La NASA assegna 2 milioni di dollari alla squadra che realizza piccoli sensori stampati in 3D per i rover planetari
I ricercatori finanziati dalla NASA useranno la tecnologia di stampa 3D per stampare sensori e persino un circuito parziale per la comunicazione wireless su una singola scheda che misura solo due per tre pollici di dimensione.
Mahmooda Sultana e il suo team al Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, hanno vinto un premio per lo sviluppo tecnologico di 2 milioni di dollari per far avanzare una piattaforma di rivelatori basata su nanomateriali in grado di rilevare tutto da concentrazioni minime di gas e vapore, pressione atmosferica e temperatura, e quindi trasmettere tali dati tramite un’antenna wireless.
L’iniziativa dovrebbe durare due anni. In caso di successo, la tecnologia potrebbe avvantaggiare gli sforzi della NASA di inviare esseri umani sulla Luna e su Marte. Queste minuscole piattaforme potrebbero essere utilizzate su rover planetari per rilevare piccole quantità di acqua e metano o essere utilizzate come sensori di monitoraggio o biologici per mantenere la salute e la sicurezza degli astronauti.
I nanomateriali, come i nanotubi di carbonio, il grafene, il disolfuro di molibdeno e altri, sono altamente sensibili e stabili in condizioni estreme. Sono anche leggeri, induriti contro le radiazioni e richiedono meno energia, rendendoli ideali per le applicazioni spaziali. I metodi attuali di produzione dei sensori implicano la costruzione di un sensore alla volta e quindi l’integrazione con altri elementi. La stampa 3D consente ai tecnici di stampare una suite di sensori su un’unica piattaforma, semplificando notevolmente l’integrazione e il processo di packaging.
Il sistema di stampa 3D, originariamente sviluppato da Ahmed Busnina e dal suo gruppo alla Northeastern University di Boston, applica nanomateriali, strato per strato, su un substrato per creare piccoli sensori. Sultana e il suo gruppo progettano la piattaforma del sensore, determinando quale combinazione di materiali è la migliore per misurare le concentrazioni minime di parti per miliardo di acqua, ammoniaca, metano e idrogeno. Usando il suo design, la Northeastern University utilizzerà quindi il suo sistema di stampa offset su scala nanometrica per applicare i nanomateriali. Una volta stampato, il gruppo di Sultana funzionalizzerà i singoli sensori depositando ulteriori strati di nanoparticelle per migliorare la loro sensibilità, integrare i sensori con l’elettronica di lettura e impacchettare l’intera piattaforma.
Anche innovativo è il piano di Sultana per stampare sullo stesso circuito parziale di wafer di silicio per un sistema di comunicazione wireless che comunica con i controllori di terra, semplificando ulteriormente la progettazione e la costruzione degli strumenti. Una volta stampati, i sensori e l’antenna wireless saranno impacchettati su un circuito stampato che contiene l’elettronica, una fonte di alimentazione e il resto dei circuiti di comunicazione.
“La bellezza del nostro concetto è che siamo in grado di stampare tutti i sensori e le circonity parziali sullo stesso substrato, che potrebbero essere rigidi o flessibili, eliminando molte sfide di packaging e integrazione”, ha detto Sultana. “Questa è veramente una piattaforma di sensori multifunzione: tutti i miei sensori sono sullo stesso chip, stampati uno dopo l’altro a strati”.
Secondo Sultana, il progetto affronta la necessità della NASA di sensori a bassa potenza, piccoli, leggeri e altamente sensibili in grado di distinguere molecole importanti se non misurando le masse dei frammenti di una molecola, ovvero quante missioni attualmente rilevano molecole usando gli spettrometri di massa .
“Siamo davvero entusiasti delle possibilità di questa tecnologia”, ha detto Sultana. “Con i nostri finanziamenti, possiamo portare questa tecnologia al livello successivo e potenzialmente offrire alla NASA un nuovo modo per creare piattaforme di sensori multifunzionali personalizzate, che credo possano aprire la porta a tutti i tipi di concetti e usi delle missioni. per identificare i gas su un corpo planetario potrebbe anche essere usato per creare sensori biologici che monitorano la salute degli astronauti e i livelli di contaminanti all’interno di veicoli spaziali e abitazioni “.