Quest’estate la Nasa invierà su Marte la missione Mars 2020 che avrà il compito di studiare l’abitabilità del pianeta grazie agli strumenti del rover Perseverance. Ma il rover non sarà solo: verrà accompagnato anche dal Mars Helicopter il primo velivolo del suo genere che solcherà i cieli di un altro pianeta. In vista delle prossime missioni – che potrebbero servirsi di dispositivi per l’esplorazione simili al Mars Helicopter – un team di scienziati della Penn University ha ipotizzato un approccio diverso per scoprire i misteri dei cieli di altri mondi. Si tratta dei nanocardboard piccoli dispositivi dal peso minimo privi di parti mobili con una struttura a strati in grado di librarsi in volo quando vengono illuminati da una luce intensa.
Lo studio, pubblicato sulla rivista Advanced Material, ha dimostrato le capacità di volo e di carico dei nanocardboard anche in un ambiente simile a quello marziano. L’atmosfera sottile del pianeta rosso darebbe ai dispositivi la giusta spinta, permettendo il trasporto di piccoli payload. Inoltre la gravità debole migliorerebbe ulteriormente le performance del volo.
Un esempio di nanocardboard : sono visibili i canali che permettono il volo dando stabilità
Gli ingegneri hanno tratto ispirazione dal cartone per imballaggi per realizzare la struttura dei nanocardboard e le loro proprietà derivano dalla tipica ondulazione che caratterizza questo materiale. Composti da una piastra cava di ossido di alluminio, sono dotati di canali ondulati responsabili della levitazione che migliorano la flessibilità e impediscono la propagazione di eventuali crepe. I canali sono anche responsabili della capacità di levitazione, poiché la creazione di un differenziale di temperatura genera una corrente d’aria che fluisce attraverso la loro struttura cava.
Durante la ricerca gli ingegneri hanno messo alla prova le capacità di carico dei dispositivi con diversi tipi di payload, come anelli di silicone, agganciati alla parte superiore. Lo studio è di particolare importanza per valutare il possibile utilizzo dei nanocardboard a bordo delle missioni che potrebbero dirigersi verso Marte, Plutone o Tritone, la luna di Nettuno. Dato che essi pesano circa un terzo di un milligrammo ne occorrerebbero più di un milione per eguagliare la massa del Mars Elicopter e più di sei miliardi per raggiungere quella del rover Perseverance. Il prossimo obiettivo degli studiosi è elaborare un metodo per miniaturizzare i sensori chimici in grado di rilevare acqua e metano su altri pianeti, per inserirli all’interno dei nanocardboard.
«Oltre a trasportare sensori – spiega Igor Bargatin, autore dello studio – i nostri dispositivi potrebbero semplicemente atterrare e portare con loro granelli di sabbia o terra e trasportarli sul rover per evitare che quest’ultimo debba spostarsi molto lontano». Il rover potrebbe anche fornire un mezzo per pilotare i nanocardboard. Pur non avendo parti mobili essi possono essere guidati mediante un laser ad alta precisione poiché la direzione dell’aria che fluisce dai loro canali dipende da quali parti della piastra vengono riscaldate.
Ma non è tutto. I dispostivi potrebbero anche essere usati per applicazioni terrestri. «La mesosfera terrestre è abbastanza simile all’atmosfera marziana in termini di densità – conclude Bargatin – e al momento non abbiamo nulla che voli in quell’area dato che è troppo bassa per i satelliti ma troppo alta per aeroplani e palloni. Sarebbe utile avere questo genere di dispositivi che trasportano sensori anche lì per migliorare la qualità delle previsioni meteorologiche e per l’osservare i cambiamenti climatici».
