Ett nyutvecklat material inbäddat med mikroinkapslade läkemedel kommer att läka sig själv när små sprickor bildas. Foto med tillstånd av University of Illinois När du skär dig själv, det är fantastiskt att se hur snabbt din kropp agerar för att laga såret. Omedelbart, din kropp arbetar för att dra ihop huden runt snittet. Om du har ett ärr, du kan se bevis på våra kroppars självläkande kraft. Forskare utvecklar nu en ny typ av kompositmaterial som kommer att ge samma självläkande egenskaper till rymdfarkoster.
Om människor planerar att resa långt ut i rymden och till interstellära planeter, nya avancerade material kommer att behövas för konstruktion av rymdfarkoster. En svaghet med nuvarande kompositmaterial är att de tenderar att bilda små hårsprickor, vilket kommer att orsaka stora skador över tiden. I februari 2001, forskare vid University of Illinois i Urbana Champaign meddelade att de har utvecklat ett nytt syntetiskt material som kommer att läka sig själv när det spricker eller bryts.
Det här nya smarta materialet och andra tekniker som det kan vara det första steget i att bygga ett rymdfarkoster som kan färdas miljoner mil från jorden, där reparationer inte kommer att vara enkla att göra. I denna utgåva av How Stuff WILL Work, du kommer att lära dig om detta nya självläkande komposit- och elektroniksystem som analyserar och fixar sig innan problem blir för stora.
I denna grafik kan du se hur sprickan spricker mikrokapslarna fyllda med ett läkande medel, som kontaktar katalysatorn för att binda sprickan stängd. Foto med tillstånd av University of Illinois Skador på ett rymdskepps skrov börjar ofta som små ytsprickor, som är osynliga för ögat. Dessa mikro-tunna sprickor kan också bildas under ytan av materialet, där de är dolda för synen. När dessa sprickor bildas, de kommer att växa tills materialet försvagas och går sönder. För att förhindra att dessa små sprickor sprider sig, ett nytt material har utvecklats som kommer att känna av skador och reparera sig själv direkt. Denna självläkande förmåga kan avsevärt förlänga rymdfarkostens livslängd.
Det finns tre delar i detta nya självläkande material:
När en mikrosprickor bildas i kompositmaterialet, det kommer att spridas genom materialet. Genom att göra så, denna spricka kommer att spricka mikrokapslarna och släppa det läkande medlet. Detta läkemedel kommer att flyta ner genom sprickan och kommer oundvikligen att komma i kontakt med Grubbs katalysator, som initierar polymerisationsprocessen. Denna process kommer så småningom att binda sprickan stängd. I tester, det självläkta kompositmaterialet återfick så mycket som 75 procent av sin ursprungliga styrka.
Marknaden för denna typ av självläkande material går långt utöver rymdfarkoster. Ungefär 20 miljoner ton kompositmaterial används varje år för konstruktion, försvarsprojekt, oljeutforskning till havs, elektronik och biomedicin. Detta självläkande material kommer att dyka upp i många vardagsartiklar, inklusive kretskort av polymerkomposit, konstgjorda leder, bryggstöd och tennisracketar.
Nanoteknik och rymdUnder de närmaste 20 åren, en ny industri som kallas nanoteknik kommer att orsaka betydande förändringar i våra liv. Nanoteknik innebär att man skapar mycket små maskiner eller robotar som inte är större än några nanometer. En nanometer är bara en miljarddels meter. Dessa nanomaskiner kommer att kunna manipulera atomer och tillverka material på atomnivå. Eftersom de kan replikera sig själv, dessa små maskiner kommer att göra produktionen av nästan vilken produkt som helst mycket billig.
En av nanoteknologins produkter kan vara nanomaskiner som kan släppas ut för att reparera material genom att suga in omgivande molekyler för att reparera en spricka. Om en spricka bildas i ett rymdfarkosts sammansatta skal, nanoroboter kan släppas för att samla molekyler runt rymdfarkosten för att reparera sprickan.
Innan nanotekniken kan ta fart, forskare måste lära sig att manipulera atomer. Nästa utmaning blir att programmera dessa nanomaskiner för att utföra specifika uppgifter. För mer information, läs hur nanoteknik fungerar.
Läs mer
Under långa rymduppdrag, att upprätthålla hälsan hos inbyggda datorer och elektroniksystem är lika viktigt som att underhålla det yttre skalet. NASA arbetar med en ny typ av system som ger självreparationsmöjligheter till rymdskeppets interna ledningar. Denna nya hårdvara som kan utvecklas kommer att kunna övervaka elektroniken och korrigera systemen innan funktionsstörningar blir ett avgörande problem.
Initialt, ett självreparerande flygsystem skulle användas i flygplan innan det flyttades till rymdfarkoster. Vid NASA Aviation Safety Program , baserat på Langley Research Center, forskare arbetar med denna typ av självläkande datasystem. År 1999, den amerikanska rymdorganisationen rapporterade att den kan ha kommersiella system tillgängliga 2004. Tanken här är att skapa ett självläkande datorsystem som använder ett kluster av lågeffektsprocessorer som är löst kopplade till rymdfarkostsystem via trådlösa länkar.
Dessa hälsovård och kontrollera upprörd hantering system kan upptäcka, diagnostisera och förebygga avvikelser innan problemen blir okorrigerbara. Det datoriserade hälsohanteringssystemet kommer att övervaka vitala funktioner, hjälpa till att förebygga och minska eventuella funktionsstörningar, förbättra en flygbesättnings förmåga att bemöta problem och minska en pilots arbetsbelastning under en nödsituation. Hantering av upprörd kontroll skulle inkludera avancerade detekterings- och förutsägelsesalgoritmer, visningsformat, pilotstyrning och vägledning och kontrollmetoder för att förhindra olyckor när fel uppstår. Båda dessa system kan fungera för flygplan och rymdfarkoster.
I framtiden, rymdfarkoster kan möjligen ta oss till kanten av vårt solsystem och bortom. Om det ska vara möjligt, vi kommer att behöva rymdfarkoster med inbyggda skyddsåtgärder. Dessa smarta rymdfarkoster måste kunna känna av och reagera på potentiella problem som deras mänskliga passagerare kan se osynliga.
