Dalla NASA alla vita quotidiana

Spesso ci si chiede se valga davvero la pena investire miliardi di dollari nelle missioni spaziali e nella ricerca nel campo della fisica e dell’astrofisica. Allo stesso tempo in molti non sanno che decine e decine di invenzioni pensate per lo spazio e create (nella maggior parte dei casi) da ricercatori della NASA vengono utilizzate da anni nella nostra vita quotidiana. Dal rivestimento antigraffio degli occhiali (in origine dedicato alle visiere dei caschi degli astronauti) al materiale memory foam di cui molti materassi sono fatti (utilizzato nello spazio per proteggere dagli urti gli astronauti), passando per i dispositivi senza filo a batteria (la tecnologia risale a quando nel 1960 la Black & Decker e la Nasa idearono la prima trivella usata sulla Luna) e gli apparecchi ortodontici “invisibili” (il materiale TPA – translucent polycrystalline alumina – è stato sviluppato dal NASA Industrial Application Center).

La lista è molto lunga e ogni anno (dal 1976) viene aggiornata dall’agenzia spaziale statunitense in un catalogo con cui vengono presentati i 50 brevetti tecnologici che hanno avuto le maggiori ricadute nella nostra vita negli ultimi 12 mesi (vai al sito NASA Spinoff), dalla medicina ai trasporti, dall’ambiente alla sicurezza pubblica. Nelle 237 pagine del report 2017 troviamo diverse invenzioni interessanti. Ne abbiamo selezionate una dozzina.

CONDOTTI TERMICI PER OPERAZIONI NEUROCHIRURGICHE – La NASA ha contribuito a lanciare sul mercato i prodotti della Thermacore, un’azienda leader nella produzione di condotti termici, cioè tubi utilizzati per “controllare” il calore in modo che si possa disperdere in modo sicuro. Tutto grazie al vapore e al materiale di cui sono fatti, cioè il rame. Le applicazioni di questi condotti sono state diverse negli ultimi decenni nel settore spaziale soprattutto su satelliti e sonde: le differenze di temperatura nei satelliti non rotanti tra il lato rivolto verso il Sole e il lato all’ombra causavano errori nelle parti elettroniche, per questo sono stati installati i tubo termici che hanno aiutato a portare il calore verso gli apparati più freddi. Le applicazioni sulla Terra sono importanti in campo medico: nelle operazioni al cervello i neurochirurghi utilizzano delle pinze bipolari, che sfruttano l’elettricità per tagliare e cauterizzare il tessuto con precisione assoluta. La tecnologia Thermacore permette di dissipare il calore prodotto dall’energia elettrica per garantire la sicurezza del paziente.

ABBIGLIAMENTO TERMICO, DA CALDO A FREDDO E VICEVERSA – La NASA e le aziende di tutto il mondo collaborano da anni per portare sulla Stazione spaziale internazionale e nella vita di tutti i giorni materiali in grado di proteggere da temperature eccessivamente fredde ed eccessivamente calde. Le tute spaziali devono garantire agli astronauti un’adeguata protezione termica durante le famose “passeggiate” nello spazio. La tecnologia utilizzata da decenni nella produzione di abbigliamento termico spaziale viene utilizzata oggi per prevenire i danni cerebrali dopo gli attacchi di cuore o ictus, migliorare le prestazioni sportive, per il trattamento di traumi, ed evitare il surriscaldamento sotto pesanti strati di equipaggiamento anche sui posti di lavoro. In questo settore sono popolari i materiali a cambiamento di fase, che assorbono calore passando dallo stato solido a quello liquido (come il ghiaccio in una bevanda calda) e, se esposti a temperature più fredde, rilasciano calore tornando allo stato solido. Il concetto alla base di questi materiali è stato utilizzato nella produzione di coperte termiche utilizzate nei reparti di maternità (soprattutto in regioni disagiate del mondo) per la cura dei bimbi appena nati.

DA ORION ALLE FOTOCAMERE DEI CRASH TEST – Ricordate il lancio dell’Orion Deep Space? Per monitorare le diverse fasi test di volo della capsula progettata per il volo umano nello spazio profondo, gli ingegneri del Johnson Space Center della NASA hanno utilizzato una speciale camera ultraleggera e ad alta velocità in grado di memorizzare una quantità incredibile di dati in tempo reale, supportando allo stesso tempo tutti i traumi di volo, dal decollo al rientro atmosferico fino all’ammaraggio. Si tratta di un dispositivo della Integrated Design Tools (IDT), specializzata in videocamere costruite per utilizzi scientifici e industriali soprattutto durante i crash test (anche delle auto). La videocamera è in grado di memorizzare dai 10 ai 12 Gb di dati al secondo e le sue peculiarità tecniche e di resistenza le rendono perfette per lo spazio ma anche per utilizzi militari, quando le missioni sono troppo pericolose per gli esseri umani.

MENO VIBRAZIONI, PIÙ SICUREZZA SISMICA – Troppe vibrazioni durante il lancio dei razzi? La NASA anni fa trovò una soluzione per evitare i rischi dovuti a questa problematica: utilizzare un “ammortizzatore” ultraleggero (nello specifico uno smorzatore a massa risonante) a basso costo che dissipasse l’energia delle vibrazioni su una massa secondaria utilizzando un combustibile liquido. Oggi questi dispositivi (in gergo tecnico vengono chiamati anche assorbitori armonici) sono lo standard nel settore edile, dai ponti ai grattacieli che devono resistere a oscillazioni e vibrazioni dovute a vento e terremoti.

MONITORARE LE FREDDE NUVOLE DA LASSÙ – La NASA, come sappiamo, non si occupa solo di spazio, ma monitora anche il nostro pianeta e il cielo tramite satelliti e strumenti direttamente a terra. Gli ingegneri dell’agenzia spaziale americana, in collaborazione con diverse aziende, hanno progettato un sensore particolare per monitorare le nubi fredde che potrebbero creare disagi, soprattutto agli aerei in volo a causa del ghiaccio. Il sensore, low-cost e ultraleggero, è alla base di un network che allerta le compagnie aree in caso di condizioni meteo proibitive. Adesso il dispositivo è stato venduto anche fuori dagli Stati Uniti.

ECCO IL SEGRETO DELLE FOTOCAMERE HD – La tecnologia che ci permette di avere sui nostri cellulari fotocamere sempre più ad alta definizione e all’avanguardia è nata – ma guarda un po’! – alla NASA, per la precisione presso il Jet Propulsion Laboratory (JPL). Gli ingegneri hanno progettato anni fa leggeri dispositivi di imaging (destinati a scopi scientifici) utilizzando la tecnologia dei CMOS complementary metal-oxide semiconductor) per creare quelli che oggi conosciamo come sensori a pixel attivi (APS o active pixel sensor). I sensori CMOS sono diventati in pochi anni più compatti, affidabili e meno costosi e quindi perfetti per essere integrati nei dispositivi mobili (oltre che in macchine altamente professionali e complesse) tanto da scalzare completamente dal mercato i dispositivi ad accoppiamento di carica (CCD o charge-coupled device) per anni utilizzati per la fotografia astronomica. Oggi le famose GoPro, quelle piccole telecamerine che si possono montare sui caschi delle biciclette o indossare sopra i vestiti, si basano proprio sulla tecnologia CMOS, il cui mercato nel 2015 ha raggiunto il fatturato di 10 miliardi di dollari.

I FILTRI BLU CHE PROTEGGONO GLI OCCHI – L’occhio umano, a differenze di altre specie animali, è in grado di percepire tutti i colori dello spettro elettromagnetico ma è molto sensibile al blu e al verde. Negli anni novanta, uno scienziato dell’Ames Research Center (con fondi NASA) ha sviluppato dei filtri ottici per bloccare la luce blu e verde, consentendo alle altre tonalità di distinguersi e di rendere gli oggetti mimetizzati più visibili nelle foreste. Il suo lavoro è stato successivamente commercializzato attraverso un accordo con NASTEK. Di recente la Optic Nerve Inc. ha creato una linea di occhiali da sci che filtrano circa il 95 per cento della luce blu, che diffusa dalle molecole d’aria crea una particolare foschia intorno alle montagne e agli oggetti in particolari condizioni meteorologiche (come la neve) interferendo con la visione umana. La tecnologia di filtraggio ottica sviluppata dalla NASA permette agli sciatori di aumentare la capacità di distinguere gli oggetti del 12-15%.

APPARECCHI ACUSTICI A LUNGA DURATA –  La NASA ha passato anni a perfezionare la tecnologia delle batterie argento-zinco, accoppiata a quanto pare perfetta per garantire una lunga durata delle volgarmente chiamate “pile”, però con scarsi risultati nell’utilizzo spaziale. L’azienda californiana ZPower ha preso il brevetto del Glenn Research Center della NASA per farne un successo commerciale: per la prima volta dopo anni di tentativi, sul mercato si trovano delle batterie ricaricabili perfette per gli apparecchi acustici. Pensate che queste batterie possono durare tutto il giorno con una carica!

I TRATTORI COL PILOTA AUTOMATICO – C’è un altro brevetto proveniente dal JPL che ha un importante utilizzo nella vita quotidiana, anche in agricoltura. Si tratta – forse – di uno dei maggiori contributi all’umanità che la NASA abbia mai dato: la tecnologia GPS (Global Positioning System). In questo caso specifico non parliamo di navigatori di grido, bensì di trattori automatizzati e autonomi che si servono della tecnologia GPS e della correzione satellitare per essere spostati, monitorati e controllati a distanza in tutta sicurezza. I ricevitori che permettono la guida remota dei trattori sono poco costosi e non richiedono la presenza di antenne radio nelle vicinanze, e per questo possono essere utilizzati in tutto il mondo. La guida automatizzata riduce il tempo e le risorse necessarie per la cura dei campi e aumenta la resa delle colture.

FERTILIZZANTI A LENTO RILASCIO – Per andare su Marte bisogna prima di tutto cercare di procacciarsi il cibo in loco. Per questo sulla ISS tre anni fa è partito il programma Veggie, un sistema di produzione per alimenti freschi in schiera che utilizza LED rossi e blu e un particolare fertilizzante a rilascio lento. In particolare, il fertilizzante utilizzato dagli astronauti sulla Stazione spaziale internazionale si chiama Florikan ed è il frutto della collaborazione di un’azienda della Florida con la NASA. Florikan permette di controllare il rilascio dei nutrienti per evitare il deflusso massimizzando il beneficio per la pianta. Il fertilizzante utilizzato sulla ISS e oggi in tutto il mondo ha un rapporto azoto-fosfato-potassio di 14-4-14 che sembra perfetto se applicato ogni 100 o 180 giorni.

LIDAR, IL LASER DELLA NASA AMICO DEGLI ARCHEOLOGI – Chi l’avrebbe mai detto che l’astrofisica e l’archeologia fossero due discipline così vicine! LIDAR, la tecnologia sviluppata dalla NASA per misurare le distanze astronomiche grazie alla luce laser, è uno dei brevetti più utilizzati oggi nella ricerca di oggetti provenienti da epoche passate. Si tratta di sensori laser che permettono agli archeologi di localizzare più facilmente fossili e ossa nascosti sotto terra. Anche se chi ha sviluppato LIDAR inizialmente andava in cerca di qualcosa di diverso e di molto più lontano, come pianeti, lune e asteroidi. La società che produce questi scanner laser usati in archeologia ne ha di recente montato uno su OSIRIS-REx, la sonda NASA che dovrebbe riportare sulla Terra il primo campione di un asteroide prelevato in loco.

CENERE AL CEMENTO, CEMENTO ALLA CENERE – Il lancio di un razzo non è una passeggiata e come abbiamo già visto, gli ingegneri cercano metodi e tecnologie sempre più innovative che garantiscano sicurezza in fase operativa. Un team di ricercatori e ingegneri della Louisiana Tech University ha progettato quello che può essere considerato il cemento del futuro: un calcestruzzo geopolimerico realizzato con ceneri volanti prodotte dalla combustione del carbone. I test hanno confermato una forte resistenza del materiale al calore e alla corrosione. Presto la cenere di scarto verrà trasformata in cemento in tutti gli Stati Uniti per essere utilizzato non solo nelle basi di lancio ma anche per l’edilizia civile.

Per saperne di più:

• Vai la sito della NASA
• Val alla sezione degli Spinoff
• Scarica la brochure degli Spinoff 2017

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