Podczas misji IGNIS naukowcy zbadają pulsometr z czujnikiem na bazie nanomateriałów

Jak w warunkach kosmicznych sprawdzi się pulsometr na nadgarstek z czujnikiem opartym na nanomateriale MXene – sprawdzą naukowcy z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie w ramach eksperymentu „MXene in LEO”, który zostanie wykonany podczas polskiej misji kosmicznej IGNIS.

„MXene in LEO” to jeden z 13 eksperymentów w ramach polskiej misji technologiczno-naukowej IGNIS na Międzynarodową Stację Kosmiczną. Start załogi Ax-4 – z polskim astronautą projektowym Europejskiej Agencji Kosmicznej dr. Sławoszem Uznańskim-Wiśniewskim – odbędzie się 29 maja. Misja potrwa dwa tygodnie.

Eksperyment skupia się na badaniu MXenów – nowoczesnych nanomateriałów o wielu potencjalnych zastosowaniach w trakcie misji kosmicznych. Te odkryte w 2011 r. nanomateriały przewodzące są dwuwymiarowe i składają się z węglików, azotków i węgloazotków metali. Naukowcy z AGH zajmują się MXenami od kilku lat. Korzystają z „wersji” z węglika tytanu, którą sami produkują. W gigantycznym powiększeniu materiał przypomina arkusze papieru poskładane na wzór lasagne: na dłuższych krawędziach MXeny mają wymiary wyrażone w mikrometrach, ale jeśli chodzi o grubość, są to nanometry.

Sprawdzą, czy MXeny są stabilne i czy nadają się na kosmiczny pulsometr

Projekt „MXene in LEO” polega na przetestowaniu stabilności MXenów na niskiej orbicie okołoziemskiej.

– W tym celu przygotowaliśmy niewielką skrzyneczkę o wymiarach ok. 13x9x6 cm, w której jest zamknięta płytka PCB z nadrukowanymi czujnikami z MXenów, odpowiednio podłączonymi elektronicznie. Po włączeniu przycisku startu eksperyment będzie przebiegał automatycznie przez dwa tygodnie trwania misji – mówi PAP dr inż. Dagmara Stasiowska z zespołu badawczego.

Dodatkowo naukowcy sprawdzą, czy te nanomateriały mogą być używane jako sensory nowej generacji do pomiaru czynności życiowych podczas misji kosmicznej.

– W tym celu opracowaliśmy opaski na nadgarstek. Wyprodukowaliśmy je z biomateriału, jakim jest celuloza bakteryjna, która może stać się alternatywą dla materiałów ropopochodnych. Na odpowiednio spreparowanych opaskach nadrukowaliśmy następnie czujniki do pomiaru pulsu. Praca tych sensorów jest możliwa dzięki wykorzystaniu tzw. zjawiska piezoelektrycznego: gdy MXene się odkształca na skutek ruchu, następuje zmiana oporu, w efekcie czego zmienia się napięcie, a my widzimy wynik w postaci pomiaru. Potencjalnych zastosowań jest tu bardzo dużo. Wszystko zależy od tego, jak się te sensory skalibruje – tłumaczy naukowczyni.

Ta część badań wymaga już zaangażowania astronauty, którym będzie dr Sławosz Uznański-Wiśniewski.

– Po ich założeniu astronauta będzie musiał wykonywać konkretną sekwencję ruchów nadgarstkiem, np. pokręcić w jedną stronę albo zgiąć w konkretny sposób. Chcemy zobaczyć, czy jesteśmy w stanie nadal odpowiednio dokładnie mierzyć puls, gdy nadgarstek będzie w ruchu – wyjaśnia dr Stasiowska.

Takich opasek zostanie wysłanych sześć. Każda będzie testowana po dwa razy, więc w sumie daje to 12 testów.

Można je produkować nawet w kosmosie

Jak podkreśla dr Dagmara Stasiowska, jedną ze znaczących zalet MXenów jest to, że można je produkować przy pomocy drukarki 3D. A te znajdują się na wyposażeniu Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

– Podobnie jest z opaską, którą – przy stworzeniu odpowiedniej infrastruktury – też można by uzyskać w warunkach ISS, ponieważ w zasadzie jest to materiał wytworzony przez bakterie ze zwykłego cukru. W przypadku długich misji kosmicznych konieczne będzie zdalne monitorowanie zdrowia astronautów, a w przypadku naszych czujników będziemy je mogli nie tylko naprawić na miejscu, ale nawet je wyprodukować na nowo, od zera – dodaje.

Jeśli wyniki eksperymentu potwierdzą przypuszczenia naukowców, opaski (czy inne elementy, które można na siebie założyć) mogą stać się sensorami nowej generacji, przyczyniając się jednocześnie do rozwoju zaawansowanych czujników medycznych i telemedycyny wykorzystujących nanomateriały.

Koordynatorem eksperymentu jest dr inż. Shreyas Srivatsa. W skład zespołu badawczego z Wydziału Technologii Kosmicznych AGH (wcześniej Centrum Technologii Kosmicznych AGH) wchodzą również: prof. dr hab. inż. Tadeusz Uhl, dr Agata Kołodziejczyk, dr inż. Krzysztof Grabowski, dr inż. Dagmara Stasiowska, dr Darukesha Baraduru Hirematada, mgr inż. Wojciech Guziewicz i mgr inż. Sławomir Rudawski.

Zespół zgłosił swoje rozwiązanie opaski do ochrony patentowej, dlatego póki tego patentu nie otrzyma, nie może jej pokazywać publicznie ani zdradzać więcej szczegółów.

Źródło: naukawpolsce.pl/Agnieszka Kliks-Pudlik (PAP)/bar/amac

Czytaj także: Nanomateriały hybrydowe do efektywnego foto(elektro)katalitycznego oczyszczania wody