https://bodybydarwin.com
Slider Image

El vestit de l'espai profund

2020

Quan les alarmes es van apagar, es va tornar a posar en peu, amb l'esperança que el rover no es filmés, però sabent que va ser, que el seu primer rastreig facial a la superfície de Fobos ha estat gravat per a la posteritat. La pantalla de fibra òptica de la visera parpelleja ominadament: incomplir el cas. El seu cos, o algun petit esvelt d’aquest, ha estat exposat al buit cru i sense aire d’una lluna marciana.

Un astronauta pot morir de moltes maneres, però la descompressió és una de les més espantoses. Un vestit espacial punxat significa una carrera cap al santuari, abans que l'embolcall d'oxigen pur que envolta el cos sagna i l'hipòxia fa que la persona es negri. La pèrdua de pressió ràpida no és explosiva, però és lletja: l’aigua del cos comença a vaporitzar-se i intenta escapar, els pulmons s’esfondren i la circulació s’apaga.

Avui no hi mor ningú, almenys no per Phobos. El vestit que porta no és un globus a pressió. És la inversa, realment: un vestit de compressió, amb una gelosia d’aliatges de memòria intel·ligent que l’uneix al cos, substituint un coixí d’oxigen per una contrapressió directa i mecànica. El resultat és ajustable i àgil; requereix menys energia per moure’s i augmenta l’abast d’un astronauta a peu. I en cas de trencament, el vestit segueix sent viable: es pot enganxar al lloc amb l'equivalent d'un explorador espacial d'un embenat Ace, els seus propis aliatges de memòria de forma estretament per tal de segellar la violació.

Quan el pegat està en marxa, les alarmes s’han aturat. Els biosensors epidèrmics i els algoritmes de planificació de camins han reduït la caminada de l’astronauta a tota la superfície, de sis quilòmetres a poc més de quatre. Trucarà al control de la missió per discutir aquesta drecera quan s’aconsegueixi la freqüència cardíaca. Una contusió desagradable no el matarà. I no va recórrer 100 milions de milles de casa per tornar-hi ara.

* * *

Perquè l’ésser humà s’embriqui més lluny al sistema solar —a un asteroide, a una lluna marciana o, fins i tot, a Mart mateix— necessitarà un nou vestit espacial: un que els permeti viatjar per l’espai profund, es desplacin fàcilment per superfícies alienes. i sobreviure a una àmplia gamma de riscos potencialment mortals. "Si apareix un petit forat en un vestit a pressió de gas, és una emergència important. Missió de nou; torna al teu refugi ASAP, diu Dava Newman, enginyer biomèdic aeroespacial i director del Programa de Tecnologies i Polítiques del MIT.

Fins i tot els vestits més sofisticats actuals es limiten a l’òrbita de la Terra baixa i no es va dissenyar mai per sortir de la nau espacial. La NASA va començar a utilitzar el Advanced Crew Escape Suit (ACES) després del desastre Challenger de 1986 per protegir els astronautes del transbordador durant el llançament i la reentrada. Però amb prou feines s’hi havia de complir. Com que els controls del transbordador no es van crear per a un funcionament adequat, els pilots van volar de forma rutinària sense els seus volants, deixant-los vulnerables a una ràpida fuita de pressió. El sistema de suport a la vida del vestit era ad hoc, amb mànegues gravades a tota la cabina. Ara que el programa llançadora ha acabat, els astronautes porten l’equivalent rus de l’ACES, introduït el 1973.

L'altre vestit de la NASA, la Unitat de Mobilitat Extravehicular (UEM), és menys d'una peça de vestir que una nau espacial multimilionària amb plomeria refrigerada per líquid. Desgastat durant les caminades espacials, va tocar el buit el 1983; la majoria dels seus teixits van ser d’avantguarda durant la guerra freda. Tot i que el fabricant del vestit, ILC Dover, ha estat experimentant amb polímers autocuraments, i tot i que la NASA ha promogut el desenvolupament de materials avançats com aerogel per a aïllament tèrmic d'ultratina, aquestes tecnologies encara no han migrat a la UEM.

La propera era de la protecció espacial no hauria de tenir a veure amb els avisos de mà, no amb la riquesa de materials i dissenys que incuben als laboratoris de tot el món. Amb la imminent adquisició privada dels llançaments orbitals i suborbitals i els primers ecos d’un mandat per aterrar humans a Mart, hi haurà molta més gent que va a l’espai, algunes de les quals recorreran grans distàncies. Es mereixen vestits que no només els mantinguin segurs, sinó que també s’ajusten a les seves ambicions.

* * *

Els primers nous vestits seran racionalitzats per a successors a ACES, només no estaran dissenyats per a míssils d’ulls fixos, sinó per a una nova cohort de pilots i passatgers que pagaven centenars de milers de dòlars per ser enviats a l’espai. S’anomenen vestits intravehiculars o vestits de llançament d’entrada, es tracta de les màscares d’oxigen desplegables de la indústria espacial, dispositius que tenen una veritable funció ion ality que inclou pres sur ització i alguna mesura de suport vital. arrenca durant les emergències.

En el contracte inicial amb un fabricant de vestits, SpaceX estipulava que la peça de pressió ha de semblar "badass". A mesura que els dissenyadors tracten per primera vegada amb clients diferents de la NASA, s'estan obligant a assumir nous reptes. En un contracte inicial amb el fabricant de vestits Orbital Outfitters, SpaceX estipulava que la peça de pressió ha de tenir un aspecte "dolent. No aconseguiu aquest tipus de versions en els contractes governamentals, diu Chris Gilman, dissenyador en cap d'Orbital Outfitters." M'encanta ". Tanmateix, hi ha obstacles per al disseny del vestit espacial badass. El vestit d'entrada de llançament és desgraciatament, una sola peça de mida gran incrustada amb interfícies rígides per al casc i els guants, i prou espai per inflar, com el bàsquet, quan es presumeix Especialment al seient, per la qual cosa un astronauta no es veu obligat a aixecar-se, Gilman té previst contrarestar aquest "baggy butt" amb costures tàctiques Ted Ted, cofundador de Final Frontier Design, que va aconseguir el finançament inicial del seu 3G. S'adapta a la plataforma de finançament multitudinari de Kickstarter, espera utilitzar el patró ja que els dissenyadors de moda sempre han de millorar el seu ajust. "Crec sincerament que és la clau que diu. "Com més antropomorfa sigui, més fresc es veu".

Aquest és el nou negoci del disseny de vestits espacials: satisfer les necessitats dels clients comercials, ja sigui que això impliqui aferrar la supervivència en un paquet més fantàstic o incloure noves novetats que permetin estalviar costos en l'estructura i la selecció de materials. El vestit 3G el primer dels quals està previst per a la seva entrega des del mes de gener a la posada en marxa aeroespacial espanyola zero2infinity elimina alguns components metàl·lics. Final Frontier té en compte la substitució d’altres per plàstic d’alt rendiment. Per al vestit IS3 que Orbital Outfitters proporciona a XCOR Aerospace per utilitzar-lo en el seu biplaça suborbital, la companyia Lynx està explorant elements d’un sol ús. Es podrien intercanviar components com la capa de bufeta que segella el vestit abans de cada llançament.

* * *

Per anar més enllà de l’òrbita de la Terra baixa, els astronautes necessitaran més que un nou vestit d’entrada de llançament. Necessitaran un vestit universal per a l'exploració. La NASA va presentar recentment el seu vestit Z-1, el primer d'una sèrie de dissenys de testbed. El Z-1 conté coixinets a les articulacions que el fan molt més mòbil que el model d’activitat extravehicular actual (EVA), l’EMU. També té un port d’entrada posterior que pot convertir el vestit en el seu propi pany d’aire, permetent-lo atracar al lateral d’un hàbitat per evitar el seguiment de la regulació lunar abrasiva o del sòl corrosiu marcià. A continuació, l’agència començarà a treballar en el Z-2, i les millors característiques d’aquests dos vestits es plegaran al Z-3. Si tot va segons el pla, el Z-3 farà que el seu espai inaugural camini des de l'Estació Espacial Internacional el 2017.

Però, siguin quines siguin les funcions del Z-3 en òrbita, és probable que no inclogui els materials més pioners actuals, ni que resolgui el major inconvenient dels vestits d'EVA: Són colps en forma de persona, farcits amb suficient oxigen per mantenir una pressió sobreviudible. Quan es mouen, els astronautes cremen el 75 per cent de la seva energia lluitant contra les seves pròpies peces, posant a la seva flexió i extensió les seves extremitats globus gegants en flexió i extensió, i només el 25 per cent del negoci real d'exploració.

Newman del MIT vol cobrir aquesta relació. Des del 1999, desenvolupa el BioSuit, un vestit espacial que substitueix la pressió plena de gas amb un sistema diferent: la contrapressió mecànica (MCP). En lloc de bombar en un tampó protector d’aire, MCP exerceix una compressió uniforme i de cos sencer, reproduint la pressió atmosfèrica suficient mitjançant la força mecànica. El vestit resultant es mouria més fàcilment, utilitzant només el 25 per cent de l’energia d’un astronauta. També seria molt més durador, ja que es pot restablir la contrapressió mecànica fàcilment en cas d’incompliment.

Els astronautes necessiten un vestit que pugui enfrontar-se a la superfície embogida d’un asteroide dolent i una tempesta de pols al planeta vermell. Per fer la MCP una realitat, Newman necessita un nou material, que s’uneixi amb força, conforme a les complicades corbes de la fisiologia humana, mentre que també produint-se en moviment. "En els darrers dos anys, estàvem buscant 14 tecnologies candidatures que diu." Ara ho hem aconseguit fins a tres. "Una opció són els elastòmers dielèctrics, que s'expandeixen o es contrauen a través del corrent elèctric, actuant com a baix consum. Uns altres són els aliatges de memòria de forma, un terme catchall
per metalls flexibles que puguin reprendre la seva forma i propietats originals. L’equip de Newman s’està centrant en trenar múltiples aliatges, incloent-hi la barreja de níquel-titani, Nitinol, que es deforma i es reforma en funció dels canvis de temperatura.

"Crec que hem demostrat la viabilitat tècnica que diu Newman. Ella estima que, amb fins i tot uns quants milions de dòlars a l'any, podria escalar la tecnologia fins produir un vestit real en tres a cinc anys.

* * *

Els obstacles que es troben al cap d'una missió d'espai profund tripulat són desconcertants: la propulsió que és capaç de fer un viatge d'anada i tornada a Mart, una nau espacial que pot protegir la seva tripulació dels letals raigs còsmics galàctics durant el vol durant tot l'any. No serà l'any que ve, o probablement fins a la pròxima dècada, però quan arribi el dia per a una exploració espacial àmplia, els astronautes necessitaran un vestit que pugui enfrontar-se a diversos entorns, des de la superfície embogida d'un asteroide dolent fins a una pols. tempesta al planeta vermell. Per construir-lo, els dissenyadors necessitaran un arsenal de nous materials, cadascun dels quals oferirà una nova capacitat.

Els nanowires conductors i els polímers electro-actius revestits a tot el vestit podrien recollir energia dels moviments de l’astronauta, convertint la visera del casc a pressió en un display de capçalera de fibra òptica translúcida. Els mapes locals i les rutes predefinides superposades a la visera podrien activar i desactivar amb comandes de veu. Altres dades poden provenir de biosensors epidèrmics, filtrats a través d'algorismes que recomanen un ritme més lent per optimitzar el subministrament d'energia i aire. Fins i tot els enginyers escèptics de realitzar un MCP de cos complet en qualsevol moment aviat preveuen aplicacions limitades, com ara guants sense gas.

Segons la destinació, els dissenyadors podrien intercanviar-se en altres components. Un vestit dirigit a un asteroide podria tenir soles d’arrencada que aprofiten el mateix efecte d’adhesió seca de la pell de gecko, permetent-los enganxar a superfícies en gairebé qualsevol condició, inclosa la gravetat gairebé nul·la sobre un cos celestial que gira ràpidament. Els estabilitzadors que s'estan desenvolupant al laboratori Draper es podrien muntar sobre els braços i les cames d'un vestit: els giroscopis miniaturitzats que tenen discs de filatura minúsculs, proporcionarien resistència per crear la impressió de gravetat de la Terra i reduirien la desorientació en zero-G.

Mart presenta els seus propis reptes, incloent-hi temperatures que oscil·len entre 70 ° F i –225 ° F. "A Mart, hi ha temporades diu Amy Ross, una enginyera de vestits espacials de la NASA implicada en el Z-1." Pot ser que necessiteu la vostra jaqueta de primavera lleugera i un abric pesat d'hivern. "Mentre que Ross s'imagina que subministra murals de cos complet i extraïbles. Newman aposta per aconseguir un abric real: una peça de capes aerogelades de tan sols uns mil·límetres de gruix, amb prou aïllament impregnat de gas per suportar les pitjors baixades de temperatura marciana. Un revestiment inspirat en fulles de lotus desenvolupat per ILC Dover -Imita les propietats relliscoses i autosuficients de la planta- podria limitar la quantitat de pols rastrejada als vehicles i instal·lacions.

Final Frontier persegueix compostos nanoestructurats o en pols per a una lleugera i flexible protecció contra la radiació, un dels majors reptes dels vestits futurs. Els vestits extraveiculars actualment no tenen protecció per radiació, obligant la NASA a limitar el nombre de passejades espacials durant la carrera d’un astronauta.

Tal com assenyala Gilman d’Orbitals Outfitters, els vestits d’espai estan farcits de subtileses invisibles. "Totes les unitats de massa i totes les interaccions possibles entre materials afegeixen complexitat a un sistema que ja és complicat per a la ment. Tot i això és el futur de l’espai. El vestuari podria ser no un augment incremental de l'era de l'Apollo, però el millor que han de oferir diversos fronts d'investigació La capacitat dels astronautes d'explorar veritablement el sistema solar la definirà els enginyers de materials. Alguns d'aquests materials mai podrien funcionar a l'espai, però els que poden suposar la diferència entre uns quants passos simbòlics, un pas simbòlic i un recorregut a peu que val la pena el vol de 100 milions de milles.

Erik Sofge escriu sobre ciència, tecnologia i cultura des de Massachusetts.

Vegeu una ullada detallada del vestit espacial del futur a la pàgina següent.

Perquè els astronautes explorin l'espai profund, els vestits han de ser més elegants, més intel·ligents i molt més maniobrables. Molts dels materials que podrien fer-ho realitat es troben en aquest laboratori.
Elbert Chu

Ajust personalitzat
En lloc de la pressurització de gas, els futurs vestits poden utilitzar aliatges de memòria de forma, com ara un teixit de fil Nitinol fabricat per la tecnologia Mid basada en Boston, per aplicar una contrapressió mecànica constant. L’aliatge es tractaria amb calor perquè s’ajustessin perfectament als astronautes després de donar els seus vestits, però també s’ajusten al moviment.

Visió augmentada
Els astronautes avui es veuen pel plàstic; Les futures visores es podrien fer d’una ceràmica clara anomenada ALON, més fina que el vidre a prova de bales i tres vegades més forta. Una pantalla de capçalera de Lumus Optical, usada pels pilots F-16, podria migrar a cascos espacials com a pantalla a tot color que guia la llum als ulls amb prismes òptics.

Buffers d’escuma
Les zones còncaves del cos poden requerir un altre material de memòria de forma per regular la contrapressió del vestit. Syracuse Biomaterials Institute ha desenvolupat les bases d'aquesta tecnologia: nanofibres de carboni que produeixen calor quan s'activa per l'electricitat, cosa que podria provocar que l'expansió s'expandeixi fins a una forma preestablerta.

Sistema de refrigeració
Els vestits actuals circulen per l’aigua a través de 300 peus de tub per atraure la calor del cos. Purdue
Els enginyers universitaris van crear una tecnologia que podia aïllar els tubs i també produir energia: fibres de vidre (en el futur, polímers) recobertes de nanocristalls termoelèctrics que absorbeixen calor i descarreguen electricitat.

Shell de protecció
Una compressió errònia de la contrapressió mecànica pot ferir òrgans vitals. Una closca rígida, totalment pressuritzada, proporcionaria protecció sense restringir el moviment d’un astronauta. Per minimitzar la massa i mantenir els punts de contacte entre materials durs i suaus còmodes, cada closca seria impresa en 3-D per adaptar-se al seu usuari.

Guants autocuraments
Fins al moment, la millor defensa contra un vestit o un guant esquinçat és fortificar-lo amb capes més fortes. Els enginyers de la ILC Dover van investigar un millor enfocament: integrar materials autocuraments, com polímers incrustats amb productes químics microencapsulats. Quan es trenquen les càpsules, els productes químics escumaven i guareixen el vestit esquinçat.

Aïllament extrem
Els aerogels de sílice, que consisteixen en un 95 per cent d’aire, podrien aïllar-se davant els greus canvis de temperatura. En recobrir un nanosquelet de sílice amb un polímer flexible, un equip de la Universitat d'Akron va fer que els aerogels fossin duradors i prou flexibles com a espai. L’hidrogen incrustat també podria bloquejar nivells perillosos de radiació.

Gravitat artificial
L’exposició prolongada a baixa gravetat provoca pèrdues òssies i atròfia muscular, que els astronautes s’apareixen fent exercici de 2, 5 hores cada dia. Els dispositius desenvolupats al laboratori Draper podrien adaptar-se a la forma física en vestits espacials. Els giroscopis units als braços i a les cames podrien proporcionar resistència similar a la força de gravetat a la Terra.

Força adhesiva
Un adhesiu sec creat a la Universitat de Massachusetts, col·locat estratègicament en vestits espacials, podria ajudar als astronautes a mantenir-se a les superfícies i eines. El teixit de fibra de carboni i el Kevlar imiten l'estructura de la pell i dels tendons dels peus de gecko, donant-li una força sense precedents, però es poden allunyar fàcilment de les superfícies.

Potència addicional
Les bateries que alimenten sistemes de vida sostenible s’han de carregar repetidament. Els nanofils d’òxid de zinc que s’estan desenvolupant a la Michigan Technology University poden convertir el moviment en electricitat. Incrustar aquests fils piezoelèctrics al teixit sobre genolls i colzes podria proporcionar una valuosa redundància en l'espai.

La intel·ligència artificial pot provocar el seu xiulet dolent i fer sonar com a Mozart

La intel·ligència artificial pot provocar el seu xiulet dolent i fer sonar com a Mozart

Aquests llangardaixos són el sant gra de l'herpetologia; també són objectius en el comerç il·legal de fauna salvatge

Aquests llangardaixos són el sant gra de l'herpetologia; també són objectius en el comerç il·legal de fauna salvatge

Per filmar "Avengers: Endgame" per a IMAX calia una càmera personalitzada de 6K

Per filmar "Avengers: Endgame" per a IMAX calia una càmera personalitzada de 6K