Científicos estadounidenses convierten polvo lunar simulado en estructuras resistentes mediante impresión 3D láser

El equipo de científicos derritió regolito simulado lunar —una versión sintética del material polvoriento que cubre la superficie de la Luna— en capas y lo fusionó con una superficie base para fabricar pequeños objetos resistentes al calor, según detalla el estudio liderado por Sizhe Xu, investigador asociado en ingeniería de sistemas industriales de la Universidad Estatal de Ohio.

Existen dos tipos de simulantes de regolito lunar que los científicos utilizan para estudiar la superficie de la Luna, según la investigación. El equipo empleó el llamado LHS-1, diseñado para replicar el suelo encontrado en las tierras altas lunares, un área fuertemente craterizada repleta de roca basáltica de color oscuro.

La calidad del material depende significativamente de la superficie sobre la cual se imprime el suelo lunar, según reveló el estudio tras probar el proceso de fabricación bajo diferentes condiciones ambientales. Los investigadores descubrieron que mientras imprimir LHS-1 sobre superficies de acero inoxidable y vidrio resultó desafiante, el material se adhirió bien a la cerámica de alúmina-silicato, probablemente porque los dos compuestos forman cristales que mejoran la estabilidad térmica y la resistencia mecánica.

"Al combinar diferentes materias primas, como metal y cerámica, en el proceso de impresión, encontramos que el material final es realmente sensible al ambiente", dijo Xu. "Diferentes ambientes conducen a diferentes propiedades, que afectan directamente la resistencia mecánica y la resistencia al choque térmico de ciertos componentes".

Otros factores ambientales también demostraron impactar la estabilidad de la estructura, según Sarah Wolff, autora principal del estudio y profesora asistente en ingeniería mecánica y aeroespacial de la Universidad Estatal de Ohio. La cantidad de oxígeno en la atmósfera, la potencia del láser e incluso la velocidad del proceso de impresión afectaron los resultados.

"Hay condiciones que ocurren en el espacio que son realmente difíciles de emular en un simulante", dijo Wolff. "Puede funcionar en el laboratorio, pero en un ambiente escaso de recursos, tienes que intentar todo para maximizar la flexibilidad de una máquina para diferentes escenarios".

El desarrollo de sistemas especiales para viajes espaciales prolongados representa uno de los aspectos más desafiantes de la exploración humana exitosa, según el estudio. Las tecnologías creadas para la Utilización de Recursos In Situ —el aprovechamiento de recursos naturales locales en los destinos de las misiones— deben diseñarse para sobrevivir condiciones ambientales extremas de vacío, polvo y temperatura.

Los científicos están evolucionando rápidamente los sistemas de fabricación aditiva, que ayudarían a reducir la necesidad de transportar grandes cantidades de materiales y equipos pesados desde la Tierra y permitirían a los astronautas crear una variedad de estructuras, herramientas y hábitats, según la investigación. La promesa de estas tecnologías no solo ahorraría tiempo esencial de misión sino que también permitiría una independencia extendida mientras las tripulaciones viajan al espacio profundo.

El estudio sugiere que en lugar de ser alimentado por electricidad como su sistema de impresión en la Tierra, los diseños futuros del sistema probablemente podrían escalarse utilizando arquitecturas de energía solar o híbridas.

"Hay tantas aplicaciones hacia las que estamos trabajando que con nueva información, las posibilidades son infinitas", dijo Xu.

El trabajo del equipo se extiende más allá de apoyar el impulso de la humanidad hacia las estrellas, según Wolff. Obtener una mejor comprensión de cómo podría funcionar la fabricación en el espacio podría ayudar a los investigadores a descubrir nuevas formas de abordar la escasez crítica de materiales en la Tierra.

"Si podemos fabricar cosas exitosamente en el espacio usando muy pocos recursos, eso significa que también podemos lograr una mejor sostenibilidad en la Tierra", dijo Wolff. "Con ese fin, mejorar la flexibilidad de la máquina para diferentes escenarios es un objetivo hacia el que estamos trabajando muy duro".

Otros coautores de la Universidad Estatal de Ohio incluyen a Marwan Haddad, Aslan Bafahm Alamdari, Annabel Shim y Alan Luo, según el estudio. La investigación fue apoyada por el Instituto de Investigación de Materiales y Manufactura de la Universidad Estatal de Ohio y el Centro de Microscopía Electrónica y Análisis.

Si se utiliza en la superficie lunar, el material podría ayudar a construir hábitats y herramientas resistentes y no tóxicos para futuros astronautas, capacidades que serían vitales para las misiones Artemis de la NASA que apuntan a establecer una presencia humana a largo plazo en la Luna para finales de la década, según el estudio.