Este verano, la NASA planea lanzar su próximo rover de Marte, Perseverance, que llevará consigo el primer avión en volar en otro planeta, el Helicóptero de Marte. Como el primero de su tipo, el Helicóptero de Marte no llevará instrumentos yno recopilar datos: la NASA describe simplemente volarlo todo como una investigación de "alto riesgo y alta recompensa".
Teniendo en cuenta los riesgos de un vuelo extraterrestre, los ingenieros de Penn están sugiriendo un enfoque diferente para explorar los cielos de otros mundos: una flota de pequeños aviones que pesan casi tanto como una mosca de la fruta y no tienen partes móviles.
Estos volantes son placas de "nanocardboard", que levitan cuando brillan con luz brillante. Cuando un lado de la placa se calienta, el diferencial de temperatura hace que el aire circule a través de su estructura hueca y salga disparada de los canales corrugados que le dansu nombre, empujándolo del suelo.
Un estudio publicado recientemente demuestra las habilidades de vuelo y transporte de carga de nanocardboard en un entorno similar al de Marte. La atmósfera más delgada allí impulsaría a los voladores, permitiéndoles transportar cargas diez veces más masivas que ellas. El marciano más débilla gravedad mejoraría aún más sus capacidades.
El estudio, publicado en la revista Materiales avanzados , fue dirigido por Igor Bargatin, Profesor Asistente de la Clase de 1965 en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecánica Aplicada MEAM, y John Cortes, entonces un estudiante graduado en su laboratorio. Miembros del laboratorio, Christopher Stanczak, Mohsen Azadi,Maanav Narula, Samuel M. Nicaise y el profesor de MEAM y presidente del programa de maestría Howard Hu también contribuyeron al estudio.
"El Helicóptero de Marte es muy emocionante, pero sigue siendo una máquina única y complicada", dice Bargatin. "Si algo sale mal, su experimento ha terminado, ya que no hay forma de arreglarlo. Estamos proponiendo un enfoque completamente diferente"eso no pone todos tus huevos en una canasta "
El grupo de Bargatin ha estado experimentando y mejorando en su diseño de nanocardboard desde 2017. Inspirados por el material de embalaje de papel común, colaboraron con investigadores del Centro Singh de Nanotecnología para lograr una relación récord de peso y rigidez, como se informó en unreciente documento de Nature Communications.
Al igual que el cartón de papel y otros "compuestos estructurados tipo sándwich" utilizados en arquitectura y aviación, las propiedades del material del nanocardboard provienen de la corrugación. Consistente en una placa hueca de paredes de óxido de aluminio que tienen solo unos pocos nanómetros de espesor, esa corrugación es un patrón regular de canalesque cubre la placa, lo que mejora su rigidez a la flexión y evita la propagación de grietas.
Estos canales también son responsables de la capacidad de las placas para levitar, ya que la creación de un diferencial de temperatura genera una corriente de aire que fluye a través de su estructura hueca.
"La corriente de aire a través de estos microcanales es causada por un fenómeno clásico llamado 'fluencia térmica'", dice Hu, "que es un flujo de gas enrarecido debido al gradiente de temperatura a lo largo de la pared del canal".
Su estudio reciente permitió a los investigadores medir la capacidad de los volantes para levantar cargas útiles simuladas - anillos de silicona, unidos a la parte superior de las placas - gracias a una nueva cámara de prueba de baja presión con cámaras integradas y fuentes de luz.
Estudiar estas dinámicas es importante para examinar el potencial del nanocardboard como material para sondas atmosféricas, especialmente en otros mundos, incluidos Marte, Plutón y Tritón de la luna de Neptuno. Debido a que los volantes de nanocardboard de Bargatin pesan aproximadamente un tercio de un miligramo, tomaría más de un miligramomillones de ellos para igualar la masa del helicóptero de Marte, y más de seis mil millones para igualar el rover terrestre que lo desplegará.
Pero incluso en el entorno ideal de la atmósfera marciana, los pequeños volantes seguirían limitados a sensores y cargas útiles que son como máximo unos pocos miligramos. Como tal, Bargatin ahora está colaborando con otros investigadores sobre cómo miniaturizar sensores químicos que podríandetectar agua o metano: firmas clave de la vida en Marte.
"Además de llevar sensores", dice Bargatin, "nuestros volantes podrían simplemente aterrizar y tener granos de polvo o arena pegados pasivamente a ellos, luego transportarlos de regreso al rover para que no tenga que viajar tan lejos".
El rover también podría proporcionar un medio para pilotar los volantes de nanocardboard. A pesar de no tener partes móviles, se pueden dirigir por medio de un láser preciso, ya que la dirección del aire que sale de sus canales depende de qué partes de la placase calientan
También son posibles las aplicaciones terrestres.
"La mesosfera de la Tierra es bastante similar a la atmósfera marciana en términos de densidad, y actualmente no tenemos nada que vuele allí, ya que es demasiado baja para satélites espaciales pero demasiado alta para aviones y globos", dice Bargatin."Idealmente, le gustaría tener algunos sensores allí también. Cuanto más conocimiento tenga sobre el movimiento de la atmósfera a ese nivel, mejores predicciones podrá hacer sobre el clima de la Tierra e incluso sobre el clima".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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