Des chercheurs de la South Dakota School of Mines &Technology sont entrés dans leur troisième année de développement d'un système de capteur corporel portable et sans fil, pouvant être alimenté à distance, qui révolutionnera les combinaisons spatiales de la NASA.

La NASA a fixé un objectif ambitieux de voyage humain vers Mars d'ici 2030. Afin d'atteindre cet objectif, de meilleures combinaisons spatiales sont essentielles, dit le Dr Sayan Roy, professeur adjoint en génie électrique à South Dakota Mines et membre de l'équipe de recherche. "L'un des objectifs stratégiques de la NASA est d'envoyer des astronautes dans l'espace lointain pour de futures missions d'exploration. L'environnement spatial dangereux et hostile affecte considérablement l'état de santé des astronautes. Pour assurer la santé et la sécurité des astronautes, La NASA prend des mesures pour minimiser les effets négatifs des voyages spatiaux sur le corps humain, " dit-il. " Il y a un besoin d'innovation dans la conception des combinaisons spatiales. "

Roy dit que la recherche "s'intègre parfaitement aux priorités de la Direction des missions d'exploration et d'opérations humaines de la NASA et de la Direction des missions de technologie spatiale. Ce projet est étroitement lié à la feuille de route technologique TA 6 de la NASA:Santé humaine, Systèmes de survie et d'habitation."

Dans l'espace, la santé des astronautes est étroitement surveillée depuis la Terre. Des éléments vitaux tels que la fréquence cardiaque, taux d'oxygène dans le sang, pression artérielle, le volume respiratoire et la température de la peau sont suivis, tout comme le mouvement de chaque astronaute. Actuellement, les informations sur la santé sont suivies par des capteurs câblés à l'intérieur des combinaisons spatiales. Le système câblé rend les combinaisons spatiales lourdes et encombrantes. La technologie actuelle est également difficile à dépanner en cas de dysfonctionnement, dit Roy.

Les capteurs en cours de développement à Mines permettraient de créer des combinaisons plus élégantes et plus légères avec un réseau sans fil de capteurs qui capteront et transmettront les données de santé des astronautes en temps réel. Fabriqué en fibre de carbone, les capteurs sans fil permettront une plus grande flexibilité dans la conception des combinaisons spatiales.

Ce projet de recherche multidisciplinaire et multi-institutions est financé par la NASA EPSCoR, un programme de financement encourageant les partenariats entre le gouvernement, l'enseignement supérieur et l'industrie. Les 750 $, 000 000 a commencé en janvier 2018 et se termine en décembre de cette année.

Le projet de capteur sans fil implique également des chercheurs de deux autres universités du Dakota du Sud :l'Université du Dakota du Sud et l'Université d'État du Dakota du Sud, ainsi que des collaborateurs de quatre centres de recherche de la NASA et de trois partenaires industriels.

Sur le campus des Mines, Roy est rejoint dans le projet par le Dr Zhengtao Zhu, professeur agrégé de chimie, biologie et sciences de la santé; Dr Edward Duke du South Dakota Space Grant Consortium et professeur des Mines en géologie et en génie géologique; Dr Hao Fong, professeur de chimie, biologie et sciences de la santé; et assistant de recherche diplômé Ahsan Aqueeb.

Le Dr Zhu dit que développer ou trouver les bons matériaux pour les capteurs a été un défi car ils doivent être compatibles avec la peau et les vêtements humains. "Ils doivent être des capteurs biomédicaux et de contrainte portables légers, confortable, souple et extensible, " dit-il. Alors que certains des capteurs seront à l'intérieur de la combinaison spatiale, d'autres seront appliqués directement sur la peau.

Alors que les capteurs communiqueront des informations critiques sur la santé physique aux experts de la NASA sur Terre, les capteurs pourraient également avoir la capacité de surveiller la santé mentale et même «être capables de comprendre les comportements». Par exemple, le comportement physique d'un astronaute pourrait déclencher un capteur pour reconnaître n'importe quoi, de la dépression à une blessure, relayer cette information aux experts de la NASA.

Les capteurs pourront également communiquer entre eux, dit Roy. Parce qu'un suivi précis de la santé des astronautes est essentiel, le système doit être infaillible. Si un capteur tombe en panne, le système doit être conçu de manière à ce que le capteur défaillant puisse être identifié par les autres capteurs et contourné, dit Aqueeb. "Peu importe ce qu'il arrive, ça ne peut pas échouer, " at-il dit. "Nous ne pouvons pas perdre de données."

Les capteurs doivent également être sécurisés avec un cryptage approprié pour éviter les interférences ou le piratage, une partie du projet supervisé à SDSU.

Peut-être le plus difficile, les nœuds sans fil doivent être chargés sans bénéficier d'une connexion physique à une source d'alimentation. Un système de transfert d'énergie sans fil est conçu pour transférer l'énergie d'un "réseau électrique à un autre" sans l'avantage d'un fil ou d'une connexion physique d'aucune sorte. Bien que les transferts d'énergie sans fil ne soient pas nouveaux, Les transferts en "champ lointain", comme à partir d'une source d'alimentation centralisée située dans une station spatiale voisine, constituent un défi plus récent et plus important. À la fois, les transferts en champ lointain devront également être d'un niveau de puissance plus élevé que jamais requis auparavant.

« Comment transférer à distance la puissance sans fil dans l'espace libre avec une efficacité supérieure ? » demande Roy. Les capteurs doivent être conçus pour « détecter » la puissance au fur et à mesure qu'elle est transférée. Le transfert de puissance doit être sans danger pour le corps humain, car les capteurs sont proches du corps et parfois appliqués sur la peau. Une telle technologie devra être d'une cohérence à toute épreuve, approuvé par des agences telles que la FCC et sans danger pour les humains. "Nous avons beaucoup de variables, " dit Roy. "Ce sont les défis."

Une fois développé, de tels transferts de puissance en champ lointain pourraient être utilisés dans d'autres domaines en dehors des voyages spatiaux, de l'agriculture de précision au maintien du contact avec les mineurs souterrains. Mais pour l'instant, l'accent est mis sur la prochaine génération de combinaisons spatiales.