МИКРО/НАНОРОБОТЫ: НОВАЯ ЭФФЕКТИВНАЯ СИСТЕМА УДАЛЕНИЯ УГЛЕРОДА ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
Современные системы жизнеобеспечения, используемые в космосе и подводных аппаратах, сталкиваются с важной задачей — эффективным удалением углекислого газа (CO2) из воздуха. Исследовательская группа под руководством доктора Хуи Хэ из Университета Гуанси в Китае разработала революционные "микро/нано перестраиваемые роботы" (MNRM), чтобы значительно улучшить этот процесс.
ПОНЯТИЕ МИКРО/НАНОРОБОТОВ
Стоит отметить, что термин "роботы" здесь может ввести в заблуждение. Эти устройства не имеют традиционной механики, а представляют собой композитный материал, способный адаптироваться к окружающей среде. Основу составляет целлюлозные нановолокна — естественная структура, придающая растениям форму. На этом каркасе расположен полиэтиленимин, который эффективно связывается с молекулами CO2. Движение "роботов" осуществляется благодаря ферритным оксидам, которые позволяют изменять их конфигурацию для оптимального захвата углекислого газа, используя солнечную энергию в качестве источника энергии.
ТРЕБОВАНИЯ К ЭНЕРГИИ И НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Самая важная инновация, описанная в исследовании, заключается в использовании температурочувствительного полимера, известного как Pluronic F127. При низких температурах его молекулы вытягиваются, что позволяет эффективно захватывать CO2. Однако при нагревании выше 55°C молекулы "скручиваются", что приводит к важным химическим изменениям. Во-первых, поверхность материала становится более положительно заряженной, что отталкивает положительно заряженные ядра углекислого газа. Во-вторых, это снижение энергии на разрыв связывания CO2 требует значительно меньше тепла для регенерации.
Сравнение с традиционными технологиями, такими как цеолиты и металлические органические каркасы (MOF), показало, что новая система требует вдвое меньше энергии для регенерации. Это делает её привлекательной для космических миссий, где ограничения энергетических ресурсов критичны. Затраты энергии могут быть полностью покрыты солнечной энергией или остаточным теплом от электроники на борту.
БИОСОВМЕСТИМОСТЬ И БОРЬБА С БАКТЕРИЯМИ
Эксперименты подтвердили, что MNRM безопасны для использования, поскольку они не вызывают токсичности при тестировании на клетках человеческих легких. Кроме того, данные "роботы" продемонстрировали антимикробные свойства, уничтожая до 99% бактерий E. coli и S. aureus. Это позволило бы избежать «байофулинга» — образования биопленок, которые мешают работе традиционных систем скраббинга.
ПЕРСПЕКТИВЫ И ПРИМЕНЕНИЕ В КОСМОСЕ
Система MNRM имеет потенциал значительно сократить или даже полностью ликвидировать энергетические расходы на регенерацию углеродных фильтров в замкнутых системах. Это открывает новые горизонты для применения в жизненно важных системах на космических станциях и других подобных конструкциях. Однако на данный момент необходимо провести дополнительные исследования для оценки возможности интеграции этой революционной технологии в существующие системы жизнеобеспечения.
В долгосрочной перспективе использование MNRM может стать поворотным моментом в создании более эффективных и автономных жизнеобеспечивающих систем, необходимых для успешного освоения космоса.
