Come parte della missione di rifornimento CRS-19 di SpaceX alla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) lanciata il 5 dicembre, ricercatori della NASA, Il New Jersey Institute of Technology (NJIT) e la New York University (NYU) stanno per iniziare una nuova indagine scientifica per esplorare come un gruppo di particelle microscopiche considerato "mattoni" chiave per materiali e prodotti qui sulla Terra, note come particelle colloidali, si comportano e si formano in assenza di gravità.

Il carico utile sperimentale del team di campioni colloidali, che ha ufficialmente attraccato alla stazione l'8 dicembre, sarà utilizzato per studiare per la prima volta cosa succede quando le particelle colloidali sono esposte a variazioni di temperatura in assenza di gravità in condizioni di volo spaziale durante una serie di esperimenti da condurre entro la fine dell'anno, intitolato "Esperimento avanzato sui colloidi (a temperatura controllata) - ACE-T11".

I ricercatori affermano che gli esperimenti a gravità zero ACE-T11 offrono un'opportunità unica per apprendere nuove informazioni sulla fisica fondamentale che guida il modo in cui le particelle colloidali si disperdono e rimangono sospese in mezzi come i liquidi per cambiare le loro proprietà, aprendo potenzialmente nuove porte nel campo di "ingegneria colloidale" che può aiutare la fabbricazione di materiali e prodotti di nuova generazione per migliorare la vita quotidiana, così come il successo delle future missioni di volo a lungo raggio nello spazio.

"I dati sperimentali che raccogliamo nella ISS ci consentiranno di testare e convalidare rigorosamente le teorie per i fenomeni alla base della formazione della struttura nei colloidi in un modo mai fatto prima, " ha detto Boris Khusid, Professore NJIT di ingegneria chimica e dei materiali e ricercatore principale dello studio. "Attraverso gli esperimenti ACE-T11, siamo entusiasti di apprendere l'influenza di varie forze che influenzano il movimento delle particelle colloidali, che potrebbe ridurre drasticamente i tempi del ciclo di progettazione di apparati e processi per un'ampia gamma di applicazioni terrestri e spaziali attuali e future".

I colloidi sono un sistema di oggetti di dimensioni nanometriche sospesi in qualsiasi combinazione di gas, mezzi liquidi o solidi, e sono uno dei tre principali tipi di miscele insieme a soluzioni e sospensioni. Esempi comuni di colloidi includono nebbia o nebbia quando le goccioline liquide sono disperse in mezzi gassosi, o fumo e polvere quando le particelle colloidali solide sono disperse nel gas. Recentemente, la manipolazione guidata dei colloidi è diventata un mezzo diffuso per la produzione di materiali funzionali in elettronica, fotonica, scienza di vita, industrie chimiche, e recentemente, Stampa 3D.

Mentre il modo in cui vari cristallini, La forma delle strutture colloidali liquide e vetrose è stata spesso studiata sulla Terra per far progredire tali applicazioni ingegneristiche, la ricerca precedente è stata limitata in parte a causa dell'influenza di processi indesiderati guidati dalla gravità, come la sedimentazione o l'inceppamento delle particelle.

In un controllato, ambiente di microgravità presso la ISS, queste particelle si muoveranno di 100, 000 volte più lenti l'uno rispetto all'altro di quanto farebbero sulla Terra, rendendoli più facili da studiare. Il team utilizzerà particelle colloidali sferiche etichettate con un fluoroforo che sono state sintetizzate presso la New York University e la microscopia confocale ad alta risoluzione presso la stazione per osservare come le particelle disperse nel liquido sincronizzano il loro movimento per formare uno schema ripetuto man mano che vengono introdotte gradualmente per aumentare e diminuire temperature.

Secondo la Nasa, gli esperimenti, che saranno gestiti in remoto dalla sala di controllo del Glenn Center della NASA, potrebbero migliorare il modo in cui gli astronauti producono materiali nelle future missioni spaziali, potenzialmente avere "enormi implicazioni per la stampa 3D ad alta risoluzione perché possono espandere il numero di materiali che possono essere utilizzati per realizzare oggetti stampati in 3D".

"L'obiettivo finale è quello di chiarire 'come l'ordine viene spontaneamente dal disordine' visualizzando come queste singole particelle formano spontaneamente un cristallo regolare, schema ripetuto che rimane ordinato anche quando vengono riportati alla gravità terrestre, " ha detto Khusid. "I risultati degli esperimenti potrebbero far avanzare lo sviluppo di una strategia per il controllo e la manipolazione dei colloidi presso l'esclusiva piattaforma ISS per la stampa 3D di materiali che non possono essere replicati dalla produzione terrestre".

La diciannovesima missione di rifornimento commerciale di SpaceX è stata lanciata sul razzo SpaceX Falcon 9 e trasportata a bordo della navicella spaziale Dragon dallo Space Launch Complex 40 presso la Cape Canaveral Air Force Station in Florida. Gli esperimenti ACE-T11 sono tra i 2 della missione, 600 kg di forniture e carichi utili che includono materiali critici per supportare direttamente dozzine delle oltre 250 indagini scientifiche e dimostrazioni tecnologiche pianificate durante le spedizioni 61 e 62 presso l'ISS.