Une fibre intelligente financée par l'armée et testée sur la Station spatiale internationale pourrait être utilisée pour développer des télescopes à poussière spatiale et permettre aux astronautes de sentir à travers leurs combinaisons pressurisées.

Des chercheurs de l'Army's Institute for Soldier Nanotechnologies du Massachusetts Institute of Technology ont développé un tissu acoustique si sensible aux vibrations qu'il peut détecter les impacts de particules spatiales microscopiques à grande vitesse. Une application plus terrestre de ces tissus pourrait être pour la détection des explosions et à l'avenir servir de microphones sensibles pour la détection directionnelle des coups de feu.

Le système de tissu contient des fibres sensibles aux vibrations étirées thermiquement qui sont capables de convertir l'énergie de vibration mécanique en énergie électrique. Lorsque des micrométéoroïdes ou des débris spatiaux frappent le tissu, le tissu vibre, et la fibre acoustique génère un signal électrique.

« C'est un exemple exquis d'exploitation des nanosciences pour le développement technologique qui relie les domaines physique et numérique, " dit James Burgess, Responsable du programme ISN de l'Army Research Office, un élément du commandement du développement des capacités de combat de l'armée américaine, maintenant connu sous le nom de DEVCOM, Laboratoire de recherche de l'armée. « Délivrer des méthodologies révolutionnaires issues de la science fondamentale est toujours l'une de nos principales priorités, et la possibilité de collecter des données sur la poussière spatiale à l'aide d'un capteur à fibre comme élément clé du système est vraiment excitante. »

L'armée américaine a créé l'ISN en 2002 en tant que centre de recherche interdisciplinaire consacré à l'amélioration spectaculaire de la protection, capacité de survie, et les capacités de mission des plates-formes et des systèmes de soutien du soldat et du soldat.

La fibre acoustique a été développée dans le cadre de projets ISN visant à fabriquer des fibres et des tissus de nouvelle génération pour les uniformes et les équipements de combat des soldats, capables de détecter une variété de paramètres physiologiques tels que la fréquence cardiaque et la respiration ainsi que des sons externes tels que des coups de feu et des explosions.

« Les télescopes traditionnels utilisent la lumière pour en savoir plus sur les objets distants ; ce tissu utilise l'analyse de la poussière spatiale pour en savoir plus sur l'espace, " a déclaré le Dr Yoel Fink, professeur de science des matériaux et de génie électrique au MIT. « C'est un excellent exemple de la façon dont les projets ISN nous permettent d'être très réactifs aux opportunités et de relever des défis bien au-delà de ce que nous avions initialement imaginé. »

Juliana Cherston, étudiante diplômée du MIT, le porteur de projet, appliqué un autre élément de la technologie ISN - le réseau de test d'impact de particules induit par laser, qui utilise des lasers pour accélérer de minuscules particules à des vitesses supersoniques ou même hypersoniques, et permet aux chercheurs d'imager et d'analyser leur impact sur les matériaux cibles, afin de démontrer que le système de tissu pourrait mesurer avec précision l'impulsion de petites particules se déplaçant à des centaines de mètres par seconde.

Les scientifiques utilisent maintenant les installations de l'ISN pour tester la sensibilité du tissu acoustique aux impacts de microparticules avec une cinématique similaire à celle de certains types de poussière spatiale à grande vitesse. Simultanément, les chercheurs évaluent la résilience du capteur à fibre à l'environnement hostile de l'orbite terrestre basse de la Station spatiale internationale.

Pour ce premier lancement, l'équipe de recherche a travaillé avec l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale et la société japonaise Space BD pour envoyer un échantillon de 10 cm sur 10 cm du tissu de haute technologie à la Station spatiale internationale, où il a été installé sur un mur extérieur, exposés aux rigueurs de l'espace. L'échantillon de tissu, pas alimenté pour l'instant, restera sur le laboratoire en orbite pendant un an, afin de déterminer dans quelle mesure ces matériaux survivent à l'environnement hostile de l'orbite terrestre basse.

L'équipe est également prévue pour un déploiement électrique du tissu grâce au parrainage du Laboratoire national américain de la Station spatiale internationale à la fin de 2021 ou au début de 2022. Le Laboratoire national américain de la Station spatiale internationale travaille en accord de coopération avec la NASA pour utiliser pleinement la plate-forme en orbite pour apporter de la valeur à notre nation grâce à la recherche spatiale et permettre une économie en orbite terrestre basse.

"Les fibres multi-matériaux étirées thermiquement sont développées par notre groupe de recherche au MIT depuis plus de 20 ans, " a déclaré le Dr Wei Yan, postdoctoral au Laboratoire de recherche en électronique du MIT et au Département de science et génie des matériaux. "Ce qui rend ces fibres acoustiques spéciales, c'est leur sensibilité exquise aux vibrations mécaniques. Le tissu a été montré dans des installations au sol pour détecter et mesurer l'impact quel que soit l'endroit où la poussière spatiale a touché la surface du tissu."

La surface blanche de la Station spatiale internationale est en fait un tissu protecteur appelé tissu Beta, une fibre de verre imprégnée de téflon conçue pour protéger les engins spatiaux et les combinaisons spatiales de la gravité des éléments à plus de 250 milles au-dessus de la surface de la Terre.

L'équipe de recherche pense que le tissu acoustique pourrait conduire à des tissus de grande surface qui mesurent avec précision l'impulsion sur les engins spatiaux des micrométéoroïdes et des débris spatiaux se déplaçant à des kilomètres par seconde. Les tissus intelligents peuvent également aider à fournir aux astronautes un sens du toucher à travers leurs combinaisons pressurisées en fournissant des données sensorielles de l'extérieur de la combinaison, puis en mappant ces données sur des actionneurs haptiques sur la peau du porteur.

Dans un an, ces échantillons retourneront sur Terre pour une analyse post-vol. Les chercheurs mesureront toute érosion due à l'oxygène atomique, décoloration due au rayonnement ultraviolet, et des modifications des performances du capteur à fibre après un an de cyclage thermique.

"Il est facile de supposer que puisque nous envoyons déjà ces matériaux dans l'espace, la technologie doit être très mature, " Cherston a dit. " En réalité, nous tirons parti de l'environnement spatial pour compléter nos importants efforts d'essais au sol. Notre objectif est de définir leur résilience à l'environnement spatial. »