Kovová 3D tiskárna a chirurgický robot na cestě k ISS

Mezi více než 8 000 lb (3 600 kg) nákladu, který 30. ledna odletěl z Mysu Canaveral směrem k Mezinárodní vesmírné stanici, byla dvě prvenství: první kovová 3D tiskárna na světě navržená speciálně pro použití na oběžné dráze a první miniaturizovaný chirurgický robot, který má být poslán na stanici.

První kovová 3D tiskárna navržená pro použití ve vesmíru, vyvinutá společností Airbus pro Evropskou kosmickou agenturu (ESA), bude brzy testována v laboratorním modulu Columbus na palubě Mezinárodní vesmírné stanice (ISS).

Kromě plastových 3D tiskáren, které jsou již na palubě ISS a které astronauti používají k výměně nebo opravě plastových dílů, se předpokládá, že kovová tiskárna bude vyrábět předměty a díly, které musí být vyrobeny z něčeho pevnějšího.

„Kovová 3D tiskárna přinese nové možnosti výroby na oběžné dráze, včetně možnosti vyrábět nosné konstrukční díly, které jsou odolnější než plastové ekvivalenty,“ řekla Gwenaëlle Aridon, vedoucí inženýrka Airbus Space Assembly. „Astronauti budou moci přímo vyrábět nástroje, jako jsou klíče nebo montážní rozhraní, která by mohla spojit několik částí dohromady. Flexibilita a rychlá dostupnost 3D tisku výrazně zlepší autonomii astronautů.“

Airbus

Její tvůrci museli překonat několik překážek, když dostali kovovou tiskárnu do vesmíru, která bude sedět v uzavřené kovové krabici podobné trezoru.

„První výzvou s tímto technologickým demonstrátorem byla velikost,“ řekl Sébastien Girault, systémový inženýr kovové 3D tiskárny ve společnosti Airbus. Na Zemi jsou současné kovové 3D tiskárny instalovány na minimálně 10 metrech čtverečních [108-sq-ft] laboratoř. Abychom vytvořili prototyp pro ISS, museli jsme tiskárnu zmenšit na velikost pračky.“

Pak je tu otázka bezpečnosti a ochrany ISS před laserem tiskárny a teplem, které generuje. Ve srovnání s bodem tání plastu, který se pohybuje kolem 200 °C (392 °F), může bod tání kovových slitin kompatibilních s procesem tisku překročit 1 200 °C nebo 2 192 °F. A ať už používáte plast nebo kov, emitované výpary musí být zachyceny a filtrovány uvnitř stroje, aby nekontaminovaly vzduch.

Airbus

„Bezpečnost a kontaminace jsou pro nás klíčové hnací síly nejen pro ISS, ale i pro budoucí použití na Měsíci,“ řekl Aridon.

Kovový 3D tisk na vesmírné stanici pomůže vědcům pochopit, zda tisk na oběžné dráze ovlivňuje kvalitu, čímž jsme o krok blíže k přípravě technologií nezbytných pro vytvoření trvalé přítomnosti na Měsíci.

„Zvýšení úrovně vyspělosti a automatizace aditivní výroby ve vesmíru by mohlo změnit hru na podporu života mimo Zemi,“ řekl Aridon. „Když přemýšlíme nad ISS, aplikace by mohly být úžasné. Představte si tiskárnu kovů využívající transformovaný regolit [moondust] nebo recyklované materiály k vybudování měsíční základny!“

Vesmírná verze „miniaturizovaného robotického asistenta in vivo“ neboli spaceMIRA, směřující k ISS, pomůže identifikovat další kroky při vytváření chirurgických technologií vhodných pro cestování vesmírem na velké vzdálenosti. Ale má to také důležité důsledky zde na Zemi.

„Zatímco je cestování vesmírem vzrušující, na Zemi je také okamžitá potřeba pomoci pacientům získat péči, kterou potřebují,“ řekl Shane Farritor, profesor inženýrství na University of Nebraska-Lincoln a hlavní technologický ředitel pro virtuální řez. startupová společnost, kterou spoluzaložil, aby přinesl MIRA na komerční trh.

Farritor má na mysli okamžitou potřebu zajistit přístup k chirurgům, zejména ve venkovských a odlehlých oblastech, včetně vojenských bojišť, kde nemusí být žádní lékaři po ruce.

Craig Chandler/University of Nebraska-Lincoln/University Communication & Marketing

„Vzdálená chirurgie má potenciál tyto problémy řešit, takže pacienti mohou získat zdravotní péči, kterou potřebují,“ řekl.

V nadcházejících týdnech bude spaceMIRA na dálku řízena chirurgem v Lincolnu v Nebrasce a použije obě své „ruce“ k provedení simulovaného chirurgického zákroku. Robot pracuje ze skříňky velikosti mikrovlnné trouby a levou paži ho uchopí, zatímco pravou bude řezat, podobně jako lidský chirurg provádějící pitvu tkáně na operačním sále.

„Obouruční přístup je při chirurgických zákrocích kritický, protože místní napětí je klíčem k určení ideálních míst pro resekci a řezání požadovaným způsobem,“ řekl Farritor.

Craig Chandler/University of Nebraska-Lincoln/University Communication & Marketing

spaceMIRA byla původně navržena k autonomnímu provádění operací podobných operacím, takže prvek dálkového pozemního ovládání přidává další vrstvu obtížnosti. Ze všech potenciálních problémů, kterým robot čelí, je latence – zpoždění signálu putujícího ze Země na ISS a zpět – největší. Koneckonců, signál musí urazit asi 250 mil (402 km) jedním směrem.

„Je tu spousta překážek,“ řekl Farritor. „Jak jsme se nedávno dozvěděli, může být těžké zajistit, aby konferenční místnost Zoom fungovala správně – natož tohle.“

Farritor a jeho tým obdrží data o výkonu robota během testování. spaceMIRA se vrátí na Zemi za několik měsíců. Očekává se, že kosmická loď Northrop Grumman Cygnus nesoucí vesmír MIRA a kovová 3D tiskárna dorazí k ISS 1. února.

Zdroje: Airbus, University of Nebraska-Lincoln