Een door het leger gefinancierde slimme vezel die op het internationale ruimtestation wordt getest, kan worden gebruikt om ruimtestoftelescopen te ontwikkelen en astronauten door hun drukpakken te laten voelen.

Onderzoekers van het Army's Institute for Soldier Nanotechnologies aan het Massachusetts Institute of Technology ontwikkelden een akoestische stof die zo gevoelig is voor trillingen dat het de impact van microscopisch kleine ruimtedeeltjes met hoge snelheid kan detecteren. Een meer aardse toepassing van deze stoffen zou kunnen zijn voor ontploffingsdetectie en in de toekomst fungeren als gevoelige microfoons voor gerichte detectie van geweerschoten.

Het weefselsysteem bevat thermisch getrokken trillingsgevoelige vezels die in staat zijn mechanische trillingsenergie om te zetten in elektrische energie. Wanneer micrometeoroïden of ruimteafval de stof raken, de stof trilt, en de akoestische vezel genereert een elektrisch signaal.

"Dit is een prachtig voorbeeld van het benutten van nanowetenschap voor technologieontwikkeling die de fysieke en digitale domeinen overbrugt, " zei James Burgess, ISN programmamanager voor het Legeronderzoeksbureau, een onderdeel van het US Army Combat Capabilities Development Command, nu bekend als DEVCOM, Leger onderzoekslaboratorium. "Het leveren van revolutionaire methodologieën die het resultaat zijn van fundamentele wetenschap is altijd een van onze belangrijkste prioriteiten, en de mogelijkheid om gegevens uit ruimtestof te verzamelen met behulp van een glasvezelsensor als een belangrijke bouwsteen van het systeem is echt opwindend."

Het Amerikaanse leger heeft de ISN in 2002 opgericht als een interdisciplinair onderzoekscentrum dat zich toelegt op het drastisch verbeteren van de bescherming, overlevingskansen, en missiemogelijkheden van de Soldier en Soldier-ondersteunende platforms en systemen.

De akoestische vezel is ontwikkeld via ISN-projecten die gericht zijn op het bouwen van vezels en stoffen van de volgende generatie voor soldatenuniformen en gevechtsuitrusting die een verscheidenheid aan fysiologische parameters kunnen detecteren, zoals hartslag en ademhaling, evenals externe geluiden zoals geweerschoten en explosies.

"Traditionele telescopen gebruiken licht om te leren over verre objecten; deze stof gebruikt ruimtestofanalyse om meer te weten te komen over de ruimte, " zei dr. Yoel Fink, hoogleraar materiaalkunde en elektrotechniek aan het MIT. "Dit is een geweldig voorbeeld van hoe ISN-projecten ons in staat stellen zeer goed in te spelen op kansen en uitdagingen aan te gaan die veel verder gaan dan we ons aanvankelijk hadden voorgesteld."

MIT-afgestudeerde student Juliana Cherston, de projectleider, een ander stuk ISN-technologie toegepast:de laser-geïnduceerde deeltjesimpacttestarray, die lasers gebruikt om kleine deeltjes te versnellen tot supersonische of zelfs hypersonische snelheden, en stelt onderzoekers in staat hun impact op doelmaterialen in beeld te brengen en te analyseren - om aan te tonen dat het weefselsysteem nauwkeurig de impuls kan meten van kleine deeltjes die met honderden meters per seconde reizen.

Wetenschappers gebruiken nu ISN-faciliteiten om de gevoeligheid van het akoestische weefsel te testen voor effecten van microdeeltjes met een vergelijkbare kinematica als bepaalde soorten ruimtestof met hoge snelheid. Tegelijkertijd, onderzoekers baseren de veerkracht van de vezelsensor op de barre omgeving van een lage baan om de aarde op het internationale ruimtestation.

Voor deze eerste lancering het onderzoeksteam werkte samen met het Japan Aerospace Exploration Agency en het Japanse bedrijf Space BD om een ​​monster van 10 cm bij 10 cm van de hightech stof naar het internationale ruimtestation te sturen, waar het op een buitenmuur was geïnstalleerd, blootgesteld aan de ontberingen van de ruimte. Het stofmonster, voorlopig zonder stroom, een jaar in het ronddraaiende laboratorium blijven, om te bepalen hoe goed deze materialen de barre omgeving van een lage baan om de aarde overleven.

Het team is ook gepland voor een elektrisch aangedreven inzet van de stof door middel van sponsoring van het International Space Station US National Laboratory eind 2021 of begin 2022. Het International Space Station US National Laboratory werkt in samenwerkingsovereenkomst met NASA om het platform in een baan om de aarde volledig te benutten. waarde toevoegen aan ons land door middel van ruimteonderzoek en een economie met een lage baan om de aarde mogelijk maken.

"Thermisch getrokken multi-materiaalvezels worden al meer dan 20 jaar ontwikkeld door onze onderzoeksgroep aan het MIT, " zei Dr. Wei Yan, postdoc in MIT's Research Laboratory of Electronics en het Department of Materials Science and Engineering. "Wat deze akoestische vezels speciaal maakt, is hun uitstekende gevoeligheid voor mechanische trillingen. De stof is in grondfaciliteiten getoond om impact te detecteren en te meten, ongeacht waar het ruimtestof het oppervlak van de stof heeft geraakt."

Het witte oppervlak van het internationale ruimtestation is eigenlijk een beschermend textielmateriaal genaamd Beta-doek, een met teflon geïmpregneerde glasvezel ontworpen om ruimtevaartuigen en ruimtepakken te beschermen tegen de hevigheid van de elementen op meer dan 250 mijl boven het aardoppervlak.

Het onderzoeksteam is van mening dat de akoestische stof kan leiden tot stoffen met een groot oppervlak die nauwkeurig de impuls meten op ruimtevaartuigen van micrometeoroïden en ruimteschroot dat met kilometers per seconde reist. De slimme stoffen kunnen astronauten ook een tastgevoel geven via hun drukpakken door sensorische gegevens van de buitenkant van het pak te verstrekken en die gegevens vervolgens in kaart te brengen met haptische actuatoren op de huid van de drager.

In een jaar, deze monsters keren terug naar de aarde voor analyse na de vlucht. De onderzoekers zullen eventuele erosie van atomaire zuurstof meten, verkleuring door ultraviolette straling, en veranderingen in de prestaties van de vezelsensor na een jaar thermische cycli.

"Het is gemakkelijk om aan te nemen dat, aangezien we deze materialen al naar de ruimte sturen, de technologie moet heel volwassen zijn, "Zei Cherston. "In werkelijkheid, we maken gebruik van de ruimteomgeving als aanvulling op onze belangrijke inspanningen op het gebied van grondtesten. Onze focus ligt op het baseren van hun veerkracht op de ruimteomgeving."