Laser origami: un raggio di luce per modellare la Luna

C’è qualcosa di fantascientifico nell’idea di piegare un materiale solido come se fosse carta, senza neppure sfiorarlo. I ricercatori della University of Florida lo chiamano ‘laser origami’: un raggio di luce che, come il laser sparato da un supereroe, scalda la superficie di una lamina e la induce a incurvarsi con precisione millimetrica. È una forma di manifattura che non richiede presse, stampi o macchinari pesanti, ma solo un fascio luminoso controllato. Ed è proprio questa leggerezza concettuale e operativa a renderla particolarmente adatta ai contesti spaziali.

Lo studio, guidato dalla professoressa Victoria M. Miller e pubblicato su Lasers in Manufacturing and Materials Processing, affronta una delle questioni centrali per la futura presenza umana sulla Luna: come piegare e modellare materiali in un ambiente privo di atmosfera, tenuto conto che ogni grammo trasportato sulla Luna da Terra ha un costo enorme e la possibilità di costruire direttamente in loco diventa un requisito essenziale. Il team ha analizzato in dettaglio come il processo di laser forming vari al mutare dell’ambiente circostante, dal normale contesto terrestre fino al vuoto, simulando le condizioni operative della superficie lunare.

Il risultato più significativo è la piegatura controllata di un pezzo di vetro ottenuto da un simulante di regolite, la ‘sabbia’ che ricopre la superficie lunare. Il materiale è stato deformato utilizzando esclusivamente il laser, grazie a calore localizzato e a un controllo accurato dei parametri di scansione. Questo esperimento mostra che la regolite può essere trasformata in un materiale lavorabile e modellabile sul posto, aprendo la strada a una produzione che non dipende più dal trasporto di strutture e componenti dalla Terra.

La questione della disponibilità di pezzi di ricambio e strumenti è da sempre un limite operativo delle missioni spaziali. Ogni equipaggio deve contare su un inventario ridondante, perché non esiste la possibilità di fabbricare ciò che manca o ciò che smette di funzionare. «Quando qualcosa si rompe nello spazio, non puoi permetterti di portare tre copie di ogni parte», osserva Miller. La capacità di produrre componenti direttamente in orbita o sulla superficie lunare ridurrebbe in modo significativo costi, peso e volume dei carichi, rendendo le missioni più flessibili e meno dipendenti dalla logistica terrestre.

Schema del sistema di bloccaggio del campione mentre viene colpito dal raggio laser. Crediti: Lasers in Manufacturing and Materials Processing.

Dal punto di vista fisico, il laser forming si basa su un principio intuitivo: il calore concentrato provoca una dilatazione differenziale nella lamina, che si traduce in una curvatura controllata. Tuttavia, il comportamento termico cambia radicalmente quando si passa a un ambiente di vuoto. Lo studio ha evidenziato come la presenza o l’assenza di un’atmosfera influenzi la dissipazione del calore, la rapidità con cui il materiale inizia a deformarsi e il pre‑bending delay, il tempo necessario prima che la piega abbia effettivamente inizio. Comprendere questi fenomeni è fondamentale per progettare sistemi di fabbricazione capaci di operare in condizioni estreme come quelle lunari o marziane.

La possibilità di trasformare materiali locali in componenti funzionali, senza infrastrutture pesanti e con un controllo fine della deformazione, si inserisce pienamente nelle strategie di lungo periodo dedicate all’In‑Situ Resource Utilization promosse da Nasa ed Esa. Allo stesso tempo, l’industria terrestre guarda con interesse a una manifattura leggera, rapida e adattabile, capace di intervenire sui materiali senza contatto fisico, con potenziali ricadute nei settori della difesa, dell’aerospazio e della produzione ad alta precisione.

Immagine in alto: Quando si progetta una stazione lunare, le tecnologie per l’utilizzo dei materiali disponibili in loco sono fondamentali. Tali tecnologie riducono drasticamente la necessità di trasporto dalla Terra. Un’idea implementata attraverso la Open Space Innovation Platform (Osip) dell’Esa mira a sviluppare una tecnologia chiave, nello specifico la “Fusione Laser Selettiva Mobile (M-Slm)”, per la costruzione di grandi strutture sulla Luna. Questa tecnica prevede il puntamento di un raggio laser mobile ad alta potenza sulla regolite lunare. La regolite fusa può essere utilizzata per edificare strutture, che diventano resistenti una volta che la regolite si solidifica. Crediti: Esa/Università Tecnica di Berlino.