Onderzoekers van de South Dakota School of Mines &Technology zijn het derde jaar ingegaan van de ontwikkeling van een draagbaar en draadloos lichaamssensorsysteem - met de mogelijkheid om op afstand te worden aangedreven - dat een revolutie teweeg zal brengen in NASA-ruimtepakken.

NASA heeft een verheven doel gesteld om tegen 2030 door mensen naar Mars te reizen. Om dit doel te bereiken, betere ruimtepakken zijn essentieel, zegt dr. Sayan Roy, assistent-professor in elektrotechniek bij South Dakota Mines en een lid van het onderzoeksteam. "Een van de strategische doelen van NASA is om astronauten de verre ruimte in te sturen voor toekomstige verkenningsmissies. De gevaarlijke en onvriendelijke ruimteomgeving heeft een dramatische invloed op de gezondheidsstatus van astronauten. Om de gezondheid en veiligheid van astronauten te waarborgen, NASA onderneemt acties om de negatieve effecten van ruimtereizen op het menselijk lichaam te minimaliseren, " zegt hij. "Er is behoefte aan innovatie in het ontwerp van ruimtepakken."

Roy zegt dat het onderzoek " naadloos aansluit bij de prioriteiten in NASA's Human Exploration and Operations Mission Directorate en de Space Technology Mission Directorate. Dit project is nauw relevant voor NASA's Technology Roadmap TA 6:Human Health, Levensondersteunende en bewoningssystemen."

Terwijl in de ruimte, de gezondheid van astronauten wordt vanaf de aarde nauwlettend gevolgd. Vitale zaken zoals hartslag, zuurstofgehalte in het bloed, bloeddruk, ademvolume en huidtemperatuur worden bijgehouden, net als de beweging van elke astronaut. Momenteel, gezondheidsinformatie wordt gevolgd via bedrade sensoren in ruimtepakken. Het bedrade systeem maakt ruimtepakken zwaar en omslachtig. De huidige technologie is ook moeilijk op te lossen in het geval van een storing, zegt Roy.

De sensoren die bij Mines in ontwikkeling zijn, zouden pakken mogelijk maken die slanker en lichter zijn met een draadloos netwerk van sensoren die de gezondheidsgegevens van astronauten in realtime vastleggen en verzenden. Gemaakt van koolstofvezelmateriaal, de draadloze sensoren zorgen voor veel meer flexibiliteit bij het ontwerpen van ruimtepakken.

Dit multidisciplinaire en multi-institutionele onderzoeksproject wordt gefinancierd door NASA EPSCoR, een financieringsprogramma dat partnerschappen tussen de overheid aanmoedigt, hoger onderwijs en industrie. de $ 750, 000-subsidie ​​begon in januari 2018 en eindigt in december van dit jaar.

Bij het draadloze sensorproject zijn ook onderzoekers betrokken van twee extra universiteiten in South Dakota:University of South Dakota en South Dakota State University, evenals medewerkers bij vier NASA-onderzoekscentra en drie industriële partners.

Op de Mijnencampus, Roy wordt in het project vergezeld door Dr. Zhengtao Zhu, een universitair hoofddocent scheikunde, biologie en gezondheidswetenschappen; Dr. Edward Duke van het South Dakota Space Grant Consortium en een professor in mijnen in geologie en geologische engineering; Dr. Hao Fong, een professor in de chemie, biologie en gezondheidswetenschappen; en afgestudeerd onderzoeksassistent Ahsan Aqueeb.

Dr. Zhu zegt dat het ontwikkelen of vinden van de juiste materialen voor de sensoren een uitdaging is geweest, omdat ze compatibel moeten zijn met de menselijke huid en kleding. "Het moeten draagbare biomedische en spanningssensoren zijn die licht van gewicht zijn, comfortabel, flexibel en rekbaar, "zegt hij. Hoewel sommige sensoren in het ruimtepak zullen zitten, andere worden rechtstreeks op de huid aangebracht.

Terwijl de sensoren kritieke informatie over de fysieke gezondheid doorgeven aan de NASA-experts op aarde, sensoren kunnen ook de mogelijkheid hebben om de geestelijke gezondheid te bewaken en zelfs 'gedrag te kunnen begrijpen'. Bijvoorbeeld, het fysieke gedrag van een astronaut kan een sensor activeren om alles te herkennen, van depressie tot een blessure, die informatie doorgeven aan NASA-experts.

De sensoren zullen ook met elkaar kunnen communiceren, zegt Roy. Omdat nauwkeurige gezondheidsmonitoring van astronauten van cruciaal belang is, het systeem moet storingsvrij zijn. Als een sensor uitvalt, het systeem moet zo zijn ontworpen dat de defecte sensor kan worden geïdentificeerd door de andere sensoren en kan worden omzeild, zegt Aqueeb. "Wat er ook gebeurt, het kan niet mislukken, "zei hij. "We kunnen geen gegevens verliezen."

De sensoren moeten ook beveiligd zijn met de juiste codering om interferentie of hacking te voorkomen, een deel van het project onder toezicht van SDSU.

Misschien wel de meest uitdagende, de draadloze nodes moeten worden opgeladen zonder het voordeel van een fysieke verbinding met een stroombron. Een draadloos stroomoverdrachtsysteem is ontworpen om stroom van het ene "elektrische netwerk naar het andere" over te dragen zonder het voordeel van een draad of een fysieke verbinding van welke aard dan ook. Hoewel draadloze energieoverdracht niet nieuw is, "far field"-overdrachten, zoals van een gecentraliseerde energiebron in een nabijgelegen ruimtestation, is een nieuwere en grotere uitdaging. Tegelijkertijd, de transfers in het verre veld zullen ook krachtiger moeten zijn dan ooit tevoren.

"Hoe kunnen we de draadloze stroom op afstand met een hogere efficiëntie overdragen in de vrije ruimte?" vraagt ​​Roy. De sensoren moeten zijn ontworpen om het vermogen te "voelen" terwijl het wordt overgedragen. De krachtoverdracht moet veilig zijn voor het menselijk lichaam, omdat de sensoren zich dicht bij het lichaam bevinden en soms op de huid worden aangebracht. Dergelijke technologie zal feilloos consistent moeten zijn, goedgekeurd door instanties als de FCC en veilig voor mensen. "We hebben veel variabelen, ' zegt Roy. 'Dit zijn de uitdagingen.'

Eenmaal ontwikkeld, zulke vermogensoverdrachten in het verre veld zouden kunnen worden gebruikt in andere gebieden buiten de ruimtevaart, van precisielandbouw tot het onderhouden van contact met ondergrondse mijnwerkers. Maar voor nu, de focus ligt op de volgende generatie ruimtepakken.