Immagina una batteria di un cellulare che si ricarica ad ogni passo che fai o una tuta spaziale che utilizza l'energia spesa dagli astronauti per far funzionare l'elettronica della tuta. Un team di studenti universitari che conduce ricerche della NASA su questo uso innovativo della nanotecnologia ha portato la propria ricerca a nuovi livelli. Il gruppo, composto da Hannah Clevenson, Olivia Lenz e Tanya Miracolo, hanno condotto un esperimento relativo alla loro ricerca sulle nanotecnologie su un volo a gravità ridotta della NASA.

Il programma di opportunità di volo per studenti a gravità ridotta presso il Johnson Space Center della NASA a Houston offre ai team di studenti universitari l'opportunità di proporre, design, fabbricare e pilotare esperimenti su uno speciale aereo a gravità ridotta. L'aereo compie una serie di ripide salite seguite da ripide picchiate, chiamati archi parabolici, con conseguente brevi periodi di gravità ridotta.

L'esperimento del team ha studiato le proprietà dei nanofili di ossido di zinco prodotti in condizioni di microgravità e ha confrontato i risultati con le proprietà dei nanofili di ossido di zinco prodotti in laboratorio. In particolare, il team era interessato agli effetti della gravità ridotta sulla morfologia dei campioni.

Gli studenti stavano partecipando al Motivating Undergraduates in Science and Technology della NASA, o DEVE, progetto. L'ingegnere della NASA Tamra George ha guidato il team.

Secondo Hannah Clevenson e l'abstract del team, è possibile che nanofili più lunghi e diritti, così come una quantità maggiore, potrebbe essere prodotto in condizioni di microgravità. Questi nanofili nuovi e migliorati potrebbero quindi essere utilizzati per una varietà di applicazioni, uno di quelli che sono batterie migliorate.

Clevenson, uno studente di ingegneria elettrica alla Cooper Union di New York City, ha detto che mentre i nanofili di ossido di zinco sono stati coltivati ​​in molti modi in laboratorio, poca ricerca è stata fatta nell'area della crescita dei nanofili in microgravità.

"I nanofili hanno il potenziale per essere utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni, dai dispositivi elettronici alle batterie ad alta capacità, " afferma l'abstract del team. "ZnO (ossido di zinco) è molto economico e ha proprietà piezoelettriche, e quindi un materiale altamente desiderabile. Quando un materiale piezoelettrico è sollecitato, una differenza di tensione viene creata attraverso il materiale. Questi tipi di materiali potrebbero essere utilizzati per raccogliere l'energia che viene spesa durante le attività quotidiane di routine ed eventualmente essere utili in quanto molto compatti, fonti di energia di riserva a bassa potenza sia per i robot che per gli astronauti in missioni lunari o planetarie".

Il membro del team Olivia Lenz ha affermato che le persone "sprecano" energia per l'ambiente tutto il tempo semplicemente camminando o muovendo le braccia. "Non puoi impedire a questa energia di fuggire, ma potrebbe esserci un modo per catturarlo, 'ripulirlo', e poi caricare una piccola batteria, " lei disse.

"Fondamentalmente, il materiale che abbiamo sviluppato è piezoelettrico, il che significa che quando lo pieghi o lo sforzi, si distorce la struttura cristallina e si provoca lo sviluppo di un dipolo per tutta la lunghezza del materiale. Infine, questo cambiamento di dipolo può essere sfruttato e produrre una corrente elettrica che può essere utilizzata per caricare un dispositivo come il tuo iPod o il cellulare camminando. Questo argomento è importante perché può consentire ai membri dell'esercito in mezzo al nulla di caricare i propri dispositivi elettronici senza bisogno del sole o di un generatore. O, lo stesso materiale potrebbe essere integrato nelle tute spaziali per aiutare a sostenere l'elettronica che gli astronauti portano sulla loro persona quando sono su un EVA."

Tanya Miracle, studentessa di ingegneria chimica dell'Università di Akron, ha aggiunto che un secondo vantaggio della ricerca sui nanofili di ossido di zinco del team è il potenziale per migliorare le batterie dei consumatori. "L'ossido di zinco contiene fino a 10 volte la carica del litio, quindi potenzialmente potrebbe sostituire il litio utilizzato nelle batterie, " Miracle ha detto. "Questo potrebbe produrre batterie più piccole che consentono di immagazzinare la stessa quantità di energia o una batteria delle stesse dimensioni, ma potrebbe durare 10 volte di più. L'industria delle auto elettriche potrebbe facilmente sfruttare questa situazione a proprio vantaggio".

Una delle sfide che il team ha dovuto affrontare era che gli incarichi MUST del team li facevano lavorare in diversi centri della NASA. Lenz e Clevenson erano entrambi all'Ames Research Center della NASA a Moffett Field, California, mentre Miracle era al Glenn Research Center della NASA a Cleveland, Ohio. Le ragazze hanno dovuto trovare il modo di lavorare insieme come una squadra nonostante le loro differenze geografiche. "A scuola, abbiamo un corso di gestione del progetto e lavoro di squadra che dobbiamo seguire, ma gestire un progetto con membri del team a centinaia di chilometri di distanza è molto diverso, "Miracle ha detto. "Penso che questo mi abbia davvero aiutato a imparare a essere un project manager migliore e un ricercatore migliore in generale. Ora so come condividere la conoscenza per molti chilometri in modo produttivo ed efficace."

Un'altra lezione di vita reale appresa dall'esperienza, Lenz ha detto, è come funzionano gli ingegneri nel mondo reale, con scadenze rigide e attrezzature sperimentali fastidiose.

"Non ero preparato a quanto estenuante sarebbe stato il processo quando a Houston, né ero preparato per il numero di problemi che abbiamo incontrato, " disse Lenz, che si sta laureando in chimica alla Seattle Pacific University. "Fondamentalmente, se potesse andare storto, è andata male! Ogni giorno tornavo a casa esausto e non ero sicuro che ce l'avremmo fatta a prendere l'aereo. Anche dopo il nostro primo giorno di volo abbiamo dovuto scaricare l'esperimento e risolvere i problemi! Apparentemente, questo è ciò che i veri ingegneri fanno ogni giorno."

Finanziato e gestito dalla NASA, La motivazione degli studenti universitari in Scienze e Tecnologie è amministrata dall'Hispanic College Fund. Il progetto assegna borse di studio e stage a studenti universitari che perseguono lauree in scienze, tecnologia, ingegneria e matematica, o STEM, campi. Supporta l'obiettivo della NASA di rafforzare la futura forza lavoro dell'agenzia e della nazione.