Gli astronauti che andranno in missione di lunga durata su Marte avranno bisogno di generi di prima necessità, ma non solo. Per esempio saranno fondamentali anche i dispositivi elettronici, comei sensori per monitorare parametri vitali, rilevare biomolecole, come la dopamina e serotonina, o per rilevare la presenza di determinate molecole nell’ambiente, come i gas di ammoniaca.

Sappiamo già che i costi per spedire su Marte tutto il materiale che potrebbe essere utile nel tempo sono tanto alti da essere pressoché ingestibili, e i tempi non sono compatibili con necessità urgenti, per questo bisognerà fare in modo che gli astronauti possano produrre autonomamente, in loco, quello che gli occorre.

Per i sensori all’AMES Research Center della NASA hanno studiato una possibile soluzione: dotare gli astronauti di stampanti a getto di plasma per la produzione in loco dei sensori, anche in assenza di materie prime apposite. Si è iniziato a parlare di questo progetto diversi mesi fa; la novità è che presso il laboratorio di Stanford si stanno svolgendo i test per verificare la qualità dei prototipi finora prodotti.

Andando per ordine, ci appoggiamo alle spiegazioni di Ram Gandhiraman, a capo del gruppo di sviluppo delle stampanti a getto di plasma, per capire di che cosa si tratta. Il plasma impiegato è in sostanza un gas energizzato di elettroni liberi e ioni, e il getto può spruzzare minuscole particelle di semiconduttore su superfici flessibili economiche, come per esempio carta o stoffa, in modo da generare circuiti elettronici indossabili.

Lo sviluppo della stampante è stata la parte più complessa perché gli scienziati hanno dovuto adattare i materiali che viaggiano attraverso il plasma e controllare che si depositassero in maniera corretta sulle superfici, perché anche piccoli difetti possono inficiare il funzionamento dei sensori. In questa fase “è stata di fondamentale importanza la spettroscopia a raggi X” ha spiegato Gandhiraman. Se n’è occupato lo scienziato Dennis Nordlund del SLAC, che ha esaminato i sensori depositati dal plasma mediante la spettroscopia ai raggi X e la spettroscopia fotoelettronica a raggi X.

“Queste tecniche ci permettono di vedere come sono distribuiti i gruppi chimici presenti sulla superficie dei sensori […], estrarre informazioni sul materiale elemento per elemento, compresa la parte della struttura chimica responsabile della reattività, e il contenuto di carbonio grafitico presente nei campioni”. È grazie a queste tecniche che Gandhiraman è riuscito a risolvere il problema principale che aveva incontrato: ottenere la stampa di copie esatte dei materiali.

Un altro vantaggio che deriva da questa tecnica è che la stampante al plasma così messa a punto può operare anche a basse temperature, quindi non danneggia il tessuto o la carta su cui si applica. Altro requisito era quello di essere “in grado di utilizzare sia le risorse presenti su Marte, sia i rifiuti o altro materiale di scarto per fabbricare dispositivi on-demand nello Spazio” ha spiegato Gandhiraman.

Ultimo, ma non meno importante, requisito: gli astronauti dovranno avere uno strumento leggero e facile da montare. Quello che si è ottenuto al momento è una valvola di apertura e un tubo di plastica attraverso cui far passare il gas. Nel percorso il gas incontra un liquido contenente nanotubi di carbonio, e scorre fra due elettrodi che – eccitati dal plasma – emettono una luce il cui colore dipende dalla composizione del gas. Al momento è blu per via dell’elio.

Nel laboratorio terrestre il gas proviene da un contenitore, nello Spazio si conta sul fatto che l’atmosfera marziana fornirà il gas necessario, e che invece di inserire la spina in una presa di corrente si userà l’energia elettrica prodotta dai pannelli solari. Non è stata trascurata la differenza di gravità fra la Terra e Marte, perché come ha spiegato Gandhiraman “per le applicazioni spaziali è necessario essere in grado di utilizzare la stampante in ambiente di microgravità, ed è proprio per questo che questo plasma è molto interessante: non importa in quale ambiente lo si usi, il campo elettrico guiderà il getto attraverso l’ugello”.

Il team NASA prevede di collaborare con il laboratorio SLAC per sviluppare altre applicazioni per il getto di plasma, ma non solo. I ricercatori per esempio hanno già mostrato che il getto può essere utilizzato per la sterilizzazione. La NASA sta inoltre mettendo a punto una tecnica per sfruttare i batteri al fine di riciclare i metalli necessari per la produzione di componenti elettroniche necessarie durante le missioni di lunga durata.

Non ultimo, sono in corso dei test per studiare come sfruttare i bioinchiostri in “cartucce” di ricarica per le stampanti a getto di plasma. Progetti senza dubbio avveniristici, che a quanto pare non sono così lontani dalla realizzazione, e che farebbero comodo – oltre che su Marte – anche qui sulla Terra, a partire dal riciclo dei metalli.