4 maja 2021

7 kosmicznych wynalazków, które masz w aucie lub będziesz mieć w przyszłości

Wiele wynalazków, które sprawdziły się w misjach kosmicznych natychmiast jest komercjalizowanych. Czy wiesz, które z nich masz w aucie… lub już niebawem będziesz mieć, dzięki trwającej właśnie misji Łazika Perservance? Sprawdź.

Takie wynalazki nazywa się spinoff-ami (z ang. efekty uboczne). Spinoff-ów jest cała masa. Od 1976 roku opublikowano ich około 2000. Część technologii opracowanych przez naukowo-badawczy zespół na potrzeby Agencji zrobiło karierę nie tylko w kosmosie, ale i na Ziemi. Co roku raportuje się powstanie 50 nowych technologii. Wszystkie je znaleźć można na stronie spinof.nasa.gov.

Tworząc listę wybraliśmy 4 mobilne, z których najprawdopodobniej korzystasz już dziś. Ale mówiąc o kosmicznych misjach, grzechem byłoby zatrzymać się na teraźniejszości. Stąd dorzucamy jeszcze trzy patenty, w które wyposażono obecnego właśnie na Marsie Łazika Perservance. Dziś brylują na Marsie. Jutro zrobią furorę na Ziemi i prawdopodobnie znajdą zastosowanie w Twoim aucie.

GPS

Na początku klasyk. Global Positioning System, zwany powszechnie GPS-em. Zadaniem systemu jest dostarczać użytkownikom informacji o ich lokalizacji i ułatwiać odnalezienie się w terenie. Pierwszy satelita systemu został umieszczony na orbicie w styczniu 1978 roku. Na system wydano wówczas 12 miliardów dolarów. I nadal utrzymanie go kosztuje rząd Stanów Zjednoczonych niemałe pieniądze. Niemniej jednak obecnie każdy użytkownik na Ziemi ma prawo korzystać z systemu GPS bezpłatnie. I tak ma pozostać, zgodnie z polityką USA. Wystarczy posiadać kompatybilny odbiornik.

W tej chwili cały system składa się z trzech segmentów, tworzą go – 31 satelity orbitujące wokół Ziemi, naziemne stacje kontrolne i monitorujące oraz należące do użytkowników – odbiorniki sygnałów. Mocno się od GPS uzależniliśmy. Trudno sobie dziś wyobrazić podróż bez nawigacji, zarówno dalszą jak i bliższą. Nie mówiąc już o korzystaniu z aplikacji, które w większości opierają swoje usługi właśnie na GPS. Zdecydowanie numer jeden wśród mobilnych wynalazków NASA.

Czujniki ciśnienia w oponach

Za wysokie ciśnienie w oponach psuje komfort jazdy, za niskie jest mało bezpieczne i skutkuje większym zużyciem paliwa. Niewskazana jest również różnica ciśnień między oponami. Trudno jednak bez wsparcia technologii samodzielnie utrzymać równy poziom barów w czterech kołach jednocześnie. Pomagają w tym takie technologie jak czujniki ciśnienia. Od 2014 roku są obowiązkowo instalowane w każdym nowym aucie.

A swoją karierę rozwijały w wahadłowcach kosmicznych. Czujniki pomagały określić, czy opony są odpowiednio napompowane i gotowe do bezpiecznego lądowania. Wystarczy, że jedna z czterech tylnych opon umieszczonych pod skrzydłem nie miałaby odpowiedniego ciśnienia, cała misja mogła okazać się niewypałem. Równie istotne było utrzymanie równego ciśnienia w każdym kole. Różnica mogła zaburzyć trakcję pojazdu, skutecznie go paraliżując.

Dziś to powszechnie znana technologia. Polega na wyposażeniu opon w półprzewodnikowe sensory, dzięki którym w momencie spadku ciśnienia zapala się na komputerze pokładowym auta kontrolka sygnalizująca problem.

Za wprowadzenie technologii odpowiada firma NovaSensors, która podpisała kontrakt na zbudowanie czujnika w oponach dla firmy Shuttle. Zastosowano technologię piezorezystancji MEMS, która zamienia ciśnienie na rezystancję elektryczną zasilaną z małej baterii odpowiedzialnej za odczyty częstotliwości radiowej. Chwilę po tym, jak patent wykorzystała NASA, firma dostosowała czujniki do samochodów osobowych i rozpoczęła komercyjną sprzedaż urządzeń.

Bezprzewodowy zestaw słuchawkowy

Niektórzy nie wyobrażają sobie bez nich życia, a przynajmniej joggingu czy jazdy rowerem. Bezprzewodowa komunikacja jest kolejnym „efektem ubocznym” podboju kosmosu. Pierwszy zestaw słuchawkowy opracowała firma Plantronics, a wypróbował ją w kosmosie astronauta Wally Schirra, było to w październiku 1962 roku podczas jego podróży po orbitach.

Wally Schirra otrzymał je w efekcie przykrego zdarzenia, które miało miejsce rok wcześniej. W trakcie misji Mercury-Redstone 4 zatonęła kapsuła Liberty Bell 7, znajdującego się w niej astronautę cudem wydostano z pułapki. Dramatyczną akcję ratowniczą utrudniał fakt, że uwięziony w zalanej kapsule astronauta nie miał z nikim żadnego kontaktu.

By więc możliwe było porozumiewanie się astronautów z resztą ekipy w tej i każdej innej sytuacji, w ich hełmach zaczęto montować cudo, które umożliwiało kontakt bez użycia jakichkolwiek kabli. To właśnie pierwowzór powszechnie stosowanych słuchawek bezprzewodowych.

Wynalazek dał początek całej serii innowacyjnych rozwiązań z zakresu komunikacji krótkiego zasięgu. Dzisiejszy zestaw głośnomówiący w aucie, który łączy się z telefonem za pomocą funkcji bluetooth jest tego najlepszym przykładem.

Selfie

Wszyscy znają ten dowcip… Stanął na księżycu i zrobił jedno zdjęcie… Wyszła na imprezę i zrobiła ich 1000… Ale to nie jest początek tego wynalazku. Ani nawet jego koniec. Idea, która pozwoliła wymyślić ludzkości coś takiego jak selfie, zakiełkowała w latach 90-tych. Choć elementy potrzebne do jej stworzenia – półprzewodniki z warstwą tlenku metalu, typu CMOS, wykorzystywane były już wcześniej. Ale to dopiero w latach 90-tych Eric Fossum wpadł na pomysł, że superwydajny światłoczuły sensor można by wykorzystać do kamer i aparatów fotograficznych. A stąd już bliska droga do wyciągnięcia ręki i pstryknięcia sobie samodzielnie fotki smartfonem.

Lećmy w przyszłość

W tym momencie, gdy czytasz ten artykuł, w marsjańskiej misji Łazika Perseverance biorą udział technologie, z których skorzystasz za parę lat. Już wskazuje się na kilka godnych zainteresowania rozwiązań.

Niepneumatyczna opona

Obecnie w motoryzacji powszechnie stosuje się opony pneumatyczne (wypełnione powietrzem), nie znajdują one jednak zastosowania w warunkach księżycowych, szczególnie fatalnie znosiłyby drastyczną zmianę temperatur, podczas przejazdu z ocienionej strefy Księżyca do nasłonecznionej. Ponadto łatwo je przebić. Także w trudnym terenie Marsa by się nie przydały.

Dlatego na potrzeby eksploracji kosmosu Agencja we współpracy z firmą Goodyear Tire & Rubber Company opracowała opony niepneumatyczne. Fenomen jej konstrukcji opiera się na dość prostym rozwiązaniu – tworzy je sieć 800 połączonych sprężyn nośnych, dzięki którym pojazd zyskuje nieziemską sprężystość i lepiej przystosowuje się do trudnych warunków i zmiennego podłoża księżyca czy Marsa. Dzięki prostemu patentowi zwiększono nośność i wytrzymałość opony, podniesiono jej elastyczność i energooszczędność.

To nie wszystko. NASA opracowała oponę z zaawansowaną pamięcią kształtu. Opona zachowuje się trochę jak blob. Gdy jest to konieczne ulega deformacji, by uniknąć zniszczenia, ale po pokonaniu przeszkody powraca do swojego pierwotnego kształtu. Dzięki sprężystości doskonale przywiera do każdego rodzaju podłoża, zapewniając pojazdowi idealną trakcję. Przy tym jest sztywna, dlatego wyposażony w nią pojazd może rozwinąć dużą prędkość. Co się stanie, gdy opona się przebije? W zasadzie nic takiego. Prawdopodobnie uszkodzi się tylko jedna ze sprężyn, pozostaje ich więc jeszcze 799…

Misje kosmiczne to dopiero początek kariery niepneumatycznych opon. Firma GoodYear już roztacza przed nami kolejne wizje wykorzystania technologii, dzięki której samochody poszybują w powietrze. Dzięki swoim wyjątkowym właściwościom opona może zarówno ponieść pojazd jak i unieść go na pewną wysokość. Brzmi na razie jeszcze dość futurystycznie, ale pomysł jest bardzo poważnie traktowany przez konstruktorów.  

Tak na temat projektu wypowiada się Sebastien Fontaine, Senior Industrial Designer Goodyear – Koncept GoodYear Aero to opona niepneumatyczna, która jest w stanie unieść obciążenia generowane przez samochód. Ta sama struktura, po obróceniu jej o 90° i ustawieniu jej poziomo, zamieni się w pędnik, który uniesie pojazd w powietrze.

Autonomiczna nawigacja

Przy konstruowaniu nawigacji marsjańskiego łazika wykorzystano sztuczną inteligencję, mówiąc krótko wyposażono nawigację w „mózg”, czyli zaawansowaną sieć neuronów i algorytmów przysposabiających ją do uczenia się. Dzięki temu łazik może samodzielnie radzić sobie z trudnym terenem czerwonej planety. Po co Łazikowi ta samodzielność na Marsie? Jest mu niezbędna. Łazik co prawda jest sterowany przez ekipę inżynierów lecz w dużym stopniu zdany jest na siebie, gdyż sygnał z Ziemi do niego płynie około 25 minut. To zdecydowanie za dużo czasu, by w porę zareagować w razie potknięcia czy wywrotki, które mogłyby skutecznie zamienić misję Łazika w totalne fiasko.

Gdzie możemy spodziewać się wykorzystania tej technologii? Prawdopodobnie życie nas zaskoczy, ale niektórzy już sugerują, że znajdzie ona zastosowanie w autonomicznych autach. Samodzielne pojazdy, na razie są w stanie wykonać proste manewry, ale niewykluczone, że gdy odziedziczą inteligencję po łaziku, będą mogły się jeszcze bardziej usamodzielnić.

Radar Dopplera

To kolejna zabawka wspierająca Łazik Perservance na Marsie – zaawansowany technologicznie radar, który wykorzystuje efekt Dopplera do generowania danych o prędkości zbliżania się obiektu. Efekt Dopplera? To ta sztuczka z karetką pogotowia. Na pewno zauważyliście – gdy syrena zbliża się, wyje coraz głośniej i na innej częstotliwości, gdy już Was minie, wtedy dość szybko cichnie. Dziwne? Tak zachowują się fale, nie ma tu co więcej wyjaśniać. Zjawisko Dopplera wykorzystuje ten efekt fali. W Łaziku Perservance połączono go z działaniem lasera.

Wyobraź sobie, że do Łazika coś się zbliża, np. skała. Łazik wypuszcza 3 wiązki lasera, które odbijają się od obiektu. Na podstawie czasu powrotu wiązki można obliczyć odległość od obiektu, a wykorzystując dodatkowo zjawisko Dopplera w trójwymiarowej przestrzeni, także ocenić prędkość zbliżania się przedmiotu. Łazik uzbrojony w taką czujność, może bezpiecznie się przemieszczać.

Jak ten system może pomóc w rozwoju mobilności na Ziemi? Przyda się choćby w autonomicznych autach, które dzięki tej technologii będą mogły zmieniać prędkość bez ryzyka kolizji.

Nasze auta są coraz bardziej kosmiczne. Listy dodatkowego, a nawet standardowego wyposażenia mogą zaskoczyć nawet najbardziej zaawansowanych pasjonatów technologii. Dziś to jest mówiący dowcipy Volkswagen ID – serio to auto ma taką funkcję, sprawdź sam tutaj (ID.3 | Modele | Volkswagen Polska). Jutro to może być… No właśnie, dopowiedz sobie resztę.


Źródła:
1. Shuttle Tire Sensors Warn Drivers of Flat Tires | NASA Spinoff

2. TPMS – Wikipedia, wolna encyklopedia

3. NASA – As Clear as a Bell

4. Goodyear Aero to niepneumatyczna opona przyszłości. Pomoże unieść pojazd w powietrze – YouTube

5. A ‘Brain’ for Cars, Tested for Mars | NASA

6. Doppler radar – Wikipedia

7.Five Mars Rover Technologies That Could Be In Your Next Car (forbes.com)

8. Home | NASA Spinoff