Ricercatori stampano in 3D idrogel per la protezione dalle radiazioni nello spazio

Durante i voli spaziali, sia i dispositivi che gli esseri umani rischiano l’esposizione a livelli elevati di radiazioni. Senza una protezione adeguata, gli strumenti potrebbero subire malfunzionamenti e gli astronauti potrebbero affrontare gravi rischi per la salute. Secondo l’Agenzia Spaziale Europea (ESA), un team di ricercatori della Gand University, in Belgio, sta testando il potenziale degli idrogel stampati in 3D—materiali capaci di assorbire grandi quantità di acqua—per fungere da scudi contro le radiazioni altamente efficaci.

Sulla Terra, siamo protetti dalla maggior parte delle radiazioni cosmiche grazie all’atmosfera e al campo magnetico del nostro pianeta. In un solo giorno oltre questi strati protettivi, gli astronauti sono esposti a una quantità di radiazioni equivalente a quella ricevuta sulla Terra in un intero anno. Gli esploratori che si avventureranno ancora più lontano, ad esempio durante le future missioni su Marte, avranno bisogno di un altro metodo per proteggersi da questi raggi dannosi.

Studi precedenti hanno identificato l’acqua come uno dei materiali più adatti per la schermatura dalle radiazioni, poiché è relativamente densa e contiene molti atomi di idrogeno, che interagiscono con le particelle di radiazione in arrivo rallentandole. Tuttavia, un sistema di protezione basato su acqua libera presenta diverse sfide.

Contenitori ingombranti integrati nelle tute spaziali potrebbero limitare i movimenti degli astronauti, una distribuzione non uniforme dell’acqua porterebbe a una protezione incompleta e il liquido potrebbe fuoriuscire in caso di perforazione del contenitore—una situazione particolarmente pericolosa in un ambiente ricco di componenti elettronici.

A seguito di un progetto di ricerca preliminare (Discovery) andato a buon fine, un team del Polymer Chemistry and Biomaterials Group (PBM) dell’Università di Gand sta studiando l’uso dei polimeri superassorbenti (SAP) come materiale alternativo per la protezione dalle radiazioni, offrendo una soluzione più sicura ed efficace rispetto all’acqua. I SAP sono materiali capaci di assorbire fino a centinaia di volte il loro peso in liquido, simili ai classici giocattoli “grow monster” che si espandono notevolmente quando immersi in acqua. Una volta saturi e gonfi, questi polimeri prendono il nome di “idrogel”.

“La bellezza di questo progetto è che stiamo lavorando con una tecnologia ben conosciuta,” ha dichiarato Lenny Van Daele della Gand University. “Gli idrogel si trovano in molti oggetti di uso quotidiano, dalle lenti a contatto ai pannolini e ai prodotti igienici. Il nostro gruppo di ricerca ha esperienza con applicazioni in campo medico—utilizzando idrogel come materiale morbido impiantabile per riparare tessuti e organi danneggiati.”

La capacità degli idrogel di trattenere l’acqua li rende adatti per la protezione dalle radiazioni sia negli habitat spaziali sia nelle tute spaziali utilizzate per le attività extraveicolari (EVA). L’acqua trattenuta in un idrogel non è libera di fluire, il che permette una distribuzione uniforme e una protezione costante. Questo significa anche che l’acqua non fuoriuscirebbe in caso di perforazione del materiale, dando agli astronauti il tempo necessario per mettersi in sicurezza.

“Il materiale potrebbe anche essere potenzialmente applicato a missioni senza equipaggio—come scudi contro le radiazioni per veicoli spaziali o come serbatoi d’acqua, una volta ottimizzato il metodo per estrarre l’acqua dall’idrogel,” ha affermato Malgorzata Holynska della sezione Materials, Environments and Contamination Control dell’Agenzia Spaziale Europea.

“Il polimero superassorbente che stiamo utilizzando può essere lavorato con diverse tecniche, una caratteristica rara e vantaggiosa tra i polimeri,” ha aggiunto Manon Minsart della Gand University. “Il nostro metodo preferito è la stampa 3D, che ci permette di creare idrogel in quasi qualsiasi forma desideriamo.”

“C’è una ricerca costante di materiali leggeri per la protezione dalle radiazioni. Nella nostra attività preliminare, abbiamo dimostrato con successo che gli idrogel sono sicuri da utilizzare in condizioni spaziali. In questo progetto successivo, stiamo applicando diverse tecniche per modellare il materiale in una struttura 3D e aumentare il processo di produzione, così da avvicinarci un passo in più all’industrializzazione,” ha concluso Peter Dubruel, responsabile del progetto.