Mentre viaggiamo più lontano nello spazio, soluzioni intelligenti a problemi come malfunzionamenti di parti del motore e altri possibili incidenti saranno una parte vitale del processo di pianificazione. Stampa 3D, o produzione additiva, è una tecnologia emergente che può essere utilizzata per creare parti mission-critical personalizzate. Una parte integrante di questo processo è capire come la forma delle particelle, la distribuzione delle dimensioni e il comportamento dell'imballaggio influenzano il processo di produzione.

L'indagine Advanced Colloids Experiment-Temperature-7 (ACE-T-7) a bordo della Stazione Spaziale Internazionale esplora la fattibilità della creazione di particelle microscopiche autoassemblanti da utilizzare nella produzione di materiali durante il volo spaziale. Queste particelle microscopiche si uniscono come elementi costitutivi per creare materiali con nanostrutture su misura, dando agli scienziati la possibilità di modificare le proprietà comportamentali di un materiale secondo una serie di istruzioni incorporate all'interno della particella.

La capacità dei materiali di autoassemblarsi, e potenzialmente auto-riparazione a seguito di un guasto, sarà un elemento chiave mentre ci dirigiamo verso destinazioni nello spazio profondo, dove portare con sé parti extra del motore e altri oggetti necessari potrebbe non essere un'opzione a causa delle limitazioni di stoccaggio a bordo del veicolo spaziale.

"Dovrai portare con te polveri e colloidi composti da particelle microscopiche specifiche per forma e dimensione che si adattano insieme in modi diversi; quindi una macchina può utilizzare questi nuovi materiali per creare parti di ricambio in modo che le persone possano sopravvivere e riparare le cose, " ha detto Paul Chaikin, investigatore principale dell'indagine e professore di fisica alla New York University.

Utilizzando diverse forme di energia come "manopole di controllo, "gli scienziati potrebbero incorporare un codice a livello nanometrico di un materiale, dandogli istruzioni diverse per varie condizioni. Nel caso di ACE-T-7, i ricercatori stanno manipolando la temperatura per controllare l'assemblaggio e le interazioni delle particelle. Sospeso in un mezzo fluido, queste particelle sono progettate per legarsi l'una all'altra in modi specifici per formare cristalli 3-D quando esposte a temperature alte o basse.

"A una temperatura, una fase di cristallizzazione è favorita e in un'altra, viene favorita un'altra fase di cristallizzazione, ", ha affermato Stefano Sacanna della New York University, uno dei co-investigatori del progetto. "Essenzialmente la temperatura è uno stimolo esterno per guidare e aiutare le particelle a legarsi nel modo giusto. È un modo per guidarle o controllarne l'assemblaggio".

Questo processo non è molto diverso da come sono fatti gli esseri viventi in natura:blocchi da costruzione che sono messi insieme, comportarsi secondo il proprio codice genetico.

"Cerchiamo di comprendere l'autoassemblaggio della materia e potenzialmente utilizzarlo come un modo per produrre nuovi materiali, " disse Sacanna.

Sulla terra, la forza di gravità tira tutti i cristalli sul fondo del contenitore, non permettendo l'osservazione. L'ambiente di microgravità della stazione spaziale consente ai ricercatori di osservare come crescono i cristalli, nonché separare gli effetti della gravità sull'indagine.

"Nell'ambiente di microgravità, la forza sulle particelle è quasi un milione di volte più piccola, quindi rimarranno sospesi nel mezzo fluido, e i cristalli 3-D possono essere coltivati ​​e osservati senza gli effetti dannosi della sedimentazione, ", ha affermato Andrew Hollingsworth della New York University, quello dei co-investigatori del progetto.

Una maggiore comprensione di come tutte queste particelle interagiscono tra loro aiuterà i ricercatori a portare questa scienza sulla Terra sotto forma di produzione additiva, nel tentativo di creare materiali evolutivi con proprietà ottimali.