NASA -astronauten Scott Tingle arbetar inom Light Microscopy Module (LMM), anläggningen där ACE-T-7 kommer att äga rum. Upphovsman:NASA
När vi reser längre ut i rymden, smarta lösningar på problem som fel på motordelar och andra möjliga olyckor kommer att vara en viktig del av planeringsprocessen. 3d-utskrivning, eller additiv tillverkning, är en framväxande teknik som kan användas för att skräddarsy uppdragskritiska delar. En integrerad del av denna process är att förstå hur partikelform, storleksfördelning och förpackningsbeteende påverkar tillverkningsprocessen.
Advanced Colloids Experiment-Temperature-7-undersökningen (ACE-T-7) ombord på den internationella rymdstationen undersöker möjligheten att skapa självmonterade mikroskopiska partiklar för användning vid tillverkning av material under rymdflygning. Dessa mikroskopiska partiklar går ihop som byggstenar för att skapa material med skräddarsydda nanostrukturer, ge forskare möjligheten att ändra beteendemässiga egenskaper hos ett material enligt en uppsättning instruktioner inbäddade i partikeln.
Materialets förmåga att självmontera, och eventuellt självreparation efter en haveri, kommer att vara en nyckelelement när vi går till destinationer i djupa rymden, där det kanske inte är ett alternativ att ta med extra motordelar och andra nödvändiga föremål på grund av lagringsbegränsningar ombord på rymdfarkosten.
"Du kommer att behöva ta med pulver och kolloider som består av form- och storleksspecifika mikroskopiska partiklar som passar ihop på olika sätt. Då kan en maskin använda dessa nya material för att göra reservdelar så att människor kan överleva och fixa saker, "sa Paul Chaikin, utredningens primära utredare och professor i fysik vid New York University.
NASA -astronauten Ricky Arnold arbetar inom Light Microscopy Module (LMM). Upphovsman:NASA
Använda olika former av energi som "kontrollknappar, "forskare kunde bädda in en kod på nanonivå för ett material, ger den olika instruktioner för olika förhållanden. När det gäller ACE-T-7, forskare manipulerar temperaturen för att styra partiklarnas sammansättning och interaktioner. Upphängt i ett flytande medium, dessa partiklar är utformade för att binda till varandra på specifika sätt för att bilda 3D-kristaller när de utsätts för höga eller låga temperaturer.
"Vid en temperatur, en kristallisationsfas gynnas och vid en annan, en annan kristallisationsfas gynnas, "sa New York Universitys Stefano Sacanna, en av projektets medforskare. "I huvudsak är temperaturen en yttre stimulans för att styra och hjälpa partiklarna att binda på rätt sätt. Det är ett sätt för oss att styra dem eller kontrollera deras sammansättning."
Denna process skiljer sig inte mycket från hur levande saker skapas i naturen - byggstenar som är ihopbundna, bete sig enligt deras genetiska kod.
Forskare manipulerar temperaturen för att styra partiklarnas sammansättning och interaktioner. Upphängt i ett flytande medium, dessa partiklar är utformade för att binda till varandra på specifika sätt för att bilda 3D-kristaller när de utsätts för höga eller låga temperaturer. Upphovsman:NASA/iGoal Animation
"Vi försöker förstå materiens självmontering och eventuellt använda detta som ett sätt att tillverka nya material, sa Sacanna.
På jorden, tyngdkraften drar alla kristaller till botten av behållaren, tillåter inte observation. Rymdstationens mikrogravitationsmiljö tillåter forskare att observera hur kristallerna växer, samt separera tyngdkraftens effekter på utredningen.
"I mikrogravitationsmiljön, kraften på partiklarna är nästan en miljon gånger mindre, så de förblir suspenderade i vätskemediet, och 3D-kristaller kan odlas och observeras utan de skadliga effekterna av sedimentation, "sa New York Universitys Andrew Hollingsworth, en av projektets medforskare.
En ökad förståelse för hur alla dessa partiklar interagerar tillsammans kommer att hjälpa forskare att föra denna vetenskap till jorden i form av additiv tillverkning, i ett försök att skapa utvecklingsbara material med optimala egenskaper.
