Uma fibra inteligente financiada pelo Exército sendo testada na Estação Espacial Internacional poderia ser usada para desenvolver telescópios de poeira espacial e permitir que os astronautas sentissem através de seus trajes pressurizados.

Pesquisadores do Instituto de Nanotecnologias de Soldados do Exército no Instituto de Tecnologia de Massachusetts desenvolveram um tecido acústico tão sensível a vibrações que pode detectar impactos de partículas espaciais microscópicas de alta velocidade. Uma aplicação mais terrena desses tecidos poderia ser para detecção de explosão e, no futuro, agir como microfones sensíveis para detecção de tiro direcional.

O sistema de tecido contém fibras sensíveis à vibração estiradas termicamente que são capazes de converter a energia da vibração mecânica em energia elétrica. Quando micrometeoróides ou detritos espaciais atingem o tecido, o tecido vibra, e a fibra acústica gera um sinal elétrico.

"Este é um excelente exemplo de aproveitamento da nanociência para o desenvolvimento de tecnologia que conecta os domínios físico e digital, "disse James Burgess, Gerente de programa ISN para o Gabinete de Pesquisa do Exército, um elemento do Comando de Desenvolvimento de Capacidades de Combate do Exército dos EUA, agora conhecido como DEVCOM, Laboratório de Pesquisa do Exército. "Oferecer metodologias revolucionárias que resultam da ciência fundamental é sempre uma das nossas principais prioridades, e a oportunidade de coletar dados da poeira espacial usando um sensor de fibra como um bloco de construção chave do sistema é realmente empolgante. "

O Exército dos EUA estabeleceu o ISN em 2002 como um centro de pesquisa interdisciplinar dedicado a melhorar drasticamente a proteção, capacidade de sobrevivência, e capacidades de missão do Soldado e plataformas e sistemas de apoio ao Soldado.

A fibra acústica foi desenvolvida por meio de projetos ISN destinados a construir fibras e tecidos de última geração para uniformes de soldados e equipamentos de batalha que pudessem detectar uma variedade de parâmetros fisiológicos, como frequência cardíaca e respiração, bem como sons externos como tiros e explosões.

"Os telescópios tradicionais usam luz para aprender sobre objetos distantes; este tecido usa análise de poeira espacial para aprender sobre o espaço, "disse o Dr. Yoel Fink, professor de Ciência de Materiais e Engenharia Elétrica do MIT. "Este é um grande exemplo de como os projetos da ISN nos permitem ser altamente responsivos às oportunidades e enfrentar desafios muito além do que inicialmente imaginávamos."

Juliana Cherston, estudante de pós-graduação do MIT, o líder do projeto, aplicou outra peça da tecnologia ISN - a matriz de teste de impacto de partícula induzida por laser, que usa lasers para acelerar partículas minúsculas para velocidades supersônicas ou mesmo hipersônicas, e permite que os pesquisadores visualizem e analisem seu impacto nos materiais alvo - para demonstrar que o sistema de tecido pode medir com precisão o impulso de pequenas partículas viajando a centenas de metros por segundo.

Os cientistas agora estão usando as instalações da ISN para testar a sensibilidade do tecido acústico para impactos de micropartículas com cinemática semelhante a certos tipos de poeira espacial de alta velocidade. Simultaneamente, os pesquisadores estão estabelecendo a linha de base da resiliência do sensor de fibra para o ambiente hostil da Órbita Terrestre Baixa na Estação Espacial Internacional.

Para este lançamento inicial, a equipe de pesquisa trabalhou com a Agência de Exploração Aeroespacial do Japão e a empresa japonesa Space BD para enviar uma amostra de 10 cm por 10 cm do tecido de alta tecnologia para a Estação Espacial Internacional, onde foi instalado em uma parede externa, exposto aos rigores do espaço. A amostra de tecido, sem energia por enquanto, permanecerá no laboratório orbital por um ano, a fim de determinar o quão bem esses materiais sobrevivem ao ambiente hostil da baixa órbita da Terra.

A equipe também está programada para uma implantação elétrica do tecido através do patrocínio do Laboratório Nacional da Estação Espacial Internacional dos EUA no final de 2021 ou início de 2022. O Laboratório Nacional da Estação Espacial Internacional dos EUA trabalha em acordo de cooperação com a NASA para utilizar totalmente a plataforma orbital para trazer valor para nossa nação por meio de pesquisas baseadas no espaço e possibilitar uma economia na órbita terrestre baixa.

"Fibras multimateriais trefiladas termicamente foram desenvolvidas por nosso grupo de pesquisa no MIT por mais de 20 anos, "disse o Dr. Wei Yan, pós-doutorado no Laboratório de Pesquisa de Eletrônica do MIT e no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais. "O que torna essas fibras acústicas especiais é sua sensibilidade requintada às vibrações mecânicas. O tecido foi mostrado em instalações terrestres para detectar e medir o impacto, independentemente de onde a poeira espacial impactou a superfície do tecido."

A superfície branca da Estação Espacial Internacional é na verdade um tecido de proteção chamado tecido Beta, uma fibra de vidro impregnada de Teflon projetada para proteger espaçonaves e trajes espaciais da severidade dos elementos a mais de 250 milhas acima da superfície da Terra.

A equipe de pesquisa acredita que o tecido acústico pode levar a tecidos de grandes áreas que medem com precisão o impulso de micrometeoróides e detritos espaciais viajando a quilômetros por segundo em espaçonaves. Os tecidos inteligentes também podem ajudar a fornecer aos astronautas uma sensação de toque por meio de seus trajes pressurizados, fornecendo dados sensoriais do exterior do traje e, em seguida, mapeando esses dados para atuadores hápticos na pele do usuário.

Em um ano, essas amostras retornarão à Terra para análise pós-vôo. Os pesquisadores vão medir qualquer erosão do oxigênio atômico, descoloração da radiação ultravioleta, e mudanças no desempenho do sensor de fibra após um ano de ciclagem térmica.

"É fácil presumir que, como já estamos enviando esses materiais para o espaço, a tecnologia deve ser muito madura, "Cherston disse." Na realidade, estamos aproveitando o ambiente espacial para complementar nossos importantes esforços de teste de solo. Nosso foco é estabelecer a linha de base de sua resiliência com o ambiente espacial. "