https://bodybydarwin.com
Slider Image

Les fàbriques del futur podrien flotar en l’espai

2021

El passat estiu, un avió va entrar en un ascens estomac i va submergir 30.000 peus sobre el golf de Mèxic. L’objectiu no era la cerca d’emocions, sinó una cosa més genuïnament atrevida: durant uns 25 segons al mateix temps, el vol parabòlic va elevar els ocupants a un estat d’impevariació simulada, permetent a una impressora d’alta tecnologia escupir cèl·lules mare cardíaques en dos. -estructura simplificada i senzilla del cor d'un nadó.

Impressionant, però, només és un maó a la carretera cap a un objectiu encara més atrevit. Els executius de nScrypt (els fabricants de la impressora de cèl·lules mare), Bioficial Organs (el proveïdor de tinta) i Techshot (que van pensar en l'experiment cardíac) tenen previst imprimir els pegats cardíacs a bord de l'Estació Espacial Internacional el 2019. a dalt d’un coet comercial.

Les empreses privades de vols espacials com Blue Origin i SpaceX han estat criticades com a projectes vanitar per a plutòcrates navegant en inversions de contribuents. Però l’aparició d’aquestes empreses ha comportat preus de submarinisme per enviar enviaments i equips a l’espai. Avui costa aproximadament 5.000 dòlars llançar un quilo de coses, enfront dels 30.000 dòlars durant l'era navetta espacial. Així, un nombre creixent d’emprenedors i investigadors busquen utilitzar aquest accés relativament barat per aprofitar les qualitats úniques de l’òrbita baixa de la Terra, incloent-hi el buit, la microgravitat, l’energia solar il·limitada i les temperatures extremes. Els seus experiments ja estan impulsant innovacions en medicina, tecnologia i ciències de materials. Al final, si es desenganxa, la fabricació orbital podria revolucionar la manera de fer les coses.

Un pacient trasplantat de cor pot passar mesos esperant un nou ticker. Després que en tingui un, haurà de prendre immunosupressors durant la resta de la seva vida, de manera que el seu cos no rebutgi l'òrgan estranger. Un cor imprès a partir de les pròpies cèl·lules mare del pacient podria arribar a ell més ràpidament, amb una menor possibilitat de rebuig immune. També es podria adaptar perfectament per adaptar-se a les dimensions del seu cor original.

Però resulta que la gravetat és un problema real a l’hora d’imprimir cors a la Terra. Perquè es creixin els bioínims imprimibles, el caldo de cèl·lules mare i nutrients necessita tenir una consistència aquosa per garantir que les cèl·lules siguin prou mòbils per unir-se a un teixit cardíac saludable. A causa d'aquesta consistència aquosa, per fer créixer un cor a la Terra, necessiteu una estructura de suport.

"Si penses en el cor, estàs parlant realment de quatre grans buits oberts embolcallats en múscul", diu Eugene Boland, científic principal de Techshot. Malauradament, els científics no han ideat una bastida per a les creixents cèl·lules mare que després es poden eliminar o dissoldre. sense danyar l’òrgan naixent.

En imprimir òrgans a l'espai, Techshot pensa que pot créixer cors sencers sense l'ús de bastides.

"Si intentem fer-ho a la Terra, quedaria molt bé durant un segon i, tot seguit, una mena de fonda per tota la taula diu Boland". Semblaria que haguéssiu posat un motlle Jell-O i intentéssiu servir immediatament. No es col·locaria al vostre plat en aquest embolic gelatinós. "

Però la microgravitat ajuda al cor a mantenir la forma sense bastida. Això és degut a que la baixa gravetat fa que la impressió de formes 3D sigui més directa. A la Terra, els objectes 3D complexos, com ara un cor model, s'han d'imprimir com a capes 2D que es sobreposen els uns als altres en un procés que requereix molt de temps. El director general de nScrypt, Kenneth Church, anomena això "2 i mig al D". La impressió en microgravitat permet que l’objecte es pugui escopir en 3D genuí, millorant la velocitat fins a 100 vegades.

Durant el vol parabòlic del juliol, la primera estructura cardíaca que nScrypt i Techshot van imprimir va perdre aproximadament la meitat de la seva alçada en el primer minut després de la impressió, un cop restablerta la gravetat a l'avió. La ingentitud a bord de l'Estació Espacial Internacional ha de permetre que les cèl·lules mare es mantinguin en forma a mesura que creixen junts al teixit d'un cor que funciona. Boland estima que els òrgans construïts en l'espai podrien estar a punt per tornar a la Terra uns 45 dies després que s'iniciés el procés de cultiu.

Church veu el projecte com una manera d’anar més enllà de la idea i la decepció de la impressió 3D. "La gent es cansa de veure que s'imprimeixen figures de Yoda", diuen: "Em vas prometre un cor. On és?' I el que et diré és que "està a l'espai".

Ioana Cozmuta, física a l’Oficina del Portal espacial de la NASA, ha revisat centenars de tecnologies relacionades amb l’espai. El seu paper és buscar i vetllar socis potencials que vulguin fer negocis a l’espai. "El meu objectiu és crear casos d'èxit per a espais comercials", diu. "Però estic lluitant amb bombo."

Una part del treball de Cozmuta consisteix a preocupar-se dels perills de la decepció inherent a un camp tan glamurós però arriscat. Nombroses explosions demostren que fins i tot l’empresari del cigne negre Elon Musk no és immune a errors costosos que es desprenen de les complexes horribles de la ciència dels coets. O considereu la predicció de Richard Branson de 2008 que les operacions de turisme espacial començarien a mitjan 2010. I després el Nadal del 2013. Després el Nadal del 2014, un termini que va ser torpedinat per un accident mortal durant un vol de prova. L’espai és difícil, fins i tot per als empresaris més intel·ligents i més rics del planeta. Després d’haver analitzat centenars d’empreses del portal espacial de la NASA, Cozmuta ha d’estar atent als executius que diuen haver clavat una excitant idea de negoci espacial tot i que el pla està ple de forats.

FOMS és una empresa del sud de Califòrnia que va guanyar finançament per començar a fer coses a l’ISS el proper any i la companyia ho va fer en part mantenint el projecte en una base econòmica sòlida. Dmitry Starodubov, científic principal de la FOMS, va decidir donar-se a conèixer la idea de la mineria espacial de metalls rars com el platí, que actualment es ven al voltant de 30.000 dòlars per quilogram. Segons ell, encara no és suficient per fer rendible la mineria espacial. "Encara que la nostra lluna estigués feta de platí pur, el nostre model demostra que no és comercialment viable la mineria de platí a la [lluna] i la tornarà a la Terra", diu.

En el seu lloc, FOMS va fixar la seva visió en quelcom més lleuger i fins i tot més valuós per lliura: cable de fibra òptica exòtica. El cable típic de fibra òptica, del tipus que probablement ha ajudat a aportar aquestes paraules a la pantalla, es ven entre 3.000 i 5.000 dòlars per quilogram. Però, un cable exòtic de fibra òptica és capaç de transmetre més dades o pot fer més barata la transmissió de dades perquè requereix menys potència? El tipus més preuat pot costar fins a uns quants milions de dòlars per quilo. Aquest és el tipus de relació qualitat-preu que pot justificar els costos i els riscos de fer les coses a l’espai.

Fibra òptica exòtica, com ara un tipus que passa per les inicials ZBLAN, es pot fer a la Terra, però no és fàcil. El procés normal de fer ZBLAN consisteix a escalfar una tapa, o "preformar aquest vidre especial a més calor de 300 graus centígrads, i després tirar-lo cap avall, com una llarga cadena de xiclet, des d'una torre de gota normalment entre 10 i 20 metres d'altura Però la mida de la bombeta blanca calenta limita el temps que pot ser el cable resultant: les fibres s’allarguen fins a uns 700 metres de longitud. Idealment, les empreses volen segments més llargs, ja que els punts de connexió condueixen a una pèrdua de senyal. A més, la gravetat provoca sedimentació en l’estructura de cristall del ZBLAN, creant defectes que donen com a resultat un senyal més feble.

És per això que Starodubov té els seus punts de vista a l’hora de treure ZBLAN i altres compostos a l’ISS, amb un producte de qualitat i quantitat molt més elevades de la possible a la Terra. He s van ajudar a crear un prototip que utilitza un equivalent a la mida de l’equipatge d’una torre de gota que fa rodar el cable de fibra òptica com la mànega del jardí. Es pot teòricament recórrer centenars de quilòmetres en 24 hores, diu Cozmuta. I sense gravetat, no hi ha una cristal·lització problemàtica.

Tot i que ZBLAN és difícil de fer a la Terra, els investigadors estan intrigats per aquestes coses perquè pot transmetre un espectre de llum molt més ampli que la sílice, incloent ultraviola i infraroig profund. Això podria ser útil per crear tecnologia futurista com làsers quirúrgics ultraviolats, eines de fabricació d’infrarojos infrarrojos segurs per als ulls i contramissions millors contra els míssils que busquen calor. I també podria fer que les nostres canonades de banda ampla siguin més “grosses”; Cozmuta estima que, en comparació amb el cable de fibra òptica basat en sílice existent, el ZBLAN fabricat a l'espai resultaria en una pèrdua de 100 vegades menys d'intensitat del senyal a mesura que baixa el tub. Alternativament, pot ajudar a fer més barat el procés d’enviament de dades, ja que es pot enviar la mateixa quantitat de dades a una distància més llarga, amb menys potència i requerint equips de transmissió menys costosos.

Quant a com tornaran a terra la bobina de cable? "Podeu tornar-los a enviar a SpaceX Cozmuta.

Alguns materials espacials no necessitaran tornar a la Terra per ajudar-nos a sortir. Penseu en un compost anomenat arseni de galli, que costa aproximadament 5.000 dòlars per hòstia de 8 polzades i produeix molts subproductes tòxics quan es fabriquen (hola arsènic!). Però permet obtenir grans panells solars, convertint al voltant del 40 per cent de la llum que la colpeja en energia, versus l'eficiència del 15 al 20 per cent dels panells basats en silici que s'instal·len habitualment aquí a la Terra.

El científic de materials de la Universitat de Houston, Alex Ignatiev, va fabricar per primera vegada un semiconductor de gallium-arseni en el buit de l'espai a la dècada de 1990, a bord d'un vaixell de la NASA anomenat Wake-Shield Facility. El semiconductor espacial tenia 10.000 vegades millor qualitat que els realitzats a la Terra. Això és degut a que l’oxigen atòmic i la qualitat del buit a l’espai permeten que el compost es cultivi perfectament en capes un atom d’alçada, amuntegat els uns als altres en centenars o uns quants milers de capes, sense distorsions. L'absència d'aquestes distorsions augmenta la seva eficiència solar; en teoria, l’arsènid de galli lliure de defectes podria produir energia solar amb un 60 per cent d’eficiència.

Ignatiev preveu les plaques de panell d'arsènid de gallium per quilòmetres d'amplada en òrbita, recopilant l'energia del sol i tornant-la a la Terra a través de microones, semblant a les granges solars que va proposar el Japó i es va començar a demostrar el 2015. en múltiples viatges, Ignatiev vol muntar les cèl·lules solars a l’espai, com una forma de reduir significativament els costos.

"Quan esteu a l'espai, podeu anar a l'òrbita geosíncrona de manera que sempre estigueu apuntant al sol i, després, dirigiu-vos cap a un lloc de la Terra, segons diu. Els receptors semblants a la malla rebrien els senyals de microones. ser prou difús per evitar mal als avions, aus, conreus o bestiar.

Ningú vol veure que l’òrbita baixa de la Terra es converteixi en un abocador de residus tòxics flotants. Afortunadament, l’espai té habilitats úniques per descompondre els residus nocius. Fora de la protecció de l’atmosfera del nostre planeta, la radiació ultraviolada del sol separa molècules perilloses i els components es dispersen inofensivament. "El nostre planeta és un sistema tancat, mentre que l'espai és un entorn obert i molt càustic per a la majoria de les molècules", afirma Ignatiev. "Es separaran o s'evaporaran per l'entorn buit de l'espai."

Aquesta idea de traslladar la producció tòxica al planeta es fa ressò dels comentaris una mica críptics d'Amazon.com i del fundador de Blue Origin, Jeff Bezos, al juny i després a setembre. Va dir a l'espai per salvar la Terra, va afegir que, per raons mediambientals, necessitem construir "fàbriques de xip gegantines a l'espai on el negoci brut de fabricar coses com els semiconductors es destituiria completament fora del planeta.

I malgrat la brillant bellesa dels nostres aparells electrònics, fer que els xips informàtics siguin bruts. Segons els càlculs de Cozmuta, fer un únic circuit integrat de 12 polzades requereix 2.200 galons d’aigua, utilitzat per netejar i refredar el xip, i, el 2015, vam fer 900 milions de circuits d’aquest tipus. Malgrat els esforços de tractament d’aigües residuals, les empreses de semiconductors nord-americanes es van citar per 10.000 infraccions mediambientals entre el 2003 i el 2013. Però qui necessita aigua si utilitza el buit de congelació de l’espai com a refrigerant?

Tot i que siguin les perspectives, la producció fora del món tindrà quantitats immenses de diners i tolerància al risc. La pèrdua de vida i els grans costos estan gairebé garantits. Però això no vol dir que no funcioni. Després de la reeixida impressió cardíaca en ingravidesa, Techshot's Boland va prendre temps per celebrar la fita. "Ens va sorprendre. Puc dir-vos que els nois que hi havia allà hi feien backflips, probablement, literalment. ”

I l'Església de nScrypt està pensant molt més enllà d'imprimir cors a l'ISS. Si suposem que poden augmentar significativament la velocitat de producció, els avantatges de la impressió en 3D real enfront del plantejament capa-per-capa "2 i mig de D" permetran que la impressió espacial pugui competir fins i tot amb fabricants massius terrestres. La idea d’Ignatiev de les plaques solars d’arsènid de galli de quilòmetre d’amplada espacial ofereix un exemple, però el mateix principi s’aplica als satèl·lits i fins i tot a les naus espacials. "Vull imprimir tot a l'espai, diu Church." Vull imprimir un coet a l'espai ".

La Xina acaba d'arribar al primer desembarcament a l'extrem de la lluna

La Xina acaba d'arribar al primer desembarcament a l'extrem de la lluna

Domineu els mètodes de gestió de projectes amb aquest enorme grup de formació

Domineu els mètodes de gestió de projectes amb aquest enorme grup de formació

Les sales d’emergència empenyen més sovint els pacients de Medicaid que els assegurats de forma privada

Les sales d’emergència empenyen més sovint els pacients de Medicaid que els assegurats de forma privada