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Nanosensores en el espacio
Al viajar más allá de la atmósfera terrestre, es fundamental poder medir adecuadamente el nivel de varios gases que pueden filtrarse en la nave espacial. El peligro es especialmente severo durante misiones largas, cuando los contaminantes pueden acumularse en el suministro de aire, amenazando la salud de los miembros de la tripulación y el funcionamiento de instrumentación sofisticada. Científicos en Centro de Investigación Ames de la NASA (ARC) y Centro de vuelo espacial Goddard están combatiendo el problema con un nuevo nanosensor químico, el primero de este tipo que se prueba en el espacio. Cada sensor está hecho de nanotubos de carbono o nanocables, lo que le confiere una alta sensibilidad.
Sensores espaciales: El nanosensor químico desarrollado por la NASA se montó en el satélite de la marina. Midstar-1 y lanzado al espacio a través del cohete Atlas V (imagen superior). El módulo nanosensor (imagen del medio) mide aproximadamente 12 centímetros por 12 centímetros por 4 centímetros. Contiene una placa de adquisición de datos, un sistema de muestreo, un tanque de dióxido de nitrógeno y el chip sensor (imagen inferior). El nanosensor es una oblea de silicio de un centímetro por un centímetro que tiene 32 canales para la detección y utiliza diferentes materiales de nanoestructura para la detección.
En marzo, el chip nanosensor, que pesaba solo un par de gramos, viajó al espacio en un paquete electrónico y mecánico a bordo de la Academia Naval. Midstar-1 satélite, y se puso a prueba a finales de mayo. Según Jing Li, el investigador principal y científico principal de la NASA Ames, el sensor pudo soportar las condiciones intensas, incluidos los ciclos de temperatura y presión, en el espacio, así como las vibraciones extremas y los cambios de gravedad que ocurren durante el lanzamiento.
La fabricación de un sensor químico para viajes espaciales utilizando nanocomponentes es muy importante, dice Joseph Stetter, director del Centro de Innovación de Microsistemas en SRI Internacional , en Menlo Park, CA. Esta es una forma valiosa de abordar las cosas y resolver problemas en el espacio.
Los científicos de la NASA construyeron los nanosensores recubriendo nanotubos de carbono con diferentes polímeros que reaccionan con varios productos químicos, o dopando los nanotubos de carbono y nanocables con diferentes partículas metálicas catalíticas que actúan como material sensor. Hay 32 canales de detección en un chip; Dependiendo de la sustancia química a detectar, en cada canal se colocan diversos materiales de nanoestructura, nanotubos de carbono o nanocables de óxido de metal, revestidos o no revestidos. Cuando una pequeña cantidad de la sustancia química objetivo toca los materiales de detección, desencadena una reacción que hace que la corriente eléctrica que fluye a través del sensor aumente o disminuya. Las diferentes respuestas formarán un patrón, que el sensor puede utilizar para identificar un gas.
Para probar el nanosensor, los científicos inyectaron dióxido de nitrógeno en la cámara que contenía el nanosensor. Una vez que el dióxido de nitrógeno hizo contacto con los materiales de detección, el sensor pudo medir el cambio en la electricidad que pasa a través de él. Hasta ahora, los científicos han probado más de 15 productos químicos, incluidos amoníaco, peróxido de hidrógeno, cloruro de hidrógeno y formaldehído.
El uso de nanotubos de carbono para detectar los productos químicos puede tener ventajas significativas, dice Jiri Janata , profesor de la escuela de química y bioquímica del Instituto de Tecnología de Georgia. Por un lado, el uso de materiales de nanoestructura aumenta la relación superficie-volumen, lo que permite que los materiales absorban más gas y, por lo tanto, mejoren la sensibilidad.
Además del potencial aumento de sensibilidad, los nanosensores son dispositivos de estado sólido. Esto le da al sensor una vida útil de hasta cinco años, en comparación con la vida útil de seis a doce meses de los sensores electroquímicos existentes.
El chip sensor en sí tiene un centímetro cuadrado. En su paquete electrónico mide aproximadamente 5,1 centímetros por 6,4 centímetros por 2,5 centímetros y es inalámbrico: puede transmitir datos de sensores de un rincón de una habitación a otro, o una distancia de 30 metros. La baja potencia, el tamaño pequeño y el peso ligero son muy importantes en el espacio exterior, dice Stetter. La idea es que queremos más funcionalidad en paquetes más pequeños, especialmente dado el costo de llevar algo al espacio.
Los científicos de la NASA esperan eventualmente colocar el nanosensor a bordo del transbordador, la Estación Espacial Internacional y otros vehículos destinados al espacio. Los ingenieros del Centro Espacial Kennedy también han mostrado interés en el sensor para colocarlo en el área de la plataforma de lanzamiento para monitorear las fugas de combustible y la dispersión química a lo largo del radio.
La tecnología de los sensores está lista para el espacio, dice Li, pero antes de que puedan volar en una misión, tendrán que modificarse de acuerdo con los químicos que la NASA está interesada en detectar. Los sensores también tendrán que pasar por el proceso de calificación espacial de la NASA, que puede ser una larga aventura por sí solo.