Mahmooda Sultana, scienziata della Nasa, sta lavorando alla miniaturizzazione di sensori stampati in 3D da impiegare in future missioni sulla Luna e su Marte.

La ricercatrice si è vista assegnare finanziamenti per 2 milioni di dollari, utili a far avanzare lo sviluppo di una piattaforma sensoristica basata sui nanomateriali.

La tecnologia in fase di sviluppo è in grado di rilevare qualsiasi concentrazione minima di gas e vapore, pressione atmosferica e temperatura, e quindi di trasmettere i dati tramite un'antenna wireless, tutto dalla stessa piattaforma autonoma che misura solo due per tre pollici.

Sultana e il suo team al Goddard Space Flight Center della Nasa a Greenbelt, nel Maryland, trascorreranno i prossimi due anni a promuovere la piattaforma multifunzionale dei sensori autonomi.

Se tutto andrà bene la tecnologia potrebbe essere utilizzata dalla Nasa per le missioni con esseri umani sulla Luna e su Marte.

Queste minuscole piattaforme potrebbero infatti essere utilizzate su rover planetari per rilevare piccole quantità di acqua e metano, ad esempio, o essere utilizzate come sensori di monitoraggio o biologici per mantenere la salute e la sicurezza degli astronauti.

Al centro del progetto finanziato dalla Nasa, la Early Career Initiative (ECI), c'è un sistema di stampa 3D sviluppato da Ahmed Busnaina e dal suo gruppo alla Northeastern University di Boston.

Il sistema di stampa 3D funziona come le stampanti offset, ma al posto dell'inchiostro, applica nanomateriali su un substrato per creare piccoli sensori. Ogni sensore prodotto è in grado di rilevare un diverso livello di gas, pressione o temperatura.

I nanomateriali, come i nanotubi di carbonio , il grafene, il disolfuro di molibdeno e altri, hanno proprietà fisiche interessanti per il progetto della Nasa: sono altamente sensibili e stabili in condizioni estreme. Sono anche leggeri, induriti contro le radiazioni e richiedono meno energia, il che li rende ideali per le applicazioni spaziali, ha detto Sultana.

Con collaborazione con la Northeastern University, Sultana e il suo team disegneranno la piattaforma dei sensori, determinando quale combinazione di materiali è la migliore per misurare le concentrazioni minime di acqua, ammoniaca, metano e idrogeno, tutte importanti nella ricerca della vita in tutto il sistema solare.

La Northeastern University utilizzerà quindi il suo sistema di stampa offset su scala nanometrica per applicare i nanomateriali.

Il gruppo di Sultana finalizzerà i singoli sensori stampato depositando ulteriori strati di nanoparticelle per migliorare la loro sensibilità, integrare i sensori con l'elettronica di lettura e impacchettare l'intera piattaforma.

I vantaggi della stampa 3D

L'approccio differisce da come i tecnici attualmente fabbricano piattaforme di sensori multifunzionali.

Anziché costruire un sensore alla volta e integrarlo con altri componenti, 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.

Innovativo è anche il progetto di Sultana per stampare sullo stesso circuito parziale di wafer di silicio un sistema 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.

In diversi precedenti progetti Sultana e il suo team hanno utilizzato la stessa tecnica per produrre e dimostrare sensori individuali costituiti da nanotubi di carbonio e disolfuro di molibdeno.

Secondo la ricercatrice questo progetto affronta la necessità della Nasa di disporre sensori a bassa potenza, piccoli, leggeri e altamente sensibili in grado di distinguere molecole importanti misurando le masse dei frammenti di una molecola. Un passo avanti, perché sebbene gli spettrometri di massa oggi possano rilevare un ampio spettro di molecole, hanno difficoltà a distinguere alcuni elementi importanti, come acqua, metano e ammoniaca.

 

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