Construyendo un traje espacial mejor

Han pasado 50 años desde que los humanos pisaron la Luna por primera vez. Desde entonces, los astronautas han explorado principalmente la órbita terrestre baja. Ahora que la NASA se está preparando para regresar a la Luna, los expertos están reevaluando la practicidad del traje espacial.

Ana Díaz Artiles, profesora asistente en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la Universidad Texas A&M, y el estudiante de posgrado Logan Kluis están trabajando en el desarrollo de SmartSuit, un nuevo traje espacial arquitectura que crearía un entorno de traje espacial mejor y más seguro para la actividad extravehicular (EVA) en las superficies planetarias.

SmartSuit es una arquitectura de traje espacial propuesta por Díaz Artiles que se enfoca en tres mejoras principales al diseño actual del traje; mayor movilidad, mayor seguridad e interacción informada entre el entorno y el astronauta. Más recientemente, Diaz Artiles y Kluis, en colaboración con Robert Shepherd, profesor asociado de la Universidad de Cornell, han estado desarrollando prototipos de actuadores de asistencia de robótica blanda para las articulaciones de la rodilla.

«El traje espacial actual fue diseñado para microgravedad condiciones; en estas condiciones, astronautas no necesitan caminar o moverse usando la parte inferior del cuerpo, generalmente traducen usando su trompa«, dijo Díaz Artiles. «Ahora, cuando estés en una superficie planetaria, los astronautas necesitarán caminar, agacharse, arrodillarse, recoger rocas y muchas otras actividades similares que requieren una mejor movilidad en la parte inferior del cuerpo».

Los prototipos de rodillas robóticas blandas que desarrollaron funcionan mediante el uso de presión de gas para expandir las cámaras internas de modo que se presionen entre sí. A medida que cada uno se expande, el actuador se dobla. Y utilizando un material suave, el actuador se amolda a la cuerpo humanocreando un ajuste más cómodo y reduciendo potencialmente el riesgo de lesiones.

«La robótica blanda permitiría que los actuadores se adaptaran al cuerpo del astronauta, aumentando en gran medida su comodidad en comparación con los actuadores de superficie dura más rígidos», dijo Kluis.

Estar dentro del traje espacial actual es como estar dentro de un globo presurizado. El astronauta tiene que luchar contra el traje, lo que no solo es difícil, sino que consume energía que los astronautas querrán conservar cuando realicen misiones EVA. Esta energía gastada moviéndose contra el traje contribuye al costo metabólico, que los actuadores robóticos de asistencia podrían reducir en un 15 %, según simulaciones desarrolladas específicamente para investigar los efectos de estos actuadores.

«Si está tomando muestras y haciendo pruebas, se necesita mucha energía», dijo Kluis. «Entonces, cuando vayamos a misiones como la Luna y Marte, tendremos que traer toda esa comida o tendremos que cultivarla, por lo que cualquier tipo de ahorro que pueda tener en esa energía sería muy útil». .»

Su trabajo reciente se ha centrado en actuadores para las articulaciones de la rodilla, pero en última instancia, su objetivo es integrar los actuadores en una capa de todo el cuerpo, aumentando el movimiento en varias articulaciones del cuerpo. Esta capa ejercería una presión relativa sobre el astronauta, proporcionando una contrapresión mecánica adicional (MCP), lo que aumenta la movilidad.

“La presión y la movilidad tienen una relación inversa”, dijo Díaz Artiles. «Cuanta más presión tengas en el traje espacial, menos movilidad. Cuanta menos presión tengas, más fácil será moverte».

Esta presión se refiere a la presión de gas que proporciona el traje espacial para proteger al usuario. La presión atmosférica es de aproximadamente 14,7 libras por pulgada cuadrada (psi). El traje espacial actual proporciona alrededor de 4,3 psi, lo que empuja el cuerpo del astronauta y contribuye al efecto de globo. Pero si una capa robótica de cuerpo completo pudiera entregar 1,0 psi, por ejemplo, eso reduciría la cantidad necesaria para el traje a solo 3,3 psi: menos presión y más movilidad.

«Imagínese usar Under Armour realmente ajustado o mallas ajustadas. Esa presión sobre su cuerpo sería un sustituto o una adición a la presión del gas», dijo Kluis. «Entonces, la idea con SmartSuit es que usaría presión mecánica y presión de gas».

Otro beneficio de usar el MCP es que también puede reducir el riesgo de enfermedad por descompresión (DCS). La EDC puede ocurrir cuando la presión del gas que nos rodea disminuye relativamente rápido, por lo que el nitrógeno en nuestro cuerpo emerge en forma de burbujas dentro de los tejidos de nuestro cuerpo. La solución actual para prevenir DD dentro del traje espacial es respirar oxígeno puro hasta cuatro horas antes de realizar una EVA. Al implementar el MCP, los astronautas pueden dedicar menos tiempo a los requisitos de respiración previa y más tiempo a la exploración sin la preocupación adicional de DCS.

Díaz Artiles y su equipo continúan trabajando en la arquitectura SmartSuit, y los prototipos de actuadores son un avance prometedor en la creación de un traje espacial más flexible e ingenioso para futuras misiones planetarias. Su objetivo final sería hacer que parezca que el usuario se está moviendo sin el traje espacial y sin sudar.

“Los trajes espaciales están directamente relacionados con los viajes espaciales, lo cual es emocionante, y están a la vanguardia de eso”, dijo Kluis. «Así que siempre es divertido trabajar en nuevas tecnologías que pueden implementarse o ser parte de esa evolución para el próximo traje espacial».

Los resultados de su investigación fueron publicados en microgravedad npj, Medicina Aeroespacial y Desempeño Humanoy presentado en la 50ª Conferencia Internacional sobre Sistemas Ambientales.