Imaginez une batterie de téléphone portable qui se charge à chaque pas que vous faites ou une combinaison spatiale qui utilise l'énergie dépensée par les astronautes pour faire fonctionner l'électronique de la combinaison. Une équipe d'étudiants menant des recherches de la NASA sur cette utilisation innovante de la nanotechnologie a poussé ses recherches vers de nouveaux sommets. L'équipe, comprenant Hannah Clevenson, Olivia Lenz et Tanya Miracle, ont effectué une expérience liée à leurs recherches en nanotechnologie sur un vol en gravité réduite de la NASA.

Le programme d'opportunités de vol pour étudiants en gravité réduite au Johnson Space Center de la NASA à Houston offre aux équipes d'étudiants de premier cycle la possibilité de proposer, conception, fabriquer et piloter des expériences sur un avion spécial à gravité réduite. L'avion effectue une série de montées raides suivies de piqués raides, appelés arcs paraboliques, résultant en de courtes périodes de gravité réduite.

L'expérience de l'équipe a étudié les propriétés des nanofils d'oxyde de zinc produits dans des conditions de microgravité et a comparé les résultats avec les propriétés des nanofils d'oxyde de zinc produits en laboratoire. En particulier, l'équipe s'est intéressée aux effets de la gravité réduite sur la morphologie des échantillons.

Les étudiants participaient au programme Motivating Undergraduates in Science and Technology de la NASA, ou DOIT, projet. L'ingénieur de la NASA Tamra George a encadré l'équipe.

Selon Hannah Clevenson et le résumé de l'équipe, il est possible que des nanofils plus longs et plus droits, ainsi qu'une plus grande quantité, pourrait être produit en microgravité. Ces nanofils nouveaux et améliorés pourraient ensuite être utilisés pour une variété d'applications, l'un de ceux étant des batteries améliorées.

Clevenson, un étudiant en génie électrique à Cooper Union à New York City, a déclaré que si les nanofils d'oxyde de zinc ont été cultivés de plusieurs manières en laboratoire, peu de recherches ont été menées dans le domaine de la croissance des nanofils en microgravité.

"Les nanofils ont le potentiel d'être utilisés dans un large éventail d'applications, des appareils électroniques aux batteries haute capacité, " indique le résumé de l'équipe. " Le ZnO (oxyde de zinc) est très bon marché et possède des propriétés piézoélectriques, et donc un matériau hautement souhaitable. Lorsqu'un matériau piézoélectrique est sollicité, une différence de tension est créée à travers le matériau. Ces types de matériaux pourraient être utilisés pour récupérer l'énergie dépensée lors des tâches quotidiennes de routine et éventuellement être utiles car très compacts, sources d'énergie de secours à faible consommation pour les robots et les astronautes en mission lunaire ou planétaire."

La membre de l'équipe, Olivia Lenz, a déclaré que les gens « gaspillaient » de l'énergie dans l'environnement tout le temps simplement en marchant ou en bougeant les bras. "Vous ne pouvez pas empêcher cette énergie de s'échapper, mais il peut y avoir un moyen de le capturer, le "récupérer", puis chargez une petite batterie, " elle a dit.

"Essentiellement, le matériau que nous avons développé est piézoélectrique, ce qui signifie que lorsque vous le pliez ou le tendez, vous déformez la structure cristalline et provoquez le développement d'un dipôle sur toute la longueur du matériau. Finalement, ce changement de dipôle peut être exploité et produire un courant électrique qui peut être utilisé pour charger un appareil comme votre iPod ou votre téléphone portable en marchant. Ce sujet est important car il peut permettre aux militaires au milieu de nulle part de recharger leurs appareils électroniques sans avoir besoin du soleil ou d'un générateur. Ou, le même matériau pourrait être intégré dans des combinaisons spatiales pour aider à maintenir l'électronique que les astronautes transportent sur eux lorsqu'ils sont sur une EVA."

L'étudiante en génie chimique de l'Université d'Akron, Tanya Miracle, a ajouté qu'un deuxième avantage de la recherche sur les nanofils d'oxyde de zinc de l'équipe est le potentiel d'amélioration des batteries grand public. "L'oxyde de zinc détient jusqu'à 10 fois la charge du lithium, donc potentiellement, il pourrait remplacer le lithium utilisé dans les batteries, " Miracle a déclaré. "Cela pourrait produire des batteries plus petites qui permettent de stocker la même quantité d'énergie ou une batterie de la même taille, mais peut durer 10 fois plus longtemps. L'industrie de la voiture électrique pourrait facilement utiliser cela à son avantage."

L'un des défis auxquels l'équipe a été confrontée était que les missions MUST de l'équipe les obligeaient à travailler dans différents centres de la NASA. Lenz et Clevenson étaient tous deux au centre de recherche Ames de la NASA à Moffett Field, Californie, tandis que Miracle était au Glenn Research Center de la NASA à Cleveland, Ohio. Les filles ont dû trouver des moyens de travailler en équipe malgré leurs différences géographiques. "À l'école, nous avons un cours de gestion de projet et de travail d'équipe que nous devons suivre, mais gérer un projet avec des membres de l'équipe à des centaines de kilomètres est très différent, " Miracle a déclaré. "Je pense que cela m'a vraiment aidé à apprendre à être un meilleur gestionnaire de projet ainsi qu'un meilleur chercheur en général. Je sais maintenant comment partager des connaissances sur de nombreux kilomètres de manière productive et efficace."

Une autre leçon réelle tirée de l'expérience, Lenz a dit, c'est comment fonctionnent les ingénieurs dans le monde réel, avec des délais serrés et un équipement expérimental gênant.

"Je n'étais pas préparé à ce que le processus serait épuisant à Houston, je n'étais pas non plus préparé au nombre de problèmes que nous avons rencontrés, " dit Lenz, qui se spécialise en chimie à l'Université du Pacifique de Seattle. "Essentiellement, si ça peut mal tourner, ça s'est mal passé ! Chaque jour, je rentrais chez moi épuisé et je ne savais pas si nous allions le faire dans l'avion. Même après notre premier jour de vol, nous avons dû décharger l'expérience et dépanner ! Apparemment, c'est ce que font tous les jours les vrais ingénieurs."

Financé et géré par la NASA, La motivation des étudiants de premier cycle en sciences et technologie est gérée par le Hispanic College Fund. Le projet attribue des bourses et des stages aux étudiants de premier cycle poursuivant des études en sciences, La technologie, ingénierie et mathématiques, ou STEM, des champs. Il soutient l'objectif de la NASA de renforcer la main-d'œuvre future de l'agence et du pays.