionante ".

El Ejército de los EE. UU. Estableció el ISN en 2002 como un centro de investigación interdisciplinario dedicado a mejorar drásticamente la protección, supervivencia y capacidades de misión de las plataformas y sistemas de soporte de Soldier y Soldier.

La fibra acústica se desarrolló a través de proyectos ISN destinados a construir fibras y telas de próxima generación para uniformes de soldado y equipo de batalla que pudieran detectar una variedad de parámetros fisiológicos como la frecuencia cardíaca y la respiración, así como sonidos externos como disparos y explosiones.

"Los telescopios tradicionales usan la luz para aprender sobre objetos distantes; esta tela usa análisis de polvo espacial para aprender sobre el espacio, "dijo el Dr. Yoel Fink, profesor de Ciencia de Materiales e Ingeniería Eléctrica en MIT. "Este es un gran ejemplo de cómo los proyectos de ISN nos permiten ser altamente receptivos a las oportunidades y enfrentar desafíos mucho más allá de lo que imaginamos inicialmente".

Juliana Cherston, estudiante de posgrado del MIT, el líder del proyecto, aplicó otra pieza de tecnología ISN:la matriz de prueba de impacto de partículas inducida por láser, que utiliza láseres para acelerar partículas diminutas a velocidades supersónicas o incluso hipersónicas, y permite a los investigadores obtener imágenes y analizar su impacto en los materiales objetivo, para demostrar que el sistema de tejido podría medir con precisión el impulso de pequeñas partículas que viajan a cientos de metros por segundo.

Los científicos ahora están utilizando las instalaciones de ISN para probar la sensibilidad del tejido acústico a los impactos de micropartículas con cinemática similar a ciertos tipos de polvo espacial de alta velocidad. Simultaneamente, Los investigadores están basando la resistencia del sensor de fibra al duro entorno de la órbita terrestre baja en la Estación Espacial Internacional.

Para este lanzamiento inicial, El equipo de investigación trabajó con la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón y la empresa japonesa Space BD para enviar una muestra de 10 cm por 10 cm del tejido de alta tecnología a la Estación Espacial Internacional. donde se instaló en una pared exterior, expuesto a los rigores del espacio. La muestra de tela, sin poder por ahora, permanecerá en el laboratorio orbital durante un año, con el fin de determinar qué tan bien estos materiales sobreviven al duro entorno de la órbita terrestre baja.

El equipo también está programado para un despliegue eléctrico del tejido a través del patrocinio del Laboratorio Nacional de la Estación Espacial Internacional de EE. UU. A fines de 2021 o principios de 2022. El Laboratorio Nacional de la Estación Espacial Internacional de EE. UU. Trabaja en acuerdo de cooperación con la NASA para utilizar completamente la plataforma en órbita para aportar valor a nuestra nación a través de la investigación basada en el espacio y permitir una economía de órbita terrestre baja.

"Nuestro grupo de investigación en el MIT ha desarrollado fibras multimateriales estiradas térmicamente durante más de 20 años, "dijo el Dr. Wei Yan, postdoctorado en el Laboratorio de Investigación de Electrónica del MIT y en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales. "Lo que hace que estas fibras acústicas sean especiales es su exquisita sensibilidad a las vibraciones mecánicas. Se ha demostrado que la tela en instalaciones terrestres detecta y mide el impacto independientemente de dónde haya impactado el polvo espacial en la superficie de la tela".

La superficie blanca de la Estación Espacial Internacional es en realidad un material de tela protectora llamado tela Beta, una fibra de vidrio impregnada de teflón diseñada para proteger las naves espaciales y los trajes espaciales de la severidad de los elementos a más de 250 millas sobre la superficie de la Tierra.

El equipo de investigación cree que el tejido acústico podría conducir a tejidos de gran superficie que midan con precisión el impulso en la nave espacial de micrometeoroides y desechos espaciales que viajan a kilómetros por segundo. Las telas inteligentes también pueden ayudar a proporcionar a los astronautas un sentido del tacto a través de sus trajes presurizados al proporcionar datos sensoriales desde el exterior del traje y luego mapear esos datos a los actuadores hápticos en la piel del usuario.

En un año, estas muestras regresarán a la Tierra para su análisis posterior al vuelo. Los investigadores medirán cualquier erosión del oxígeno atómico, decoloración por radiación ultravioleta, y cambios en el rendimiento del sensor de fibra después de un año de ciclos térmicos.

"Es fácil suponer que, dado que ya estamos enviando estos materiales al espacio, la tecnología debe ser muy madura, ", Dijo Cherston." En realidad, estamos aprovechando el entorno espacial para complementar nuestros importantes esfuerzos de pruebas en tierra. Nuestro objetivo es establecer una base de referencia para su resistencia al entorno espacial ".