O astronauta Scott Tingle da NASA trabalha dentro do Módulo de Microscopia de Luz (LMM), a instalação em que ACE-T-7 acontecerá. Crédito:NASA
À medida que viajamos mais longe no espaço, soluções inteligentes para problemas como mau funcionamento de peças do motor e outros possíveis contratempos serão uma parte vital do processo de planejamento. impressao 3D, ou manufatura aditiva, é uma tecnologia emergente que pode ser usada para criar peças de missão crítica sob medida. Uma parte integrante deste processo é entender como a forma das partículas, a distribuição do tamanho e o comportamento da embalagem afetam o processo de fabricação.
A investigação Advanced Colloids Experiment-Temperature-7 (ACE-T-7) a bordo da Estação Espacial Internacional explora a viabilidade de criar partículas microscópicas de automontagem para uso na fabricação de materiais durante o voo espacial. Essas partículas microscópicas se unem como blocos de construção para criar materiais com nanoestruturas sob medida, dando aos cientistas a capacidade de alterar as propriedades comportamentais de um material de acordo com um conjunto de instruções embutidas na partícula.
A capacidade dos materiais se montarem, e potencialmente autorreparo após uma avaria, será um elemento-chave enquanto nos dirigimos para destinos no espaço profundo, onde trazer peças extras do motor e outros itens necessários pode não ser uma opção devido às limitações de armazenamento a bordo da espaçonave.
"Você vai ter que levar consigo pós e coloides compostos de partículas microscópicas de formato e tamanho específicos que se encaixam de maneiras diferentes; então, uma máquina pode usar esses novos materiais para fazer peças de reposição para que as pessoas possam sobreviver e consertar as coisas, "disse Paul Chaikin, o principal investigador da investigação e professor de física na Universidade de Nova York.
O astronauta da NASA Ricky Arnold trabalha dentro do Módulo de Microscopia de Luz (LMM). Crédito:NASA
Usando diferentes formas de energia como "botões de controle, "os cientistas poderiam incorporar um código no nível nano de um material, dando-lhe instruções diferentes para várias condições. No caso do ACE-T-7, os pesquisadores estão manipulando a temperatura para controlar a montagem e as interações das partículas. Suspenso em um meio fluido, essas partículas são projetadas para se ligarem umas às outras de maneiras específicas para formar cristais 3-D quando expostas a altas ou baixas temperaturas.
"Em uma temperatura, uma fase de cristalização é favorecida e em outra, outra fase de cristalização é favorecida, "disse Stefano Sacanna, da Universidade de Nova York, um dos co-investigadores do projeto. "Essencialmente, a temperatura é um estímulo externo para guiar e ajudar as partículas a se ligarem da maneira certa. É uma maneira de guiá-las ou controlar sua montagem."
Este processo não é muito diferente de como as coisas vivas são feitas na natureza - blocos de construção que são amarrados juntos, comportando-se de acordo com seu código genético.
Os pesquisadores estão manipulando a temperatura para controlar a montagem e as interações das partículas. Suspenso em um meio fluido, essas partículas são projetadas para se ligarem umas às outras de maneiras específicas para formar cristais 3-D quando expostas a altas ou baixas temperaturas. Crédito:NASA / iGoal Animation
"Tentamos entender a automontagem da matéria e, potencialmente, usar isso como uma forma de fabricar novos materiais, "disse Sacanna.
Na terra, a força da gravidade puxa todos os cristais para o fundo do recipiente, não permitindo a observação. O ambiente de microgravidade da estação espacial permite aos pesquisadores observar como os cristais estão crescendo, bem como separar os efeitos da gravidade na investigação.
"No ambiente de microgravidade, a força nas partículas é quase um milhão de vezes menor, então eles permanecerão suspensos no meio fluido, e os cristais 3-D podem ser cultivados e observados sem os efeitos prejudiciais da sedimentação, "disse Andrew Hollingsworth, da Universidade de Nova York, um dos co-investigadores do projeto.
Uma maior compreensão de como todas essas partículas interagem juntas ajudará os pesquisadores a trazer essa ciência para a Terra na forma de manufatura aditiva, em um esforço para criar materiais evolutíveis com propriedades ideais.
