Nov23

Tecnologie sviluppate per lo spazio e le loro applicazioni per la popolazione Terrestre

Torniamo sulla Stazione Spaziale Internazionale per continuare idealmente un nuovo viaggio iniziato qualche giorno fa, quando avevamo visto un trasferimento tecnologico dallo spazio alla Terra.
Tecnologie nate per supportare le attività degli astronauti sulla Stazione che trovano nuovi campi di applicazione qui sul nostro Pianeta. In particolare avevamo conosciuto il caso di alcune scuole in Chapas che erano state dotate di impianti di purificazione dell’acqua derivati dai sistemi ECLSS (Environmental and Life Control Support System) in uso sulla Stazione Spaziale Internazionale ed alimentati da fonti di energia rinnovabili.
Con una permanenza umana costante nello spazio tutta una serie di necessità e  di problemi devono essere affrontati, risolti e nuove idee devono essere sviluppate per supportare quest’avventura. L’elemento importante è proprio la possibilità unica che la ISS offre nell’avere una presenza a lungo termine in orbita. Possono essere progettati nuovi esperimenti “lunghi” e l’equipaggio deve vivere per “lungo” tempo ed in salute nella nostra casa nello spazio.
In questo articolo vediamo qualche  esempio delle tecnologie sviluppate per la ISS ed un loro uso sulla Terra.




Purificazione dell’acqua

Abbiamo già parlato dei sistemi di purificazione e filtraggio dell’acqua e del loro uso sulla Terra. Questi sono utilizzabili in tutte quelle aree remote della Terra.
La collaborazione congiunta tra organizzazioni umanitarie e la tecnologia NASA è un primo esempio concreto di come la ricerca spaziale possa contribuire a dare una risposta a problemi globali. La Water Security Corporation in collaborazione con altre organizzazioni ha distribuito in tutto il mondo sistemi di processamento dell’acqua basati sulla tecnologia NASA.
 
Commercializzazione dell’orbita bassa Terrestre (LEO)

E’ nato un nuovo mercato che consente l’accesso allo spazio ed alla ricerca in orbita senza fondi governativi. Il CASIS (Center for Advancement of Science in Space) gestisce circa la metà del tempo-ricerca degli equipaggi della ISS relativamente al modulo laboratorio USA Destiny e gestisce una grande varietà di esperimenti scientifici “commerciali” e payload.
Ad oggi più di 2/3 di questi progetti sono stati effettuati senza finanziamenti diretti da parte del CASIS stesso. Ed il trend sta aumentando.
Inoltre una parte significativa delle attività di ricerca commerciali che hanno luogo sulla Stazione è resa possibile grazie ai dispositivi di NanoRacks.
L’azienda ha investito fondi privati ed ha raccolto capitale per fornire strutture di laboratorio per piccoli payload. Tra questi i CubeSat, piccoli satelliti a forma di cubo di 10 cm di lato, immessi in orbita direttamente dalla ISS.
E’ da aggiungere la rivoluzione a cui abbiamo assistito da qualche anno a questa parte, cioè la “privatizzazione” da parte della NASA dei voli di rifornimento per la Stazione stessa. Questo ha creato nuove aziende che a loro volta hanno creato un nuovo business di trasporto spaziale i cui servizi sono venduti ad altri clienti.
Ed è altrettanto importante anche la nascita di un nuovo modello di collaborazione tra istituzioni governative e mondo privato per il futuro dell’esplorazione spaziale.
Crescita di proteine ad alta qualità

Nel corpo umano vi sono più di 100.000 proteine distinte ed in natura queste sono più di 10 miliardi. Ognuna di queste molecole ha una propria struttura e ciascuna di esse contiene informazioni importanti per la nostra salute e per l’ambiente (globale) che ci circonda.
Lo spazio è il luogo migliore per studiare le strutture proteiche. La microgravità consente di avere una crescita ottimale delle complesse ed uniche strutture cristalline di proteine fondamentali per lo sviluppo di nuovi trattamenti medici.
Un esempio di proteina che è stata cristallizzata nello spazio con successo è la H-PGDS (ematopoietica prostaglandina D sintetasi) che potrebbe essere la chiave per la realizzazione di farmaci utili per il trattamento della distrofia muscolare.
Questo particolare esperimento è solo un esempio di come il comprendere la struttura di una proteina possa portare ad una migliore progettazione di un farmaco.
Gli ultrasuoni ai confini della Terra

In una situazione di emergenza sanitaria avere facilmente e velocemente l’attenzione-medica spesso può fare la differenza tra la vita e la morte, in particolar modo per situazioni che si verificano in luoghi dove non vi sono strutture sanitarie nelle vicinanza.
Per gli astronauti in orbita a 400 km di altitudine il problema è stato risolto mediante l’uso di indagini ADUM (Advanced Diagnostic Ultrasound in Microgravity).
In collaborazione con WINFO-CUS (World Interactive Network Focused on Critical Ultrasound) le tecnologie sviluppate per gli equipaggi della Stazione sono state adattate per l’utilizzo sulla Terra, nelle aree più remote, attraverso lo sviluppo di protocolli per effettuare rapidamente complesse procedure con guida e formazione esperta a distanza.
L’assistenza medica diventa così più avcessibile nelle regioni più remote attraverso l’uso di piccole unità ad ultrasuoni (tele-medicina) e di tecniche di guida a distanza.
Miglioramento della chirurgia oculare con hardware spaziale

La chirurgia laser per correggere difetti alla vista è diventata una pratica diffusa e la tecnologia sviluppata per l’utilizzo nello spazio è ormai di uso comune sulla Terra per monitorare l’occhio di un paziente per dirigere con precisione il bisturi laser.
L’esperimento ETD (Eye Tracking Device esperiment) ha dato ai ricercatori un’idea su come il controllo generale dei movimenti oculari è affetto dall’ambiente a microgravità della ISS.
In parallelo con il suo utilizzo in orbita, il dispositivo realizzato per effettuare il monitoraggio dei movimenti dell’occhio umano ha importanti potenzialità per un suo utilizzo sulla Terra ed è ormai usato in grande percentuale in tutto il mondo.
Tracciare la posizione dell’occhio senza interferire con il lavoro del chirurgo è fondamentale nella chirurgia laser.
Tumori prima non operabili lo diventano con un robot
neuroArm è il nome del primo robot al mondo in grado di eseguire un’operazione chirurgica all’interno di una macchina per risonanza magnetica. E’ nato dalle tecnologie dell’Agenzia Spaziale Canadese CSA che ha sviluppato il Canadarm (il braccio robotico dello Space Shuttle, in collaborazione con MDA, MacDonald Dettwiler and Associates Ltd.), il Canadarm 2 e Dextre (i robot sulla Stazione Spaziale Internazionale).
Nel 2008 il tocco delicato di neuroArm ha permesso di estrarre con successo un tumore grande come un uovo dal cervello di una paziente (Since Nickason). Da allora il robot è stato utilizzato con successo in dozzine di pazienti non operabili con le tradizionali tecnologie.



Prevenzione della perdita ossea mediante dieta ed esercizio fisico
Nei primi periodi in cui la Stazione era abitata da un equipaggio permanente, gli astronauti a bordo perdevano circa l’1,5% della loro densità di massa ossea per ogni mese di servizio sull’avamposto orbitale.
I ricercatori hanno scoperto la possibilità di identificate i meccanismi a livello cellulare che controllano le ossa. In breve, è stato scoperto che l’esercizio resistivo ad alta intensità insieme ad un’integrazione alimentare di vitamina D e ad uno specifico apporto calorico può porre rimedio alla perdita di massa ossea nello spazio.
Questa ricerca è applicabile anche alla popolazione più anziana sulla Terra, così come pure agli astronauti che saranno impiegati alle future missioni spaziali di lunga durata sia in orbita Terrestre che per l’esplorazione dello spazio profondo (Marte, asteroidi).
 
Comprendere i meccanismi dell’osteoporosi
Gli studi sui muscoli e sulle ossa a bordo della Stazione trovano un’importante campo di applicazione sulla Terra.
In particolare la ricerca su topi nello spazio per meglio comprendere i meccanismi dell’osteoporosi ha portato alla realizzazione di un farmaco chiamato Prolia® utilizzato sulla Terra per il trattamento delle persone che soffrono di questa malattia.
E’ un esempio di beneficio diretto da parte delle aziende farmaceutiche nell’utilizzare le opportunità di condurre ricerca spaziale nel laboratorio Destiny della Stazione.
Lo sviluppo di vaccini migliori
Gli studi condotti sulla Terra indicano che alcuni batteri, in particolare la Salmonella, potrebbero diventare più patogeni durante un volo spaziale.
Le infezioni di Salmonella provocano annualmente migliaia di ricoveri in ospedale e centinaia di morti, solamente negli Stati Uniti.
Il loro studio in orbita ha portato gli scienziati ad individuare una modalità con la quale questi batteri patogeni diventano virulenti. I ricercatori hanno identificato il percorso genetico che si attiva nella Salmonella e che ne aumenta la probabilità di diffusione in condizioni di microgravità. I risultati di questa ricerca sulla Stazione hanno portato a nuovi studi per lo sviluppo di vaccini migliorati.
 
Fare ricerca spaziale a scuola
Più di 43 milioni di studenti in tutto il mondo sono stati coinvolti (ed ispirati) dalle attività educative svolte “con” la Stazione Spaziale Internazionale (competizione YouTube Space Lab, il programma Student Spaceflight Experiments Program, SPHERES Zero Robotics).
L’idea è coinvolgere gli studenti nell’esplorazione spaziale umana con l’obiettivo più grande – ed assolutamente prioritario aggiungo io! – di stimolare la passione per gli studi in scienze, tecnologia, ingegneria e matematica (STEM, Science, Technology, Engineering and Mathematics).
Quando gli studenti testano un’ipotesi per proprio conto oppure confrontano il lavoro svolto in laboratorio con quanto sta accadendo a bordo della Stazione, ne risultano più motivati verso la matematica e le scienze. Un modo centratissimo per creare e coltivare cultura scientifica, contribuendo nel contempo a creare anche  gli scienziati/astronauti di domani.
Individuazione del cancro al seno e tecnologie di trattamento
IGAR (Image-Guided Autonomous Robot) è uno strumento chirurgico che si ispira ai dispositivi robotici presenti sulla ISS e prodotti dall’Agenzia Spaziale Canadese. E’ oggetto di studi clinici per un suo utilizzo in pazienti con cancro al seno.
Il robot lavora all’interno di una macchina per risonanza magnetica per identificare con precisione le dimensioni e la posizione di un tumore. Controllando remotamente IGAR i chirurghi saranno in grado anche di compiere movimenti estremamente precisi durante la biopsia.


Monitorare la qualità dell’acqua dallo spazio
HICO (Hyperspectral Imager for the Coastal Ocean) è un sensore visivo per il rilevamento di alcuni parametri di qualità dei mari, tra cui la limpidezza dell’acqua, le concentrazioni di fitoplancton, l’assorbimento della luce e la distribuzione di cianobatteri.
Lo strumento è stato progettato e realizzato dallo U.S. Naval Research Laboratory per l’ Office of Naval Research per valutare la qualità dell’acqua nel mare costiero.
In cinque anni di missione sulla ISS, HICO ha registrato più di 10.000 immagini, da Settembre 2009 a Settembre 2014.
I ricercatori dello U.S. Environmental Protection Agency sono poi partiti dai dati registrati da HICO ed hanno sviluppato un’applicazione per smartphone per aiutare a determinare le concentrazioni pericolose degli agenti inquinanti nell’acqua.
Monitorare disastri naturali dallo spazio
ISERV (ISS SERVIR Environmental Research and Visualization System) è un sistema di imaging per il monitoraggio della Terra dalla ISS. Il suo compito è scattare immagini fotografiche per dare supporto ai paesi in via di sviluppo durante disastri naturali.
Si tratta di uno sforzo congiunto tra NASA e SERVIR (U.S. Agency for International Development) ed una collaborazione con le nazioni in via di sviluppo in tutto il mondo per l’utilizzo di satelliti per fornire dati che possano aiutare a prendere più velocemente decisioni e dare risposte immediate ad eventi catastrofici come alluvioni, incendi, eruzioni vulcaniche, deforestazione, crescite di alghe nocive, ed altri tipo di eventi naturali.
La ISS passa al di sopra del 90% delle aree abitate del Pianeta ogni 24 ore e ciò consente a ISERV di collezionare fino a 1000 immagini al giorno.

Descrivere il comportamento dei fluidi per migliorare dispositivi medici
L’esperimento CFE (Capillary Flow Experiments) a bordo della ISS studia il movimento di un liquido lungo le superfici, similmente a come un fluido si comporta “in” un tovagliolo di carta. Se ne deducono modelli che descrivono il comportamento di un fluido in condizioni di microgravità.
E ciò ha portato alla realizzazione di un nuovo dispositivo per effettuare test medici qui sulla Terra. Gli studiosi ritengono che tale dispositivo possa migliorare la diagnosi di malattie come HIV/AIDS in regioni remote.

Migliorare la qualità dell’aria (all’interno di un ambiente)
Gli studi e le soluzioni per la coltivazione di colture nello spazio  si traducono ora in nuove soluzioni per la prevenzione di muffa nelle cantine vinicole, case e strutture mediche, così come in molteplici contesti industriali.
La NASA sta studiando la crescita delle colture sulla ISS per sviluppare la capacità di far crescere il cibo per gli astronauti direttamente in orbita, capacità molto importante specialmente se pensiamo ad una missione per Marte.
Gli scienziati impegnati in questa ricerca hanno osservato che l’accumulo di un ormone vegetale chiamato etilene stava distruggendo le piante all’interno delle camere di crescita.
I ricercatori hanno sviluppato e testato con successo un sistema di rimozione dell’etilene per l’ambiente della Stazione, chiamato ADVASC (Advanced Astroculture).
Questo sistema ha aiutato a mantenere vive le piante rimuovendo virus, batteri e muffe dalla camera di crescita delle coltivazioni.
Gli scienziati hanno poi adattato ADVASC per essere utilizzato per purificare l’aria.
Oggi questa tecnologia viene usata  per prolungare la vita di frutta e vegetali nei negozi e supermercati. I produttori di vino la usano nelle loro cantine di stoccaggio.
E questo è tutto per ora. La ISS è una fantastica ed unica opportunità, una piattaforma tecnologicamente spettacolare con enormi potenzialità. Sta a noi utilizzarla al suo meglio per il bene comune. Vi lascio con questo video molto significativo.