https://bodybydarwin.com
Slider Image

Pabrik-pabrik masa depan bisa melayang di angkasa

2021

Musim panas yang lalu, sebuah pesawat menukik ke perut dan terjun 30.000 kaki di atas Teluk Meksiko. Tujuannya bukan mencari sensasi, tetapi sesuatu yang lebih berani: selama sekitar 25 detik pada suatu waktu, penerbangan parabola mengangkat penumpang ke dalam kondisi tanpa bobot yang disimulasikan, memungkinkan printer berteknologi tinggi untuk memuntahkan sel batang jantung menjadi dua. struktur hati bayi yang sederhana dan disederhanakan.

Meskipun ini mengesankan, itu hanya batu bata di jalan menuju tujuan yang lebih berani. Eksekutif di nScrypt (pembuat printer sel induk), Organ Bioficial (penyedia tinta), dan Techshot (yang memikirkan eksperimen jantung) berencana untuk mencetak detak jantung berdetak di atas Stasiun Luar Angkasa Internasional pada tahun 2019. Printer akan terbang di atas roket komersial.

Perusahaan-perusahaan spaceflight swasta seperti Blue Origin dan SpaceX telah dikritik sebagai proyek rias untuk orang kaya yang berselancar di investasi pembayar pajak. Tetapi kemunculan perusahaan-perusahaan ini telah menyebabkan harga yang sangat murah untuk mengirim barang dan peralatan ke luar angkasa. Hari ini harganya sekitar $ 5.000 untuk meluncurkan satu kilogram barang, dibandingkan dengan $ 30.000 selama era pesawat ulang-alik. Jadi semakin banyak pengusaha dan peneliti yang mencari untuk menggunakan akses yang relatif murah ini untuk memanfaatkan kualitas unik orbit Bumi yang rendah — termasuk ruang hampa udara, gayaberat mikro, tenaga surya tak terbatas, dan suhu ekstrem — untuk pembuatan. Eksperimen mereka telah memacu inovasi dalam ilmu kedokteran, teknologi, dan material. Akhirnya, jika lepas landas, fabrikasi orbital dapat merevolusi cara kita membuat sesuatu.

Seorang pasien transplantasi jantung dapat menghabiskan berbulan-bulan menunggu ticker baru. Setelah mendapat satu, dia perlu meminum imunosupresan selama sisa hidupnya, agar tubuhnya tidak menolak organ asing. Jantung yang dicetak dari sel-sel induk pasien bisa membuatnya lebih cepat, dengan kemungkinan penolakan kekebalan yang lebih rendah. Itu juga bisa disesuaikan dengan sempurna agar sesuai dengan dimensi hati aslinya.

Tapi ternyata gravitasi adalah masalah nyata ketika datang untuk mencetak hati di Bumi. Agar bioink yang dapat dicetak tumbuh, kaldu sel punca dan nutrisi perlu memiliki konsistensi yang encer untuk memastikan sel-sel tersebut cukup mobile untuk disatukan menjadi jaringan jantung yang sehat. Karena konsistensi encer ini, untuk menumbuhkan hati di Bumi, Anda memerlukan struktur pendukung.

"Jika Anda berpikir tentang jantung, Anda benar-benar berbicara tentang empat kekosongan terbuka besar yang dibungkus dengan otot, " kata Eugene Boland, kepala ilmuwan di Techshot. Sayangnya, para ilmuwan belum menemukan perancah untuk menumbuhkan sel-sel induk yang nantinya dapat dihilangkan atau dilarutkan. tanpa merusak organ yang baru lahir.

Dengan mencetak organ di ruang sebagai gantinya, Techshot berpikir itu dapat menumbuhkan seluruh hati tanpa menggunakan perancah.

"Jika kita mencoba melakukannya di Bumi, itu akan terlihat cantik selama sekitar satu detik dan kemudian mencair di seluruh meja, kata Boland." Sepertinya Anda baru saja menuangkan cetakan Jell-O dan kemudian mencoba untuk segera melayani itu akan menggumpal di piring Anda ke dalam kekacauan agar-agar ini. "

Tapi gayaberat mikro membantu jantung mempertahankan bentuk tanpa perancah. Itu sebagian karena gravitasi rendah membuat mencetak bentuk 3D lebih langsung. Di Bumi, objek 3D yang kompleks seperti jantung model perlu dicetak sebagai lapisan 2D yang ditindih satu sama lain dalam proses yang memakan waktu. nScrypt CEO Kenneth Church menyebut ini "2-dan-setengah-D". Mencetak dalam gayaberat mikro memungkinkan objek dimuntahkan dalam 3D asli, meningkatkan kecepatan hingga 100 kali.

Selama penerbangan parabola pada bulan Juli, struktur jantung pertama yang dicetak nScrypt dan Techshot kehilangan sekitar setengah tingginya hanya pada menit pertama setelah pencetakan, setelah gravitasi terbentuk kembali di pesawat. Ketidakberangkataan di Stasiun Luar Angkasa Internasional harus membiarkan sel-sel induk mempertahankan bentuk ketika mereka tumbuh bersama ke dalam jaringan jantung yang berfungsi. Boland memperkirakan organ buatan ruang angkasa bisa siap untuk kembali ke Bumi sekitar 45 hari setelah proses kultur dimulai.

Church melihat proyek tersebut sebagai cara untuk melampaui sensasi dan kekecewaan pencetakan 3D. "Orang-orang mulai bosan melihat tokoh-tokoh Yoda dicetak, katanya." Mereka mengatakan, 'Kamu berjanji padaku. Dimana itu?' Dan apa yang akan saya katakan adalah, 'Ada di luar angkasa.' "

Ioana Cozmuta, seorang fisikawan di Space Portal Office NASA, telah meninjau ratusan teknologi terkait ruang. Perannya adalah mencari dan memeriksa mitra potensial yang ingin melakukan bisnis di luar angkasa. "Tujuan saya adalah untuk menciptakan kisah sukses untuk ruang komersial, " katanya. "Tapi aku berjuang dengan hype."

Bagian dari tugas Cozmuta adalah untuk khawatir tentang bahaya kekecewaan yang melekat pada bidang yang glamor tapi berisiko. Banyak ledakan menunjukkan bahwa bahkan pengusaha angsa hitam Elon Musk tidak kebal terhadap kesalahan mahal yang muncul dari kompleksitas mengerikan ilmu roket. Atau pertimbangkan prediksi Richard Branson tahun 2008 bahwa operasi pariwisata antariksa akan dimulai pada pertengahan 2010. Dan kemudian Natal 2013. Lalu Natal 2014, tenggat waktu yang ditorpedo oleh kecelakaan fatal selama penerbangan uji coba. Ruang sulit, bahkan untuk pebisnis paling pintar, terkaya di planet ini. Setelah menilai ratusan perusahaan untuk portal ruang angkasa NASA, Cozmuta harus mewaspadai para eksekutif yang mengklaim telah memakukan ide bisnis luar angkasa yang menarik meskipun rencana itu penuh dengan lubang.

FOMS adalah perusahaan California Selatan yang telah memenangkan dana untuk mulai membuat barang-barang di ISS tahun depan - dan perusahaan melakukannya sebagian dengan menjaga proyek pada pijakan ekonomi yang kuat. Dmitry Starodubov, kepala ilmuwan FOMS, memutuskan untuk meneruskan gagasan penambangan luar angkasa logam-logam langka seperti platinum, yang saat ini dijual dengan harga sekitar $ 30.000 per kilogram. Dalam pandangannya, itu masih tidak cukup untuk membuat penambangan luar angkasa menguntungkan. "Bahkan jika bulan kita terbuat dari platinum murni, model kami menunjukkan bahwa secara komersial tidak layak untuk menambang platinum di bulan dan membawanya kembali ke Bumi, " katanya.

Sebagai gantinya, FOMS mengarahkan pandangannya pada sesuatu yang lebih ringan dan bahkan lebih berharga per pon: kabel serat optik eksotis. Kabel serat optik tipikal, dari jenis yang kemungkinan membantu membawa kata-kata ini ke layar Anda, dijual dengan harga antara $ 3.000 dan $ 5.000 per kilogram. Tetapi kabel serat optik yang eksotis mampu mentransmisikan lebih banyak data, atau membuat transmisi data lebih murah karena membutuhkan daya yang lebih kecil? Jenis yang paling mahal dapat mencapai beberapa juta dolar per kilo. Itulah jenis rasio nilai-terhadap-berat yang dapat membenarkan biaya dan risiko membuat berbagai hal di luar angkasa.

Optik serat eksotis, seperti jenis yang sesuai dengan inisial ZBLAN, dapat dibuat di Bumi, tetapi itu tidak mudah. Proses pembuatan ZBLAN yang normal melibatkan memanaskan gumpalan, atau "membentuk kaca khusus ini menjadi lebih panas dari 300 derajat Celcius, dan kemudian menariknya ke bawah, seperti seutas permen karet pengunyah, dari menara tetesan yang tingginya antara 10 dan 20 meter. Tetapi ukuran gumpalan putih-panas membatasi berapa lama kabel yang dihasilkan dapat — serat maksimal sekitar 700 meter. Idealnya, perusahaan menginginkan segmen yang lebih panjang, karena titik koneksi menyebabkan hilangnya sinyal. Plus, gravitasi menyebabkan sedimentasi dalam struktur kristal ZBLAN, menciptakan cacat yang menghasilkan sinyal yang lebih lemah.

Itulah sebabnya Starodubov memiliki pandangan untuk menarik ZBLAN dan komposit lainnya di ISS, dengan produk dengan kualitas dan kuantitas yang jauh lebih besar daripada yang mungkin terjadi di Bumi. Dia membantu menciptakan prototipe yang menggunakan setara dengan setetes menara drop yang gulungan kabel serat optik seperti selang taman. "Secara teoritis dapat menarik ratusan kilometer dalam 24 jam, " kata Cozmuta. Dan tanpa gravitasi, tidak ada kristalisasi yang merepotkan.

Meskipun ZBLAN sulit dibuat di Bumi, para peneliti tertarik dengan hal itu karena dapat mentransmisikan spektrum cahaya yang jauh lebih luas daripada silika, termasuk ultra-violet dan deep-infrared. Ini bisa berguna untuk menciptakan teknologi futuristik seperti laser bedah ultraviolet, alat manufaktur inframerah mata-aman, dan penanggulangan yang lebih baik terhadap rudal pencari panas. Dan itu juga bisa membuat pipa broadband kami "lebih gemuk"; Cozmuta memperkirakan bahwa, dibandingkan dengan kabel serat optik berbasis silika yang ada, ZBLAN buatan ruang akan menghasilkan sekitar 100 kali lebih sedikit kehilangan intensitas sinyal ketika bergerak turun pipa. Sebagai alternatif, ini dapat membantu membuat proses pengiriman data lebih murah, karena jumlah data yang sama dapat dikirim dari jarak yang lebih jauh, menggunakan daya lebih sedikit, dan membutuhkan peralatan transmisi yang lebih murah.

Adapun bagaimana gulungan kabel akan kembali ke Bumi? "Anda dapat membawa mereka kembali di SpaceX Cozmuta, kata.

Beberapa bahan yang dibuat luar angkasa tidak perlu kembali ke Bumi untuk membantu kita. Pertimbangkan senyawa yang disebut gallium-arsenide, yang harganya sekitar $ 5000 per wafer 8-inci dan menghasilkan banyak produk sampingan beracun saat diproduksi (halo arsenik!). Tapi itu membuat panel surya yang hebat, mengubah sekitar 40 persen dari cahaya yang menabraknya menjadi energi, dibandingkan dengan 15 hingga 20 persen efisiensi panel berbasis silikon yang umumnya dipasang di Bumi.

Ilmuwan materi Universitas Houston Alex Ignatiev pertama kali memproduksi semikonduktor gallium-arsenide dalam ruang hampa udara pada 1990-an, di atas pesawat NASA yang disebut Wake-Shield Facility. Semikonduktor buatan luar angkasa memiliki kualitas 10.000 kali lebih baik daripada yang dibuat di Bumi. Itu karena oksigen atom dan kualitas ruang hampa udara di ruang angkasa memungkinkan senyawa untuk tumbuh dengan rapi dalam lapisan satu atom tinggi, bertumpuk satu sama lain dalam ratusan atau beberapa ribu lapisan, tanpa distorsi. Tidak adanya distorsi ini meningkatkan efisiensi matahari; secara teori, gallium-arsenide bebas cacat dapat menghasilkan tenaga surya dengan efisiensi hingga 60 persen.

Ignatiev membayangkan susunan panel gallium-arsenide selebar-kilometer di orbit, mengumpulkan energi matahari dan mengirimkannya kembali ke Bumi melalui gelombang mikro, mirip dengan pertanian surya yang diusulkan dan mulai diperagakan di tahun 2015. Daripada membuat panel rapuh di Bumi dan peledakan. mereka dalam beberapa perjalanan, Ignatiev ingin merakit sel surya di ruang angkasa, sebagai cara untuk mengurangi biaya secara signifikan.

"Ketika Anda berada di luar angkasa, Anda dapat pergi ke orbit geosinkron sehingga Anda selalu menunjuk ke matahari, dan kemudian menyorot ke suatu tempat di Bumi katanya. Penerima yang seperti jaring di Bumi akan menerima sinyal microwave, yang akan cukup tersebar untuk menghindari kerusakan pada pesawat, burung, tanaman, atau ternak.

Tidak ada yang ingin melihat orbit Bumi yang rendah berubah menjadi tempat pembuangan limbah beracun yang mengambang. Untungnya, ruang memiliki kemampuan unik untuk memecah residu berbahaya. Di luar perlindungan atmosfer planet kita, radiasi ultraviolet dari matahari memecah molekul-molekul berbahaya, dan komponen-komponennya menyebar dengan tidak berbahaya. "Planet kita adalah sistem tertutup, sedangkan ruang adalah lingkungan terbuka yang sangat berbahaya bagi sebagian besar molekul, " kata Ignatiev. "Mereka akan pecah atau menguap oleh lingkungan vakum ruang."

Gagasan untuk memindahkan produksi beracun dari planet ini menggemakan komentar agak samar dari Amazon.com dan pendiri Blue Origin, Jeff Bezos pada bulan Juni dan kemudian September. "Anda pergi ke ruang angkasa untuk menyelamatkan Bumi, katanya. Dia menambahkan bahwa, untuk alasan lingkungan, kita perlu membangun" pabrik chip raksasa di ruang angkasa di mana bisnis kotor membuat hal-hal seperti semikonduktor akan dipindahkan dari planet ini sepenuhnya.

Dan terlepas dari keindahan gemerlap gadget elektronik kami, membuat chip komputer memang kotor. Menurut perhitungan Cozmuta, membuat satu sirkuit terintegrasi 12 inci membutuhkan 2.200 galon air, yang digunakan untuk membersihkan dan mendinginkan chip — dan, pada 2015, kami membuat 900 miliar sirkuit seperti itu. Meskipun upaya pengolahan air limbah, perusahaan semikonduktor AS dikutip untuk 10.000 pelanggaran lingkungan antara tahun 2003 dan 2013. Tetapi siapa yang butuh air jika Anda menggunakan ruang vakum yang membeku sebagai pendingin?

Namun memikat prospek, produksi luar dunia akan mengambil sejumlah besar uang dan toleransi risiko. Kehilangan nyawa dan biaya besar dijamin cukup banyak. Tapi itu tidak berarti itu tidak bisa berhasil. Setelah pencetakan jantung yang sukses dalam bobot, Techshot's Boland meluangkan waktu untuk merayakan tonggak sejarah. “Kami terkejut. Saya dapat memberitahu Anda bahwa orang-orang di sana melakukan backflips, mungkin secara harfiah. ”

Dan Gereja nScrypt berpikir jauh melampaui pencetakan hati pada ISS. Dengan asumsi mereka dapat meningkatkan kecepatan produksi secara signifikan, keuntungan dari mencetak dalam 3D sejati versus pendekatan lapis demi lapis "2-dan-setengah-D" akan memungkinkan pencetakan ruang untuk bersaing bahkan dengan produsen besar terestrial. Ide Ignatiev tentang kilometer-lebar, panel surya gallium-arsenide yang dibuat di luar angkasa menawarkan satu contoh, tetapi prinsip yang sama berlaku untuk satelit dan bahkan pesawat ruang angkasa. "Saya ingin mencetak segala sesuatu di luar angkasa, kata Gereja." Saya ingin mencetak roket di luar angkasa. "

Dalam penampilan PopSci pertamanya, Stephen Hawking muda menjelaskan penemuan yang luar biasa

Dalam penampilan PopSci pertamanya, Stephen Hawking muda menjelaskan penemuan yang luar biasa

Tiga detektor gelombang gravitasi jauh lebih baik daripada dua

Tiga detektor gelombang gravitasi jauh lebih baik daripada dua

Android Q paling keren menampilkan fitur Google yang baru saja diumumkan — dan bagaimana cara mencobanya

Android Q paling keren menampilkan fitur Google yang baru saja diumumkan — dan bagaimana cara mencobanya