Un materiale di nuova concezione incorporato con agenti cicatrizzanti microincapsulati si rimarginerà da solo quando si formeranno minuscole crepe. Foto per gentile concessione dell'Università dell'Illinois Quando ti tagli, è incredibile vedere quanto velocemente il tuo corpo agisce per riparare la ferita. Subito, il tuo corpo lavora per tirare la pelle intorno al taglio di nuovo insieme. Se hai una cicatrice, puoi vedere le prove del potere di autoguarigione del nostro corpo. Gli scienziati stanno ora sviluppando un nuovo tipo di materiale composito che darà quelle stesse qualità di autoguarigione ai veicoli spaziali.
Se gli umani hanno intenzione di viaggiare lontano nello spazio e sui pianeti interstellari, saranno necessari nuovi materiali avanzati per la costruzione di veicoli spaziali. Un punto debole degli attuali materiali compositi è che tendono a formare minuscole crepe sottili, che causerà gravi danni nel tempo. Nel febbraio 2001, i ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana Champaign hanno annunciato di aver sviluppato un nuovo materiale sintetico che si rimarginerà da solo quando si rompe o si rompe.
Questo nuovo materiale intelligente e altre tecnologie simili potrebbero essere il primo passo nella costruzione di un veicolo spaziale in grado di viaggiare per milioni di miglia dalla Terra, dove le riparazioni non saranno facili da fare. In questa edizione di How Stuff WILL Work, imparerai a conoscere questo nuovo sistema composito ed elettronico autorigenerante che si analizza e si risolve da solo prima che i problemi diventino troppo grandi.
In questo grafico puoi vedere come la fessura rompe le microcapsule riempite con un agente cicatrizzante, che contatta il catalizzatore per legare la fessura chiusa. Foto per gentile concessione dell'Università dell'Illinois I danni allo scafo di un'astronave spesso iniziano con minuscole crepe sulla superficie, che sono invisibili agli occhi. Queste micro-sottili crepe possono formarsi anche sotto la superficie del materiale, dove sono nascosti alla vista. Una volta che queste crepe si formano, cresceranno fino a quando il materiale si indebolirà e si romperà. Per evitare che queste minuscole crepe si diffondano, è stato sviluppato un nuovo materiale che rileverà i danni e si riparerà da solo all'istante. Questa capacità di autoguarigione potrebbe prolungare significativamente la vita della navicella spaziale.
Ci sono tre parti in questo nuovo materiale di autoguarigione:
Quando si forma una microcricca nel materiale composito, si diffonderà attraverso il materiale. Facendo così, questa crepa romperà le microcapsule e rilascerà l'agente di guarigione. Questo agente curativo scorrerà attraverso la fessura e entrerà inevitabilmente in contatto con il catalizzatore dei Grubbs, che avvia il processo di polimerizzazione. Questo processo alla fine legherà la fessura chiusa. Nei test, il materiale composito autorigenerante ha riguadagnato fino al 75% della sua forza originale.
Il mercato di questo tipo di materiale autorigenerante va ben oltre i veicoli spaziali. Ogni anno vengono utilizzati circa 20 milioni di tonnellate di materiale composito per l'ingegneria, progetti di difesa, esplorazione petrolifera offshore, elettronica e biomedicina. Questo materiale autorigenerante apparirà in molti oggetti di uso quotidiano, compresi circuiti stampati compositi polimerici, articolazioni artificiali, supporti per ponti e racchette da tennis.
Nanotecnologie e spazioNei prossimi 20 anni, una nuova industria chiamata nanotecnologia causerà cambiamenti significativi nelle nostre vite. La nanotecnologia implica la creazione di macchine o robot molto piccoli non più grandi di pochi nanometri. Un nanometro è solo un miliardesimo di metro. Queste nanomacchine saranno in grado di manipolare atomi e fabbricare materiali a livello atomico. Perché possono auto-replicarsi, queste minuscole macchine renderanno la produzione di quasi tutti i prodotti molto economica.
Uno dei prodotti della nanotecnologia potrebbe essere nanomacchine che possono essere rilasciate per riparare i materiali aspirando le molecole circostanti per riparare una crepa. Se si formasse una crepa nel guscio composito di un'astronave, nanorobot potrebbero essere rilasciati per raccogliere molecole attorno al veicolo spaziale per riparare la crepa.
Prima che la nanotecnologia possa decollare, gli scienziati devono imparare a manipolare gli atomi. La prossima sfida sarà programmare queste nanomacchine per eseguire compiti specifici. Per maggiori informazioni, leggi Come funzionerà la nanotecnologia.
Per saperne di più
Durante le lunghe missioni spaziali, mantenere la salute dei computer di bordo e dei sistemi elettronici sarà importante tanto quanto la manutenzione del guscio esterno. La NASA sta lavorando a un nuovo tipo di sistema che darà capacità di autoriparazione al cablaggio interno del veicolo spaziale. Questo nuovo hardware evoluto sarà in grado di monitorare l'elettronica e correggere i sistemi prima che i malfunzionamenti diventino un problema cruciale.
Inizialmente, un sistema di volo autoriparante verrebbe utilizzato negli aeroplani prima di essere spostato su veicoli spaziali. Al Programma di sicurezza aerea della NASA , con sede presso il Langley Research Center, i ricercatori stanno lavorando su questo tipo di sistema informatico autorigenerante. Nel 1999, l'agenzia spaziale degli Stati Uniti ha riferito che potrebbe avere sistemi commerciali disponibili entro il 2004. L'idea qui è di creare un sistema informatico autorigenerante che utilizzi un cluster di processori a bassa potenza che sono accoppiati in modo lasco ai sistemi di veicoli spaziali tramite collegamenti wireless.
Queste gestione della salute e controllare la gestione del turbamento sistemi in grado di rilevare, diagnosticare e prevenire le anomalie prima che i problemi diventino incorreggibili. Il sistema informatizzato di gestione della salute monitorerà le funzioni vitali, aiutano a prevenire e ridurre eventuali malfunzionamenti, migliorare la capacità dell'equipaggio di condotta di rispondere ai problemi e ridurre il carico di lavoro del pilota durante un'emergenza. La gestione dei disturbi del controllo includerebbe algoritmi avanzati di rilevamento e previsione, formati di visualizzazione, segnali pilota e metodi di guida e controllo per prevenire incidenti quando si verificano guasti. Entrambi questi sistemi potrebbero funzionare per aerei e veicoli spaziali.
Nel futuro, la navicella spaziale potrebbe portarci ai confini del nostro sistema solare e oltre. Se questo deve essere possibile, avremo bisogno di veicoli spaziali con protezioni integrate. Queste astronavi intelligenti dovranno essere in grado di percepire e reagire a potenziali problemi che potrebbero non essere visti dai loro passeggeri umani.
