Gli studenti universitari competono per portare la stampa 3D spaziale nella sfida della NASA MINDS del 2021
Cinque team di college statunitensi hanno ricevuto $ 1.500 ciascuno dal Minority University Research and Education Project (MUREP) Innovative New Designs for Space (MINDS) nel 2021 per progettare, costruire e testare le loro idee progettuali innovative che un giorno potrebbero supportare l’ambizioso programma Artemis dell’agenzia spaziale , previsto per il ritorno degli esseri umani sulla Luna nel prossimo decennio. Studenti del Georgia Gwinnett College , Navajo Technical University , University of Central Florida , University of the District of Columbia e Texas State University , si sono concentrati sulla ricerca, la progettazione e la costruzione di tecnologie di stampa 3D per missioni off-Earth.
Il MUREP della NASA coinvolge i team delle istituzioni al servizio delle minoranze (MSI) per partecipare alla sfida MINDS, un’attività multi-semestrale di livello universitario che supporta Artemis e la Direzione della missione per l’esplorazione umana e le operazioni . Le capacità, la creatività e l’innovazione degli studenti sono messe alla prova dall’iniziativa di progettare e costruire le tecnologie necessarie in orbita. Trentacinque team di oltre 30 università hanno gareggiato nelle attività di quest’anno e alla fine di aprile 2021 i progetti di team selezionati sono stati esaminati dai giudici della NASA e alcuni di loro hanno ricevuto riconoscimenti e fino a $ 5.000.
Un team interdisciplinare di studenti di ingegneria meccanica e aerospaziale dell’Università della Florida centrale ha progettato una stampante 3D per la produzione di sensori nanocompositi in grado di rilevare stress e danni strutturali nello spazio. Il loro progetto LunarMakes3D è andato a vincere il terzo premio per Systems Engineering Paper e una menzione d’onore per la progettazione, la costruzione e la dimostrazione complessive nella NASA MINDS Challenge.
Gli studenti senior Vanessa D’Esposito, Perla Latorre Suarez, Nya Segura-Watson, Rohan Madathil e Felix Morales si sono concentrati sullo sviluppo di un metodo di stampa 3D con la giusta matrice polimerica e parametri di stampa per produrre sensori nanocompositi per facilitare il rilevamento autonomo dell’integrità strutturale di componenti. Ad esempio, descrivono come le nanoparticelle di allumina fotoluminescenti all’interno di una matrice polimerica possono essere utilizzate per valutare lo stress e rilevare regioni di danno sulle parti strutturali. Il team leader Suarez ha sottolineato che il monitoraggio dell’integrità strutturale di qualsiasi componente è importante sulla Terra e nello spazio. Tuttavia, per gli oggetti stampati in orbita, Suarez ha affermato che è difficile determinare se eseguiranno il lavoro previsto. Quindi i sensori stampati in 3D applicati a queste strutture potrebbero garantire missioni sicure ed efficienti.
Studenti senior Vanessa D’Esposito, Perla Latorre Suarez, Nya Segura-Watson, Rohan Madathil e Felix Morales dell’Università della Florida centrale. Immagine per gentile concessione della University of Central Florida
Al Georgia Gwinnett College (GGC), il maggiore junior in matematica applicata Marco Montero e il secondo maggiore IT Ahkeelah Lindo hanno proposto di ricercare nuovi progetti di stampanti 3D per i membri dell’equipaggio da utilizzare nelle missioni spaziali e si sono concentrati sul rafforzamento della resilienza dei materiali stampati in 3D modificando la struttura da realizzare. loro più leggeri, durevoli e più forti.
L’obiettivo finale del loro progetto intitolato “Esplorare modi per migliorare le proprietà funzionali del materiale stampato in 3D per la missione di Artemis” è quello di estendere le applicazioni della stampa 3D per la produzione spaziale, soprattutto perché la NASA e le società spaziali commerciali stanno scoprendo conoscenze scientifiche e sviluppando tecnologie. creare stabilimenti abitabili a lungo termine sulla Luna, su Marte e oltre.
Guidati dal professore associato di fisica GGC Sairam Tangirala, gli studenti hanno lavorato in modo proattivo alla progettazione e alla costruzione della tecnologia 3D. Sperano che un giorno il progetto possa consentire alla NASA di riciclare, ridurre la capacità di carico, sostituire oggetti eccessivamente pesanti e preparare parti personalizzate per le sue missioni spaziali.
Gli studenti di ingegneria della Navajo Technical University hanno studiato i materiali lunari come materia prima per la produzione additiva (AM) e l’utilizzo delle risorse in situ . Attraverso il loro progetto “Skyhawks Print the Future”, il team sperava di sviluppare metodi per gli astronauti di componenti di stampa 3D su richiesta per supportare il programma Artemis e stabilire una presenza sostenuta per la futura colonizzazione lunare.
Con le iniziative di esplorazione dello spazio che cercano di sviluppare habitat extraterrestri a lungo termine, vi è la necessità immediata di maturare sistemi innovativi di raccolta di energia. Nell’ambito del progetto Artemis, la NASA prevede di sviluppare un centro di ricerca abitabile vicino al polo sud della luna, che richiederà un robusto sistema di pannelli solari per raccogliere e fornire l’energia necessaria per quelle missioni.
Utilizzando strumenti di progettazione digitale 3D e moduli di ottimizzazione della topologia, un team dell’Università del Distretto di Columbia a Washington DC ha proposto una struttura di distribuzione ottimizzata per massimizzare il rapporto resistenza / peso. Descritto come “Firebirds Solar Harvester”, il progetto ha sfruttato le tecnologie di stampa 3D per creare un prototipo funzionante basato su geometrie ottimizzate e non tradizionali che sono possibili solo utilizzando AM.
Infine, gli studenti della Texas State University hanno suggerito il “CaerusCrete”, un progetto per sviluppare un nuovo e versatile set di materiali da costruzione per supportare la futura costruzione massiccia sulla Luna e su Marte. Gli studenti hanno stabilito che il materiale non avrebbe avuto bisogno di alcun legante artificiale, come il cemento, per tenerlo insieme. Invece, hanno proposto che un microrganismo vivente potrebbe essere utilizzato per “biomineralizzare i materiali granulari” trovati sul sito, come la regolite , per ottenere una forza sufficiente convertendo l’anidride carbonica in carbonato di calcio tramite la fotosintesi. Questo progetto potrebbe avere un impatto significativo sulla missione Artemis fornendo una potenziale soluzione alle sfide della costruzione additiva al di fuori della Terra , utilizzando la regolite e altre risorse in situ disponibili per i membri dell’equipaggio su altri pianeti.
Il coinvolgimento degli studenti universitari nelle tecnologie specifiche rilevanti e necessarie per Artemis fornisce un percorso chiaro per entrare nella NASA e nella forza lavoro aerospaziale. Inoltre, NASA MINDS ritiene che il lavoro svolto dagli studenti abbia il potenziale per accelerare l’innovazione e aiutare nelle scoperte tecnologiche. In effetti, Theresa Martinez, Activity Manager di MINDS, ha descritto il successo del programma come imperniato sulla “creazione di nuove tecnologie” e gli studenti come i pensatori più “fuori dagli schemi del nostro tempo”. Come in molti progetti finanziati dalla NASA, continuiamo a vedere un coinvolgimento significativo delle iniziative di stampa 3D, soprattutto perché la tecnologia continua a maturare ed espandersi, interrompendo più industrie.
