FAMU-Forscher leisten Pionierarbeit im Bereich des 3D-Drucks im Weltraum
Die Abhängigkeit von Materialien, die von der Erde geliefert werden, beseitigen und eine bedarfsgerechte Fertigung ermöglichen
Laut der Florida A&M University (FAMU) könnte bahnbrechende Forschung im Bereich der fortschrittlichen 3D-Drucktechnologie die Art und Weise, wie Astronauten sich während lang andauernder Weltraummissionen versorgen, grundlegend verändern. Dadurch würde die Abhängigkeit von Materialien, die von der Erde geliefert werden, entfallen und die bedarfsgerechte Fertigung im Weltraum ermöglicht werden.
Die bahnbrechende Arbeit unter der Leitung von Professor Subramanian Ramakrishnan vom Fachbereich Chemie- und Biomedizintechnik am FAMU-FSU College of Engineering hat sich eine Förderung der NASA in Höhe von 5 Millionen US-Dollar gesichert, um Materialien der nächsten Generation zu entwickeln, die für die zukünftige Weltraumforschung von entscheidender Bedeutung sind.
„Stellen Sie sich vor, Sie könnten während einer Weltraummission Sensoren, Strahlenschutzvorrichtungen oder sogar funktionelles Gewebe drucken, während die Mission voranschreitet“, sagte Ramakrishnan. „Diese Fähigkeit könnte das Paradigma der Weltraumforschung verändern und Missionen nachhaltiger und anpassungsfähiger gegenüber unvorhergesehenen Herausforderungen machen.“
Materialien für die Raumfahrtbranche
Das Team von Ramakrishnan entwickelt spezielle 2D-Materialien namens MXenes sowie metallische und halbleitende Nanopartikel, um fortschrittliche Tinten zu entwickeln, die speziell für den 3D-Druck in außerirdischen Umgebungen konzipiert sind.
„Diese fortschrittlichen Tinten werden zum Drucken von Sensoren, die Gase und Belastungen erkennen, bis hin zu Antennen, Strahlenschutz und flexiblen elektronischen Schaltkreisen verwendet“, sagte Ramakrishnan. „Sie sind besonders wichtig für 3D-gedruckte Materialien, die bei Weltraummissionen zum Einsatz kommen.“
Diese Forschung stellt einen entscheidenden Schritt in Richtung der Fertigung im Weltraum (ISM) dar und ermöglicht es Astronauten, das, was sie benötigen, während ihres Aufenthalts im Orbit selbst herzustellen, anstatt auf von der Erde transportierte Materialien angewiesen zu sein.
Interstellare Ressourcen
Zu den vielversprechendsten Innovationen gehört die Nutzung von Mond- und Marsboden – bekannt als Regolith – zur Herstellung spezieller Druckmaterialien für zukünftige Mond- und Marsmissionen. Dieser Ansatz verwandelt lokale Ressourcen in wertvolle Baumaterialien und ermöglicht so potenziell eine nachhaltige Besiedlung anderer Welten.
Das interdisziplinäre Team, das an dieser Forschung mitarbeitet, besteht aus Satyanarayan Dev vom Fachbereich Biologische Systemtechnik der FAMU, Richard Liang von der Florida State University und Margaret Samuels vom Goddard Space Flight Center der NASA.
„Dieses System verfügt über die entscheidende Fähigkeit, die Herstellung präziser Sensormuster in einem einzigen Schritt zu vollenden, um eine hochwertige Geräteintegration sowie eine bedarfsgerechte Konstruktion und Fertigung zu gewährleisten“, so Ramakrishnan.
Präzisionsdruck
Die Forscher haben eine innovative Technik namens elektrohydrodynamischer (EHD) Druck entwickelt, bei der elektrische Felder zum präzisen Aufbringen von Nanopartikeln für flexible elektronische Sensoranwendungen eingesetzt werden.
„Durch die Kombination dieser Drucktechnik mit Laserhärtung können wir die Sensoren schnell herstellen und den Fertigungsprozess beschleunigen“, sagte Ramakrishnan. „Dieser optimierte Ansatz ist für zukünftige Weltraummissionen von entscheidender Bedeutung, insbesondere bei der Arbeit auf der Internationalen Raumstation.“
Um ihre Fähigkeiten weiterzuentwickeln, hat die Universität mit einer zusätzlichen Förderung der National Science Foundation in Höhe von 700.000 US-Dollar ein fortschrittliches nScrypt 6-Achsen-3D-Drucksystem angeschafft. Diese Spezialausrüstung kann komplexe Designs auf gekrümmten Oberflächen erstellen, was insbesondere für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie für medizinische Geräte von großem Wert ist.
„Wir experimentieren mit innovativen Tintenformulierungen und -techniken. Die Ausrüstung hilft uns dabei, neue und spannende Sensoren der nächsten Generation für die NASA herzustellen“, so Ramakrishnan.
Biomedizinische Grenzen in der Mikrogravitation
Ergänzend zur Materialforschung untersucht Co-Direktor und Assistenzprofessor Jamel Ali, wie sich menschliche Zellen in Mikrogravitationsumgebungen, ähnlich denen auf dem Mond und dem Mars, selbst organisieren.
Alis Team untersucht das Verhalten von 3D-gedruckten Geweben im Weltraum mit Auswirkungen auf die therapeutische Zellvermehrung und die regenerative Medizin. Zu seinen Mitarbeitern gehören Emily Pritchard von der FSU Medical School und Forscher der Mayo Clinic in Jacksonville, die mit dem Kennedy Space Center der NASA zusammenarbeiten.
Die Forschung befasst sich mit den besonderen Herausforderungen des 3D-Drucks biologischer Materialien auf gekrümmten Oberflächen, mit Anwendungen, die weit über die Weltraumforschung hinausgehen und medizinische Innovationen umfassen, von denen Patienten auf der Erde profitieren könnten.
