Ricercatori di Porto Rico sviluppano materiali stampabili in 3D per lo spazio con NASA
Nella corsa per rendere le missioni spaziali autosufficienti, non è sufficiente stampare utensili in orbita. Il chimico e ricercatore Ubaldo Cordova ha una visione più audace: creare materiali che si adattino alle radiazioni, alle temperature estreme e al vuoto dello spazio. All’Università di Porto Rico-Mayaguez, il team di Cordova, supportato dalla NASA, sta preparando polimeri che potrebbero rivoluzionare il modo in cui gli astronauti costruiscono e riparano tutto, dalle parti della navicella agli habitat, direttamente nello spazio.
Guidato da Cordova, il progetto sta esplorando materiali morbidi, flessibili e riconfigurabili che gli astronauti possono utilizzare per stampare utensili e componenti essenziali sulla Luna, su Marte o persino sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Con un finanziamento di 300.000 dollari da parte della NASA attraverso l’iniziativa Bridge Program Seed Funding, progettata per sostenere le istituzioni con meno risorse, la ricerca di Cordova punta ad affrontare una delle maggiori sfide dell’esplorazione spaziale: la necessità di missioni di rifornimento costanti dalla Terra.
Materiali adattabili per lo spazio
Il concetto di stampa 3D nello spazio non è del tutto nuovo, ma il team di Cordova sta facendo un passo avanti sviluppando materiali in grado di adattarsi alle difficili condizioni spaziali e agli stress meccanici. In un’intervista con 3DPrint.com, Cordova ha spiegato: “Questi materiali sono progettati per essere flessibili e versatili, dando agli astronauti la possibilità di stampare oggetti che soddisfino le esigenze specifiche del loro ambiente. L’idea è creare un materiale che possa cambiare le sue proprietà nello spazio. Non si tratta solo di stampare un oggetto, ma anche di poter modificare le sue caratteristiche in base alle necessità”.
Uno degli aspetti chiave di questi materiali è la loro capacità di mantenere la stabilità in microgravita. A differenza della Terra, dove le particelle liquide tendono a depositarsi a causa della gravità, nello spazio queste rimangono sospese, consentendo la creazione di oggetti stampati in 3D più stabili e durevoli. Questo è cruciale per le missioni a lungo termine, come quelle pianificate per la Luna o Marte, dove gli astronauti dovranno contare su materiali locali e sulla stampa 3D per creare utensili, riparare attrezzature e costruire strutture.
Innovazione nei materiali polimerici
I materiali sviluppati dal team di Cordova sono principalmente polimeri – materiali versatili che includono plastica flessibile, che può essere manipolata in varie forme. La novità sta nell’incorporare nanoparticelle nei polimeri, con superfici idrofile (che attraggono acqua) e idrofobe (che respingono acqua). Questa combinazione unica permette ai materiali di comportarsi in modi non possibili con i polimeri standard, creando utensili con nuove proprietà.
Queste nanoparticelle possono essere ulteriormente manipolate applicando forze esterne, come campi magnetici, che consentono alle particelle di organizzarsi in catene o cluster. Ciò significa che i materiali possono acquisire proprietà come la conduttività elettrica o la risposta magnetica, adattabili in base alle esigenze.
“Incorporando queste particelle colloidali nella matrice polimerica, possiamo creare utensili con caratteristiche avanzate, come una maggiore resistenza o persino conduttività elettrica”, ha spiegato Cordova. “Questi materiali avanzati potrebbero essere utilizzati per stampare qualsiasi cosa, dai cavi elettrici a parti meccaniche complesse in grado di resistere alle condizioni estreme dello spazio”.
Stampa in loco e prospettive future
Questi materiali potrebbero risolvere problemi ricorrenti che gli astronauti affrontano quando gli strumenti e le attrezzature necessitano di frequenti sostituzioni a causa delle condizioni spaziali, come raggi gamma o sporco. Ad esempio, la NASA richiede spesso la sostituzione di parti specifiche, come segmenti di pannelli di controllo. Utilizzando i materiali adattabili di Cordova, gli astronauti potrebbero stampare tali componenti su richiesta, riducendo la necessità di forniture dalla Terra, particolarmente importante in caso di emergenza.
Nel lungo termine, la possibilità di stampare parti e persino intere strutture su altri pianeti potrebbe cambiare radicalmente l’esplorazione spaziale, riducendo i costi e la complessità dell’invio di grandi quantità di attrezzature dalla Terra. Cordova è particolarmente entusiasta del potenziale utilizzo delle risorse locali sulla Luna o su Marte per la stampa 3D: “C’è molta ricerca in corso sull’uso del suolo lunare o marziano come materiale per la stampa 3D. La nostra idea è mescolare il suolo o il regolite disponibile in loco con la nostra matrice polimerica, creando un materiale che possa essere utilizzato per costruire strutture o utensili direttamente sul posto”.
Sebbene il progetto sia ancora nelle fasi iniziali, con gran parte del lavoro svolto sulla Terra, il team spera di testare i materiali nello spazio. Cordova afferma che l’obiettivo è inviare questi materiali sulla ISS per il collaudo. Il team sta già collaborando con la NASA per farlo accadere, ma ci sono ancora diversi passaggi da completare, inclusi test approfonditi nei laboratori della NASA al Glenn Research Center in Ohio. Il team sta anche considerando test su voli parabolici per simulare l’ambiente di microgravita.
Oltre alla ricerca presso l’Università di Porto Rico, Cordova sta collaborando con la Purdue University per sviluppare e testare ulteriormente i materiali. “Sono un teorico, quindi il mio ruolo è guidare il lavoro sperimentale. Ma abbiamo un ottimo team alla Purdue che sta lavorando sulla sintesi e il collaudo dei materiali”, ha osservato l’esperto.
Il finanziamento della NASA è stato determinante per far progredire il progetto, coprendo i costi di prototipazione e test dei materiali. In effetti, la sovvenzione di 300.000 dollari ricevuta da Cordova sosterrà il suo lavoro per i prossimi due anni, permettendogli di acquistare materiali e reclutare tre studenti laureati e uno studente universitario. Uno degli studenti laureati lavorerà alla Purdue University, mentre gli altri saranno basati a Porto Rico, con alcuni viaggi per test e collaborazioni presso Purdue e il Glenn Research.
Verso una produzione sostenibile nello spazio
Questo progetto fa parte di uno sforzo più ampio della NASA per sviluppare le tecnologie necessarie per l’esplorazione spaziale a lungo termine. Con le missioni sulla Luna negli anni 2020 e su Marte negli anni 2030 che diventano sempre più una realtà, la capacità di produrre strumenti, attrezzature e persino cibo nello spazio sarà vitale. “Il futuro della produzione nello spazio è stimolante. Non stiamo solo parlando di stampare utensili—stiamo considerando la possibilità di stampare cibo, vestiti e altri elementi essenziali di cui gli astronauti avranno bisogno per missioni di lunga durata”, afferma Cordova.
Cordova vede anche un impatto significativo di questo progetto sulla comunità locale a Porto Rico, dove l’economia spaziale sta iniziando a crescere. C’è un interesse crescente nell’industria spaziale sull’isola, con un numero sempre maggiore di aziende che investono nel settore. Coinvolgendo studenti laureati in questo progetto, Cordova vede un’opportunità per contribuire all’esplorazione spaziale e allo sviluppo scientifico ed economico di Porto Rico, restituendo qualcosa all’isola e aiutando a posizionarla come un attore emergente nell’economia spaziale globale.
