Construyendo un mejor traje espacial – Verve times

Han pasado 50 años desde que el hombre caminó 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 trabajaron en el desarrollo del SmartSuit, una nueva arquitectura de traje espacial que crearía un entorno de traje espacial más seguro y mejor para la actividad extravehicular (EVA ) en superficies planetarias.

El SmartSuit es una arquitectura de traje espacial ofrecida por Díaz Artiles que se enfoca en tres mejoras clave al diseño actual del traje; 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, desarrollaron prototipos de actuadores de asistencia robótica suave para las articulaciones de la rodilla.

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

Los prototipos de rodilla robótica flexible que desarrollaron funcionan mediante el uso de 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 debe luchar contra el traje, que no solo es difícil, sino que gasta energía que los astronautas querrán conservar en las 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 estudiar los efectos de estos actuadores.

«Si está recolectando muestras y haciendo pruebas, está gastando 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 incrustar actuadores en una capa de todo el cuerpo, mejorando el movimiento de múltiples articulaciones en el cuerpo. Esta capa presionaría relativamente fuerte contra el astronauta, proporcionando una contrapresión mecánica (MCP) adicional, 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 proporcionada por 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 aproximadamente 4,3 psi, lo que empuja contra el cuerpo del astronauta y contribuye al efecto globo. Pero si una capa robótica suave 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 muy ajustado o mallas realmente ajustadas. Esa presión en su cuerpo reemplazaría o se sumaría a la presión del gas», dijo Kluis. «Así que la idea con el SmartSuit es que usaría tanto la presión mecánica como la presión del gas».

Otro beneficio de usar MCP es que también podría 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 evitar la EDC en el traje espacial es respirar oxígeno puro hasta 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 preocuparse más por DCS.

Díaz Artiles y su equipo continúan trabajando en la arquitectura SmartSuit, y los actuadores prototipo son un avance prometedor en la creación de un traje espacial más cómodo e ingenioso para futuras misiones planetarias. Su objetivo final sería hacer que el usuario parezca moverse sin el traje espacial 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 puedan implementarse o ser parte de esa evolución en el próximo traje espacial».

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