Construyendo un traje espacial mejor

Han pasado 50 años desde que los humanos caminaron por primera vez en la luna. 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 graduado Logan Kluis han estado trabajando en desarrollos para SmartSuit, una nueva arquitectura de traje espacial que crearía un entorno de traje espacial mejor y más seguro para la actividad extravehicular (EVA). en superficies planetarias.

El SmartSuit es una arquitectura de traje espacial propuesta por Díaz Artiles que se enfoca en tres mejoras clave al diseño del traje actual; mayor movilidad, mayor seguridad e interacción informada entre el medio ambiente 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 suave para las articulaciones de la rodilla.

“El traje espacial actual ha sido diseñado para condiciones de microgravedad; en estas condiciones, los astronautas no necesitan caminar o moverse usando la parte inferior del cuerpo, generalmente se trasladan usando la parte superior del cuerpo”, 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 rodilla robótica blanda que han desarrollado funcionan usando presión de gas para expandir las cámaras internas de modo que se empujen entre sí. A medida que cada uno se expande, el actuador se dobla. Y al usar un material suave, el actuador se adapta al cuerpo humano, creando 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 gasta energía que los astronautas querrán conservar cuando realicen misiones EVA. Esa 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 estás recolectando muestras y haciendo pruebas, gastas 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 centró en actuadores para las articulaciones de la rodilla, pero en última instancia, su objetivo es integrar actuadores en una capa de cuerpo completo, mejorando el movimiento en varias articulaciones del cuerpo. Esa capa presionaría relativamente fuerte contra el astronauta, proporcionando 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, menor será la 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 de la atmósfera es de aproximadamente 14,7 libras por pulgada cuadrada (psi). El traje espacial actual proporciona alrededor de 4,3 psi, lo que empuja contra el cuerpo del astronauta y contribuye al efecto globo. Pero si una capa robótica blanda de cuerpo completo pudiera proporcionar 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 muy ajustado o mallas muy ajustadas. Esa presión que presiona su cuerpo reemplazaría o se sumaría a la presión del gas», dijo Kluis. «Entonces, la idea con el SmartSuit es que usaría presión mecánica y presión de gas».

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

Díaz Artiles y su equipo continúan trabajando en la arquitectura SmartSuit, y los prototipos de actuadores son un desarrollo prometedor en la creación de un traje espacial más cómodo e ingenioso para futuras misiones planetarias. Su objetivo final sería que se sintiera como si el usuario se moviera sin el traje espacial puesto y sin sudar demasiado.

«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 hacia 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 de Sistemas Ambientales.