La NASA envoie un robot chirurgical et une imprimante 3D métallique à la Station spatiale

Les investigations scientifiques sur la dernière mission de ravitaillement de l’ISS comprennent des progrès dans l’impression 3D métallique, la fabrication de semi-conducteurs, la protection thermique de rentrée, la chirurgie robotique et la régénération des tissus cartilagineux. Ces études visent à améliorer la durabilité des missions spatiales et ont des implications significatives pour les technologies terrestres et les soins de santé.

Les tests d’une imprimante 3D métallique, la fabrication de semi-conducteurs et les systèmes de protection thermique pour la rentrée dans l’atmosphère terrestre font partie des recherches scientifiques qui NASA et les partenaires internationaux se lancent dans le Station spatiale internationale sur la 20e mission de services de réapprovisionnement commercial de Northrop Grumman. Le vaisseau spatial cargo Cygnus de la société devrait être lancé sur un EspaceX Fusée Falcon 9 depuis la station spatiale de Cap Canaveral en Floride d’ici fin janvier.

Apprenez-en davantage sur certaines des recherches effectuées en route vers le laboratoire en orbite :

Échantillons produits par l’imprimante 3D métal avant le lancement vers la station spatiale. Crédit : ESA

Impression 3D dans l’espace

Une enquête de l’ESA (Agence spatiale européenne), Metal 3D Printer teste la fabrication additive ou l’impression 3D de petites pièces métalliques en microgravité.

« Cette enquête nous fournit une première compréhension du comportement d’une telle imprimante dans l’espace », a déclaré Rob Postema de l’ESA. « Une imprimante 3D peut créer de nombreuses formes, et nous prévoyons d’imprimer des spécimens, d’abord pour comprendre en quoi l’impression dans l’espace peut différer de l’impression sur Terre et ensuite pour voir quels types de formes nous pouvons imprimer avec cette technologie. De plus, cette activité permet de montrer comment les membres d’équipage peuvent travailler en toute sécurité et efficacement en imprimant des pièces métalliques dans l’espace.

Les résultats pourraient améliorer la compréhension de la fonctionnalité, des performances et des opérations de l’impression 3D métallique dans l’espace, ainsi que de la qualité, de la résistance et des caractéristiques des pièces imprimées. Le réapprovisionnement représente un défi pour les futures missions humaines de longue durée. Les membres d’équipage pourraient utiliser l’impression 3D pour créer des pièces destinées à la maintenance des équipements lors de futurs vols spatiaux de longue durée et sur la Lune ou Marsréduisant ainsi le besoin d’emballer des pièces de rechange ou de prévoir chaque outil ou objet qui pourrait être nécessaire, économisant ainsi du temps et de l’argent au lancement.

Les progrès de la technologie d’impression 3D métallique pourraient également bénéficier à des applications potentielles sur Terre, notamment la fabrication de moteurs pour les industries automobile, aéronautique et maritime et la création d’abris après des catastrophes naturelles.

Une équipe dirigée par Airbus Defence and Space SAS dans le cadre d’un contrat avec l’ESA a développé l’enquête.

Les modules d’approvisionnement en gaz et le module de production pour l’enquête MSTIC de Redwire. Crédit : Redwire

Fabrication de semi-conducteurs en microgravité

La fabrication de semi-conducteurs et de revêtements intégrés en couches minces (MSTIC) examine comment la microgravité affecte les couches minces qui ont un large éventail d’utilisations.

« Le potentiel de production de films dotés de structures de surface supérieures et le large éventail d’applications allant de la récupération d’énergie à la technologie avancée des capteurs sont particulièrement révolutionnaires », a déclaré Alex Hayes de Redwire Space, qui a développé la technologie. « Cela représente un progrès significatif dans la fabrication spatiale et pourrait annoncer une nouvelle ère de progrès technologiques avec des implications de grande envergure pour l’exploration spatiale et les applications terrestres. »

Cette technologie pourrait permettre une fabrication autonome pour remplacer les nombreuses machines et processus actuellement utilisés pour fabriquer une large gamme de produits. semi-conducteursconduisant potentiellement au développement d’appareils électriques plus efficaces et plus performants.

La fabrication de dispositifs semi-conducteurs en microgravité peut également améliorer leur qualité et réduire les matériaux, les équipements et la main-d’œuvre nécessaires. Lors des futures missions de longue durée, cette technologie pourrait permettre de produire des composants et des dispositifs dans l’espace, réduisant ainsi le besoin de missions de réapprovisionnement depuis la Terre. La technologie a également des applications pour les appareils qui récupèrent de l’énergie et fournissent de l’énergie sur Terre.

« Bien que ce programme pilote initial soit conçu pour comparer les couches minces produites sur Terre et dans l’espace, l’objectif ultime est de s’étendre à une gamme diversifiée de zones de production dans le domaine des semi-conducteurs », a déclaré Hayes.

Vue d’artiste de l’une des capsules KREPE-2 lors de la rentrée. Crédit : A. Martin, P. Rodgers, L. Young, J. Adams, Université du Kentucky

Modélisation de la rentrée atmosphérique

Les scientifiques qui mènent des recherches sur la station spatiale ramènent souvent leurs expériences sur Terre pour des analyses et des études supplémentaires. Mais les conditions rencontrées par les engins spatiaux lors de leur rentrée atmosphérique, notamment la chaleur extrême, peuvent avoir des effets involontaires sur leur contenu. Les systèmes de protection thermique utilisés pour protéger les engins spatiaux et leur contenu sont basés sur des modèles numériques qui manquent souvent de validation par le vol réel, ce qui peut conduire à des surestimations significatives de la taille du système nécessaire et occuper un espace et une masse précieux. Kentucky Re-entry Probe Experiment-2 (KREPE-2), qui fait partie d’un effort visant à améliorer la technologie du système de protection thermique, utilise trois capsules équipées de différents matériaux de protection thermique et d’une variété de capteurs pour obtenir des données sur les conditions réelles de rentrée.

« En nous appuyant sur le succès de KREPE-1, nous avons amélioré les capteurs pour collecter plus de mesures et amélioré le système de communication pour transmettre plus de données », a déclaré le chercheur principal Alexandre Martin de l’Université du Kentucky. « Nous avons l’opportunité de tester plusieurs boucliers thermiques fournis par la NASA qui n’ont jamais été testés auparavant, et un autre entièrement fabriqué à l’Université du Kentucky, également une première. »

Les capsules peuvent être équipées pour d’autres expériences de rentrée atmosphérique, permettant ainsi d’améliorer le blindage thermique pour des applications sur Terre, telles que la protection des personnes et des structures contre les incendies de forêt.

Le robot chirurgical lors des tests au sol avant le lancement. Crédit : Société d’incision virtuelle

Chirurgie robotique à distance

Robotic Surgery Tech Demo teste les performances d’un petit robot qui peut être contrôlé à distance depuis la Terre pour effectuer des interventions chirurgicales. Les chercheurs prévoient de comparer les procédures en microgravité et sur Terre pour évaluer les effets de la microgravité et les délais entre l’espace et le sol.

Le robot utilise deux « mains » pour saisir et couper du tissu chirurgical simulé et fournir une tension qui est utilisée pour déterminer où et comment couper, selon Shane Farritor, directeur de la technologie chez Virtual Incision Corporation, développeur de l’enquête avec l’Université du Nebraska. .

Les missions spatiales plus longues augmentent la probabilité que les membres d’équipage aient besoin d’interventions chirurgicales, qu’il s’agisse de simples points de suture ou d’une appendicectomie d’urgence. Les résultats de cette enquête pourraient soutenir le développement de systèmes robotiques pour effectuer ces procédures. En outre, la disponibilité d’un chirurgien dans les zones rurales du pays a diminué de près d’un tiers entre 2001 et 2019. La miniaturisation et la possibilité de contrôler le robot à distance peuvent contribuer à rendre la chirurgie accessible partout et à tout moment.

La NASA soutient la recherche sur les robots miniatures depuis plus de 15 ans. En 2006, des robots télécommandés ont effectué des procédures dans le cadre de la mission sous-marine NEEMO (Extreme Environment Mission Operations) 9 de la NASA. En 2014, un robot chirurgical miniature a effectué des tâches chirurgicales simulées sur l’avion parabolique Zero-G.

La nano-matrice Janus Base ancre les cellules cartilagineuses (rouge) et facilite la formation de la matrice tissulaire cartilagineuse (vert). Crédit : Université du Connecticut

Cultiver du tissu cartilagineux dans l’espace

Compartment Cartilage Tissue Construct présente deux technologies, Janus Base Nano-Matrix (JBNm) et Janus Base Nanopiece (JBNp). JBNm est un matériau injectable qui fournit un échafaudage pour la formation du cartilage en microgravité, qui peut servir de modèle pour étudier les maladies du cartilage. JBNp offre un ARNthérapie basée sur la lutte contre les maladies qui provoquent la dégénérescence du cartilage.

Le cartilage a une capacité limitée à s’auto-réparer et l’arthrose est l’une des principales causes d’invalidité chez les patients âgés sur Terre. La microgravité peut déclencher une dégénérescence du cartilage qui imite la progression de l’arthrose liée au vieillissement, mais qui se produit plus rapidement. La recherche en microgravité pourrait donc conduire au développement plus rapide de thérapies efficaces. Les résultats de cette enquête pourraient faire progresser la régénération du cartilage en tant que traitement des lésions articulaires et des maladies sur Terre et contribuer au développement de moyens de maintenir la santé du cartilage lors de futures missions sur la Lune et sur Mars.

Les tests d’une imprimante 3D métallique et de systèmes de protection thermique pour la rentrée dans l’atmosphère terrestre font partie des enquêtes scientifiques que la NASA et ses partenaires internationaux lancent vers la Station spatiale internationale dans le cadre de la 20e mission de services de réapprovisionnement commercial de Northrop Grumman. Le vaisseau spatial cargo Cygnus de la société devrait être lancé sur une fusée SpaceX Falcon 9 depuis la station spatiale de Cap Canaveral en Floride au plus tôt fin janvier. Crédit : NASA