I ricercatori della South Dakota School of Mines &Technology sono entrati nel terzo anno di sviluppo di un sistema di sensori per il corpo indossabile e wireless, con la possibilità di essere alimentato a distanza, che rivoluzionerà le tute spaziali della NASA.

La NASA ha fissato un alto obiettivo di viaggio umano su Marte entro il 2030. Per raggiungere questo obiettivo, sono essenziali tute spaziali migliori, dice il dottor Sayan Roy, assistente professore in ingegneria elettrica presso South Dakota Mines e membro del gruppo di ricerca. "Uno degli obiettivi strategici della NASA è inviare astronauti nello spazio profondo per future missioni di esplorazione. L'ambiente spaziale pericoloso e ostile influisce notevolmente sullo stato di salute degli astronauti. Per garantire la salute e la sicurezza degli astronauti, La NASA sta intraprendendo azioni per ridurre al minimo gli effetti negativi dei viaggi nello spazio sul corpo umano, " dice. "C'è bisogno di innovazione nel design delle tute spaziali".

Roy afferma che la ricerca "si adatta perfettamente alle priorità della Direzione della missione per l'esplorazione e le operazioni umane della NASA e la Direzione della missione per la tecnologia spaziale. Questo progetto è strettamente pertinente alla Roadmap tecnologica della NASA TA 6:Salute umana, Sistemi di supporto vitale e abitazione."

Mentre nello spazio, la salute degli astronauti è strettamente monitorata dalla Terra. Vitali come la frequenza cardiaca, livello di ossigeno nel sangue, pressione sanguigna, il volume respiratorio e la temperatura della pelle vengono monitorati, così come il movimento di ogni astronauta. Attualmente, le informazioni sanitarie vengono tracciate attraverso sensori cablati all'interno delle tute spaziali. Il sistema cablato rende le tute spaziali pesanti e ingombranti. La tecnologia attuale è anche difficile da risolvere in caso di malfunzionamento, dice Roy.

I sensori in sviluppo presso Mines consentirebbero tute più eleganti e leggere con una rete wireless di sensori che cattureranno e trasmetteranno i dati sulla salute degli astronauti in tempo reale. Realizzato in materiale in fibra di carbonio, i sensori wireless consentiranno molta più flessibilità nella progettazione della tuta spaziale.

Questo progetto di ricerca multidisciplinare e multi-istituzionale è finanziato attraverso la NASA EPSCoR, un programma di finanziamento che incoraggia i partenariati tra governo, istruzione superiore e industria. I $750, 000 è iniziata a gennaio 2018 e termina a dicembre di quest'anno.

Il progetto del sensore wireless coinvolge anche ricercatori di altre due università del South Dakota:University of South Dakota e South Dakota State University, così come i collaboratori di quattro centri di ricerca della NASA e tre partner industriali.

Nel campus delle Miniere, Roy è affiancato nel progetto dal Dr. Zhengtao Zhu, professore associato di chimica, biologia e scienze della salute; Dr. Edward Duke del South Dakota Space Grant Consortium e professore di geologia e ingegneria geologica nelle miniere; Dottor Hao Fong, un professore di chimica, biologia e scienze della salute; e l'assistente di ricerca laureato Ahsan Aqueeb.

Il Dr. Zhu afferma che sviluppare o trovare i materiali giusti per i sensori è stata una sfida in quanto devono essere compatibili con la pelle e i vestiti umani. "Devono essere sensori biomedici indossabili e sensori di deformazione leggeri, confortevole, flessibile ed estensibile, " dice. Mentre alcuni dei sensori saranno all'interno della tuta spaziale, altri verranno applicati direttamente sulla pelle.

Mentre i sensori comunicheranno informazioni critiche sulla salute fisica agli esperti della NASA sulla Terra, i sensori potrebbero anche avere la capacità di monitorare la salute mentale e persino "essere in grado di comprendere i comportamenti". Ad esempio, il comportamento fisico di un astronauta potrebbe attivare un sensore per riconoscere qualsiasi cosa, dalla depressione a un infortunio, trasmettendo tali informazioni agli esperti della NASA.

I sensori saranno anche in grado di comunicare tra loro, dice Roy. Poiché il monitoraggio accurato della salute degli astronauti è fondamentale, il sistema deve essere a prova di guasto. Se un sensore si guasta, il sistema deve essere progettato in modo che il sensore guasto possa essere identificato dagli altri sensori e bypassato, dice Aqueeb. "Qualunque cosa accada, non può fallire, " ha detto. "Non possiamo perdere alcun dato."

I sensori devono anche essere protetti con una crittografia adeguata per prevenire interferenze o hacking, una parte del progetto supervisionato presso SDSU.

Forse più impegnativo, i nodi wireless devono essere caricati senza il beneficio di una connessione fisica a una fonte di alimentazione. Un sistema di trasferimento di potenza wireless è progettato per trasferire potenza da una "rete elettrica a un'altra" senza il vantaggio di un cavo o di una connessione fisica di alcun tipo. Sebbene i trasferimenti di potenza wireless non siano nuovi, I trasferimenti in "campo lontano", come da una fonte di alimentazione centralizzata situata in una stazione spaziale vicina, sono una sfida nuova e più significativa. Allo stesso tempo, anche i trasferimenti in campo lontano dovranno essere di un livello di potenza superiore a quello mai richiesto prima.

"Come trasferiamo a distanza la potenza wireless nello spazio libero con maggiore efficienza?" chiede Roy. I sensori devono essere progettati per "sentire" la potenza mentre viene trasferita. Il trasferimento di potenza deve essere sicuro per il corpo umano, poiché i sensori sono vicini al corpo e talvolta applicati sulla pelle. Tale tecnologia dovrà essere immancabilmente coerente, approvato da agenzie come la FCC e sicuro per l'uomo. "Abbiamo molte variabili, " dice Roy. "Queste sono le sfide."

Una volta sviluppato, tali trasferimenti di potenza in campo lontano potrebbero essere utilizzati in altre aree al di fuori dei viaggi spaziali, dall'agricoltura di precisione al mantenimento dei contatti con i minatori sotterranei. Ma per ora, il focus è sulla prossima generazione di tute spaziali.