La transferencia de tecnología se ha vuelto parte de la cultura de la NASA. Desde hace bastante tiempo NASA colabora con empresas privadas para desarrollar tecnologías para misiones espaciales, acelerando de esta forma la transferencia de esta tecnología a proyectos o productos terrestres que benefician a los humanos en todo el mundo. En este artículo, hablamos sobre una innovación tecnológica desarrollada para el espacio que parece tener el potencial de revolucionar un producto bien conocido y muy común aquí en la Tierra: el neumático.
Durante bastante tiempo, la NASA ha estado desarrollando neumáticos o llantas especiales para cumplir los objetivos de las misiones que fueron a la Luna y más recientemente a Marte. A mediados de los años 70, mientras trabajaban con el programa Apolo, los ingenieros de la NASA ya habían explorado varios diseños de llantas. Un memorando técnico de la NASA describiendo el desarrollo de las ruedas para los vehículos lunares nos dice que, debido al entorno lunar tan único, la creación de ruedas flexibles fue el aspecto más desafiante y lento dentro del desarrollo del vehículo lunar (LRV, por sus siglas en inglés).[1]
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En comparación con las distancias que manejamos en la Tierra, las distancias recorridas por estos vehículos han sido insignificantes; sin embargo, una rueda o neumático para la Luna o Marte debe ser más confiable y estar especialmente diseñado para no necesitar reparaciones ni pincharse. Las ruedas también deben ser livianas, operar en el vacío, bajo temperaturas extremas y con baja gravedad. Además, es importante que sean flexibles para poder deformarse y facilitar la subida de pendientes. De todos ellos requerimientos, la flexibilidad fue el aspecto más crítico y difícil del diseño. Las variaciones tan grandes de temperatura en la Luna, hacen que los materiales flexibles típicos, como el caucho, sean inutilizables. La única alternativa para las llantas lunares, o marcianas, es crearlas de un metal que pueda deformarse repetidamente, resistir impactos y no deslizarse en tierra suelta.
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Para apoyar la misión Apolo 14, Goodyear fabricó una llanta muy parecida a las que tenemos en la tierra. Estas llantas se usaron en el Transportador Americano Modular de Equipo American (MET por sus siglas en inglés), que era realmente un carretilla con dos ruedas y sin motor que se usó para mover equipo. En este caso, los neumáticos tenían cámaras de aire llenas de nitrógeno[4]. La misión Apolo 15 fue la misión que llevó el primer vehículo a la Luna. El vehículo lunar tenía llantas con una estructura de malla, hecha con hilos de acero de 0,083 cm de diámetro recubiertos con zinc, adherida a un rin.También tenía discos de aluminio formado, unidos a un eje de aluminio hilado. Las dimensiones de este neumático eran 81.8 cm de diámetro por 23 cm de ancho[5].
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Después del programa Apolo, el Centro de Investigación Glenn de la NASA en Cleveland, Ohio, se centró en diseñar neumáticos para los rovers de Marte. Sojourner, el primer rover enviado a Marte, formó parte de la misión Mars Pathfinder, que aterrizó en Marte el 4 de julio de 1997. Las ruedas de este pequeño vehículo tenían solo 13 cm de diámetro y no viajó muy lejos. Tanto las ruedas como los vehículos o rovers, como se les dice en inglés, eran más grandes. Los Vehículos de Exploración de Marte llamados Spirit (Espíritu) y Opportunity (Oportunidad) fueron enviados en 2003. Estos tenían ruedas de 0.02 pulgadas de grosor y 10.2 pulgadas de diámetro. Curiosity, (Curiosidad), otro vehículo que aterrizó en Marte en el 2012, también tenía ruedas delgadas; estas tenían 0.03 pulgadas de espesor y 19.7 pulgadas de diámetro. Todas estas ruedas estaban hechas de aluminio con tacos para tracción y resortes curvos de titanio para un soporte elástico.
Micro rover [5]
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Debido al terreno duro y rocoso de Marte, las ruedas del vehículo Curiosity comenzaron a mostrar daños significativos a poco más de un año de aterrizar en el planeta rojo. Buscando extender la vida útil del rover y permitirle completar su misión, el equipo que desarrollo las ruedas tuvo que diseñar algoritmos de movimiento inteligente para reducir las fuerzas actuando en las ruedas de Curiosity mientras el rover trepaba por las rocas y con ello reducir el daño.
Sin embargo, aún antes de que se dieran cuenta de este problema, los ingenieros de NASA Glenn ya habían comenzado a trabajar en diferentes diseños. Para ello, la NASA creó una colaboración con empresas privadas, como Goodyear, y trabajó en el diseño de un neumático compatible y sin aire. El resultado de esta cooperación fue la Llanta Resorte o Spring Tire, que estaba hecha de cientos de alambres de acero enrollados y tejidos en una malla flexible. Este diseño podría aguantar cargas elevadas mientras se adapta al terreno y con buena tracción. Sin embargo, a pesar de que se desempeñó bastante bien en la arena, las pruebas mostraron que los cables de acero se deformarían en el duro terreno de Marte.
La solución al problema de deformación fue resuelto gracias a la colaboración fortuita entre dos empleados de la NASA. En este caso, el ingeniero Collin Creager, que trabajaba en el problema de los neumáticos, tuvo una conversación con Sato Padula, un científico de materiales con experiencia en materiales superelásticos. Padula y le dijo a Creager que la solución era usar níquel-titanio (NiTinol), el cual es una aleación con memoria de forma (SMA por sus siglas en inglés). En este caso, el material realiza una reorganización atómica para adaptarse a la deformación y luego se reorganiza nuevamente en su forma original. Esta superelasticidad permite que un neumático de este material tenga 30 veces la máxima deformación posible de un material convencional y que esa deformación no sea permanente. La tecnología de neumáticos superelásticos también convierte a un neumático en un excelente amortiguador y le permite moverse sin esfuerzo por terrenos irregulares sin romperse ni dañarse. La investigación y las pruebas posteriores cambiaron el diseño de Spring Tire de un alambre tejido a una serie de espirales interconectadas.
Esto nos lleva de nuevo al tema de la transferencia de tecnología. Entusiasmados con esta nueva tecnología, Brian Yennie y Earl Cole, dos empresarios, se comunicaron con los ingenieros del Centro de Investigación Glenn de la NASA para explorar las aplicaciones comerciales de esta innovadora tecnología de neumáticos. Concebida en 2020, como parte del Programa de puesta en marcha de la NASA de FedTech, La Compañía Llanta Inteligente (The SMART Tire Company o STC) ha estado desarrollando la llanta Martensite Elasticized Tubular Loading (METL™) que utiliza la tecnología SMA y funciona para bicicletas de calle y senderos[8]. Su objetivo es que el neumático sea liviano, duradero y que nunca se desinfle. A principios de 2022, la empresa volvió a salir en las noticias después de aparecer en Shark Tank, en donde ellos buscaban más financiación. A principios de este año, su neumático para bicicleta sin aire METL™ ganó dos premios a la innovación de la Consumer Technology Association (CES) de 2023. Desafortunadamente, estos neumáticos aún no están disponibles, aunque escuchamos que lo estarán pronto. Algunos especulan que el retraso podría deberse al costo del NiTinol y la financiación[7].
Mientras tanto, parece ser que los ingenieros y científicos de materiales de la NASA continúan probando una versión derivada de un neumático que funcionaría en automóviles y camiones en la Tierra[9]. Más recientemente, Fort Wayne Metals en Fort Wayne, Indiana, inició una colaboración con la NASA para comenzar a producir materiales de NiTinol que se usarán para crear los neumáticos para los vehículos móviles que se mandarán al espacio [10]. El objetivo de esta colaboración es apoyar la exploración de la Luna; sin embargo, también tiene el potencial de acelerar el desarrollo de estos neumáticos superelásticos para uso general.
Además de aprender sobre esta tecnología tan interesante, hay dos cosas mencionadas en este artículo que me gustaría destacar. En primer lugar, la importancia de la colaboración. Más de una vez he escuchado historias sobre conversaciones informales entre colegas con diferente experiencia, que terminan ayudando a encontrar la solución a un gran problema. Por lo tanto, no debemos tener miedo de compartir éxitos y fracasos. Platicar a otros sobre ellos puede ayudar a lograr nuestros objetivos y también dar grandes resultados. En segundo lugar, no solo las grandes empresas pueden aprovechar esta tecnología. La empresa SMART Tire es una pequeña empresa que empezó con este proyecto y que, a pesar de los posibles obstáculos que ha encontrado, parece estar cerca de lograr un objetivo que podría cambiar las reglas del juego para todos y acabar con los pinchazos de llantas.
Referencias:
[1] https://ntrs.nasa.gov/citations/20100000019
[2] https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/lunar/apollo_lrv.html
[3] Smithsonian National Air and Space Museum https://airandspace.si.edu/collection-objects/wheel-lunar-rover/nasm_A19750830000— Image first wheel with aluminum center, steel wire, and aluminum “treads”
[4] https://www.nasa.gov/specials/wheels/
[5] https://mars.nasa.gov/MPF/rover/descrip.html
[6] https://mars.nasa.gov/resources/6265/rover-wheel-sizes-isometric/
[7] https://bikerumor.com/astronauts-on-bikes-rubber-tread-smart-airless-metl-tire-prototype-is-50-lighter/
[8] https://technology.nasa.gov/page/nasas-airless-tire-technology-re
[9] https://technology.nasa.gov/patent/LEW-TOPS-99
[10] https://www.wane.com/news/local-news/fort-wayne-metals-nasa-team-up-to-advance-tech-that-could-support-moon-exploration/