Czujniki z AGH na stacji kosmicznej. Polecą z naukową misją

Misja IGNIS (Ax-4), z udziałem dra Sławosza Uznańskiego-Wiśniewskiego to kolejny krok w zaangażowaniu Polski w europejski i światowy program kosmiczny. Tym razem jednak nie chodzi tylko o obecność astronauty - w przestrzeń kosmiczną wysłano także wyjątkowy materiał, który może stać się przyszłością nie tylko dla astronautów, ale i dla pacjentów na Ziemi.

Nanomateriały to przyszłość – tej tezy trzymają się naukowcy z Wydziału Technologii Kosmicznych AGH w Krakowie. Od 2018 roku pracują nad szczególnym ich rodzajem: MXene. To ultra cienkie, przewodzące materiały stworzone z warstw węglika tytanu. Ich grubość nie przekracza 100 nanometrów – to mniej więcej jedna tysięczna grubości ludzkiego włosa!

- MXene to bardzo czuły materiał. Można go wykorzystać m.in. w czujnikach, które rejestrują ruchy czy tętno. Właśnie takie czujniki zabierze na orbitę Sławosz Uznański-Wiśniewski - tłumaczy mgr inż. Wojciech Guziewicz, członek zespołu badawczego.

Celem eksperymentu „MXene in LEO” (czyli w niskiej orbicie okołoziemskiej) jest sprawdzenie, jak te nowoczesne materiały zachowują się w warunkach mikrograwitacji – bez ciężaru, bez ciśnienia, bez ziemskich ograniczeń. Jeśli się sprawdzą, mogą być wykorzystywane w przyszłych misjach kosmicznych, w tym do monitorowania stanu zdrowia astronautów w czasie rzeczywistym.

Testowane przez dra Sławosza Uznańskiego-Wiśniewskiego opaski przypominają paski do zegarka. Wykonano je z celulozy bakteryjnej – ekologicznego materiału produkowanego przez bakterie na bazie cukru i herbaty. To nie żart – ten „kosmiczny materiał” powstaje w laboratorium bez potrzeby stosowania zaawansowanego sprzętu. Z wyglądu przypomina sztuczną skórę i może być produkowany nawet w przestrzeni kosmicznej.

Właśnie do tej celulozy przymocowane są czujniki z MXene. Zbierają dane o pulsie astronauty i ruchach jego nadgarstka.

- To jakbyśmy mogli zaglądać do wnętrza ciała bez żadnych kabli, nieinwazyjnie – podkreśla dr inż. Dagmara Stasiowska, członkini zespołu badawczego.

- Taka opaska może w przyszłości stać się inteligentnym opatrunkiem, który monitoruje stan rany, poziom nawodnienia skóry, a nawet sygnalizuje infekcję – dodaje Wojciech Guziewicz.

Badacze z AGH przetestowali wcześniej materiał MXene w komorze próżniowej i pod lampami UV. Lot na ISS to jednak znacznie bardziej wymagające środowisko. Dr Sławosz Uznański-Wiśniewski przez dwa tygodnie będzie testował sześć takich opasek, wykonując z góry zaplanowane ruchy nadgarstkiem. Każda opaska zostanie sprawdzona dwukrotnie, co daje łącznie dwanaście pomiarów. Jednocześnie identyczne testy przeprowadzi naziemny zespół w laboratorium AGH, by móc porównać warunki ziemskie i kosmiczne.

Sławosz Uznański-Wiśniewski, doktor nauk technicznych, zostanie drugim Polakiem w historii w kosmosie i pierwszym, który trafi na Międzynarodową Stację Kosmiczną. Jego lot odbywa się w ramach misji Ax-4.

Dla całego środowiska naukowego w Polsce to historyczny moment. Od misji Mirosława Hermaszewskiego minęło aż 46 lat. Teraz Polska wraca do gry - i to z własnymi badaniami.

- To ogromna szansa i powód do dumy. Widzimy, że firmy kosmiczne w Polsce zaczynają się rozwijać, a nasza obecność w ESA rośnie. Mam nadzieję, że to dopiero początek - komentuje Wojciech Guziewicz.

Wydział Technologii Kosmicznych AGH w Krakowie to jednostka, której działalność daleko wykracza poza klasyczne skojarzenia z hutnictwem czy górnictwem. Na Wydziale Technologii Kosmicznych, naukowcy badają m.in. wykorzystanie regolitu księżycowego do druku 3D, prowadzą obserwacje satelitarne, które mogą być wykorzystywane do przeciwdziałania skutkom powodzi czy innych klęsk naturalnych oraz planują satelitarne monitorowanie sinic w Bałtyku, czy opracowują technologie uzdatniania wody i redukcji CO2.

- U nas kosmos to nie tylko rakiety i łaziki. To badania biologiczne, środowiskowe, materiałowe. Tworzymy czujniki, badamy komórki, rozwijamy metody naturalnego oczyszczania wody. To nauka bardzo bliska codzienności, tyle że w ekstremalnych warunkach - wyjaśnia dr Joanna Pyrkosz-Pacyna, Prodziekan ds. Rozwoju i Współpracy.

AGH nie tylko rozwija technologie, ale też inspiruje młodych ludzi.

- Kosmos przyciąga. To temat, który zapala studentów do działania. Mamy już dziesięć kosmicznych kół naukowych na AGH, ich członkowie i członkinie są bardzo aktywni, wygrywają międzynarodowe konkursy na najlepsze rozwiązania technologiczne - mówi dr Joanna Pyrkosz-Pacyna. - Nasza uczelnia zawsze była bardzo wyczulona na to, co się dzieje w nowych technologiach i podążała za nimi. Kiedyś to było górnictwo, hutnictwo, później technologie komunikacyjne, informatyka, robotyka, budowa maszyn. Teraz rozwija się przemysł kosmiczny, a nasza uczelnia ma do tego narzędzia i kadrę – dodaje.

W marcu tego roku Akademia Górniczo-Hutnicza uruchomiła studia magisterskie Space Technologies. Studenci kształcą się w ramach trzech specjalizacji: upstream (technologie wysyłane w przestrzeń kosmiczną), downstream (wykorzystanie danych satelitarnych) oraz biomedial (badanie wpływu przestrzeni kosmicznej na zdrowie organizmów żywych). Co ciekawe, studia skierowane są nie tylko do inżynierów - osoby z tytułem licencjata mogą rozpocząć naukę od tzw. semestru zerowego, mającego na celu wyrównanie wiedzy z przedmiotów technicznych.

Choć MXene in LEO to eksperyment kosmiczny, jego efekty mogą szybko znaleźć zastosowanie na Ziemi. Opaski testowane przez dra Sławosza Uznańskiego-Wiśniewskiego mogłyby w przyszłości wspierać rehabilitację pacjentów, zdalne diagnozy lekarskie, monitorowanie stanu zdrowia osób starszych, a nawet poprawę warunków pracy w trudnych środowiskach przemysłowych.

MXene mają też inne potencjalne zastosowania: jako sensory wykrywające zanieczyszczenia powietrza, osłony przed promieniowaniem czy materiały dla smart-odzieży. Przestrzeń kosmiczna staje się poligonem doświadczalnym dla rozwiązań, które kiedyś mogą stać się powszechne.

Spośród osiemdziesięciu ośmiu zgłoszeń do pierwszej polskiej misji kosmicznej wybrano trzynaście eksperymentów - wszystkie pionierskie.

- „MXene in LEO” to wielkie osiągnięcie krakowskiego zespołu i dowód na to, że polska nauka potrafi sięgać gwiazd – mówi dr Joanna Pyrkosz-Pacyna.

Misja Sławosza Uznańskiego-Wiśniewskiego potrwa dwa tygodnie – ale jej echa, jak wierzą naukowcy z AGH - będą rezonować znacznie dłużej.

- To eksperyment, który może otworzyć drogę do większej obecności Polski w kosmosie. A może też pomóc ludziom tu, na Ziemi. Bo na końcu zawsze chodzi o człowieka – podsumowuje Wojciech Guziewicz.

Jeśli MXeny i celuloza przejdą testy pozytywnie, Polska może stać się pionierem w tworzeniu zaawansowanych materiałów do zastosowań kosmicznych i medycznych.