🔌 👏🏿 🔵 L'ultra-condensateur de la NASA est devenu ... un humidimètre 🎃 🔌 💘

Avec la technologie, beaucoup de choses peuvent aller (et partir) pas comme nous le souhaiterions. Le Dr Terry Rolin, analyste de dysfonctionnement des systèmes électroniques au Marshall Space Flight Center, le sait de première main.

Son travail consiste à trouver des solutions aux problèmes, et s'il ne les trouve pas, alors il commence à inventer. Lorsque Rolin et son équipe ont été invités à découvrir ce qui avait causé la défaillance d'un grand système de batterie en 2011, cela leur a fait réfléchir à la question fondamentale - pouvons-nous développer une meilleure source d'alimentation?

Sur la base de l'expérience de l'équipe en science des matériaux, Rolin et son équipe se sont mis au travail. Ils ont commencé à résoudre le problème à partir de zéro, en examinant les caractéristiques idéales de la source d'alimentation et en essayant de trouver des matériaux qui répondraient mieux à ces critères que les matériaux traditionnels.

«Nous avons commencé à travailler avec des matériaux solides pour nous éloigner des liquides et des gels et éviter les matériaux toxiques», explique Rollin. Et, suite à certains développements ultramodernes utilisant des nanomatériaux, il affirme que "nous avons réussi à inventer un nouveau dispositif, que nous appelons un ultracondensateur".

Ce nouveau supercondensateur de la NASA est constitué d'un matériau solide conçu pour stocker l'énergie et est plus sûr que les batteries fabriquées à partir de liquides et de gels toxiques. Pendant les tests, il a montré une incroyable sensibilité à l'humidité.

La nouvelle invention de l'équipe Rolin est représentative d'une nouvelle classe d'alimentations, représentant une sorte d'hybride entre supercondensateurs et batteries. En particulier, il combine une capacité élevée (capacité à stocker la charge) avec des «caractéristiques de décharge inhérentes aux batteries», c'est-à-dire fournit une puissance constante dans le temps. Étant fait de matériau semi-conducteur, il est également plus résistant aux conditions défavorables, telles que les changements de température dans la pièce, et plus sûr à fabriquer et à utiliser que les systèmes de batterie traditionnels.

La création accidentelle d'un capteur d'humidité à semi-conducteur a surpris les ingénieurs de la NASA travaillant sur une nouvelle technologie énergétique. Les tentatives pour trouver un remplacement pour les piles en matériaux toxiques ont conduit à l'émergence d'un nouveau capteur d'humidité qui peut donner des lectures sur le niveau d'humidité à l'intérieur du réfrigérateur ou du vaisseau spatial.

Rolin et son équipe espèrent que ce matériau révolutionnaire a un grand avenir dans les systèmes énergétiques spatiaux et commerciaux. Dans le même temps, la bizarrerie des propriétés de leur matériau innovant a ouvert des applications inattendues.

Au début des tests, Rolin a remarqué une caractéristique intéressante qu'il ne pouvait expliquer: «Un bon système de stockage d'énergie devrait avoir une grande capacité», dit-il. «Lorsque j'ai tenu l'ultra-condensateur dans ma main et l'ai testé, la capacité était très élevée. Mais quand je l'ai mis sur la table et l'ai testé à nouveau, il a fortement chuté. "

Initialement, les ingénieurs pensaient que la capacité était influencée par la chaleur du corps de Rolin, alors ils ont effectué des tests dans une chambre thermique. La capacité n'a pas changé.

«Bientôt, nous avons réalisé que c'était l'humidité de l'air expiré qui avait provoqué ces grands changements», explique Rolin. "Nous l'avons testé dans une chambre d'humidité, et, bien sûr, nous avons vu l'énorme réponse du réservoir aux changements de taux d'humidité."

Le nouvel ultracondensateur de Rolin s'est avéré être un élément semi-conducteur sensible à l'humidité.

Changement technologique

Les capteurs d'humidité mesurent la quantité d'humidité dans l'air en détectant les changements qui affectent les courants électriques ou la température. L'ultra-condensateur de la NASA est extrêmement sensible aux conditions changeantes, détectant les moindres changements. De plus, il s'est rapidement rétabli, car il a facilement déversé l'humidité de surface collectée.

Pour mesurer la vitesse de réaction, l'équipe a testé ses performances par rapport à des capteurs d'humidité commerciaux et a constaté qu'elle était plus rapide. Selon Rolin, après tous les tests d'humidité qu'ils auraient pu effectuer à l'usine, ils avaient besoin d'un partenaire de l'industrie pour effectuer des contrôles plus approfondis.

Il a demandé l'aide du bureau de transfert de technologie de Marshall. Le bureau a annoncé cette technologie et Roscid Technologies Inc., basée à Woburn, Massachusetts, a contacté la NASA. La société fournit à la NASA un équipement analytique de haute qualité pour tester les mesures de gaz de haute pureté. Roscid s'est vu proposer de tester la nouvelle technologie car le personnel était intrigué. Un travail conjoint sur le capteur d'humidité a permis d'explorer une nouvelle technologie qui, lors de son premier examen, semblait prometteuse.

«Nous avons demandé à Terry d'envoyer des échantillons», explique Ken Murray, vice-président du développement des nouvelles affaires. «Au départ, nous avons eu l'idée de voir à quel point le matériau est durable et comment il fonctionnera dans diverses conditions.»

Les tests sont effectués dans des "environnements plutôt désagréables", notamment "des produits chimiques terribles, des changements brusques de température et avec un grand nombre de cycles de travail". La société a confirmé que le nouveau matériel de la NASA, en plus de ses principaux avantages, a une valeur ajoutée.

La taille de la surface sensible nécessaire pour capturer les changements d'humidité et la sortie du signal dépend d'un certain nombre de facteurs: le type de matériau sensible, l'environnement et l'application. La plupart des capteurs utilisent des matériaux polymères ou céramiques, qui peuvent avoir une faible sensibilité, ils doivent donc être suffisamment grands.

Le problème que tous les capteurs existants peuvent rencontrer est les dommages causés par l'humidité qu'ils mesurent. Au fil du temps, les capteurs absorbent le liquide, ce qui entraîne une érosion du matériau sensible. Cela conduit à une distorsion des lectures ou à un arrêt complet du capteur. À cet égard, une surveillance continue est nécessaire pour garantir l'exactitude des données et remplacer les blocs endommagés. Cela signifie que la plupart des capteurs sont de courte durée, ce qui augmente le coût de maintenance du système.

L'humidité est un problème pour la production dans de nombreuses industries, y compris les produits pharmaceutiques, il est donc essentiel de contrôler les niveaux d'humidité. Si le capteur tombe en panne ou l'étalonnage échoue, cela peut entraîner une perte importante. Le nouveau capteur d'humidité à semi-conducteur de la NASA peut révolutionner l'industrie avec un matériel plus robuste.

Murray a constaté que pour obtenir des lectures cohérentes et précises, une petite quantité de nouveau matériel de la NASA, environ un centième de pouce, suffit. Pour transformer ce signal en données significatives, Roscid a développé et amélioré des composants électroniques compatibles avec le nouveau matériau.

«Alors que nous approfondissions le capteur, nous voulions le porter à un nouveau niveau», explique Murray. «Chaque fois que nous avons constaté que nous avions appris quelque chose de nouveau, Terry a légèrement modifié la technologie. Le capteur est devenu un peu plus fiable pour les applications que nous testons. »

Roscid a signé deux licences d'évaluation avec Marshall pour aller au-delà des exigences de test de la NASA. Lorsque Murray s'est tourné vers de nouveaux clients potentiels avec des échantillons, il a déclaré que "la réaction était extrêmement positive". La société a donc signé une licence non exclusive et a commencé en 2019 à commercialiser son modèle de capteur d'humidité CBNS215.

Avantages

De tels capteurs sont nécessaires dans les environnements où l'humidité doit être contrôlée, que ce soit pour maintenir certaines conditions ou pour empêcher l'humidité de pénétrer dans le produit. En plus de l'entretien de routine et du remplacement des capteurs, les systèmes de contrôle de l'humidité font face à des temps d'arrêt nécessitant des procédures d'étalonnage coûteuses. Roscid pense que les capteurs de la NASA réduiront considérablement cette charge. Murray cite l'exemple de l'industrie pharmaceutique.

"Après avoir traité chaque lot de médicaments, les sociétés pharmaceutiques doivent vérifier les capteurs pour les normes d'étalonnage afin de s'assurer qu'ils ne s'écartent pas", dit-il. "Si un appareil tombe en panne, il devra retirer et refaire le dernier lot, ou le mettre en quarantaine."

Des capteurs fiables permettront aux entreprises d'augmenter les cycles d'étalonnage, ce qui aura un impact significatif sur le résultat final.

Les capteurs peuvent dévier ou tomber en panne après un «événement d'humidité». La condensation sur le capteur peut être faible ou importante, par exemple, lorsque le capteur est immergé dans un liquide. Comme de nouveaux matériaux fuient l'humidité, ces problèmes peuvent être chose du passé.

«Le matériau sensible de la NASA est une conception semi-conductrice, il n’est pas nécessaire de vider quoi que ce soit», explique Murray.

Cette fiabilité est une caractéristique essentielle pour les applications à humidité élevée et à basse température telles que le refroidissement. Alors que la porte du réfrigérateur s'ouvre et se ferme constamment, l'humidité et la température changent constamment. Il est extrêmement difficile de maintenir des conditions idéales sans surveillance constante.

Un fabricant de réfrigérateurs ménagers de haute qualité teste le capteur CBNS215 dans un bac à légumes. L'objectif est de maintenir l'humidité de l'air à 95% à 37 ° F. Jusqu'à présent, la société n'a trouvé aucun capteur capable de maintenir l'humidité de manière stable pendant longtemps.

"Il y a un test que ces gars-là effectuent, et c'est assez compliqué", explique Rolin. «Roscid a effectué un test similaire par lui-même et, selon eux, seul notre capteur a réussi à le réussir. C'est plutôt cool. "

Rolin souhaite trouver une solution à un problème important qui permettrait aux consommateurs et aux compagnies gazières d'économiser des millions de dollars. Ce problème est que l'eau pénètre dans l'essence.

Murray pense qu'un nouveau capteur peut aider. "La surveillance du niveau d'humidité dans les réservoirs de stockage d'essence souterrains peut réduire le risque de pénétration d'eau dans votre voiture", explique-t-il. Des capteurs peuvent également être installés dans les réservoirs de carburant des voitures, avertissant les conducteurs de la pénétration d'humidité dans le système d'alimentation en carburant.

Les sociétés pétrolières et gazières ont également manifesté leur intérêt pour le CBNS215. Ils ont besoin d'une technologie qui fonctionne à des points de rosée bas et à des températures allant jusqu'à -70 degrés Celsius. Les capteurs d'alumine actuellement utilisés présentent de sérieuses limitations - longs temps de réponse et longs temps de séchage. Il peut s'écouler plusieurs jours ou semaines avant que le système ne commence à fonctionner après une exposition à l'humidité. Murray s'est associé à l'industrie pour s'assurer que le capteur de la NASA sera un véritable remplacement.

La stérilisation à froid, les conteneurs de transport réfrigérés et les camions, ainsi que les compagnies aériennes, ne sont que quelques exemples d'industries intéressées à discuter de la nouvelle technologie des capteurs et à en discuter avec Roscid.

"Il est particulièrement utile pour les avions militaires d'avoir un capteur d'humidité qui lit avec précision le niveau de point de rosée dans l'atmosphère à travers lequel l'avion vole", explique Murray. "Cette tâche est à l'étude."

Cette copie du vaisseau spatial SpaceX Crew Dragon subit des tests du système de contrôle environnemental et de soutien à la vie de l'équipage du vaisseau spatial. Les systèmes de survie dans l'espace sont complexes et délicats. Le matériau innovant sensible à l'humidité à l'état solide développé par la NASA peut aider à détecter les petites fuites dans ces systèmes, car il est sensible aux plus petits changements dans l'air, ce qui permet aux astronautes d'effectuer les réparations nécessaires et d'éviter tout problème grave.

Ces diverses applications introduisent de nouvelles industries à la technologie de la NASA, et Murray rend hommage à l'Agence spatiale pour cela.

«Si la NASA dit que ça marche, alors ça marche», dit-il. «La NASA est un excellent partenaire car elle est vraiment engagée non seulement pour son travail, mais aussi pour le processus de commercialisation.»

Rolin et son équipe recherchent des applications spatiales pour bénéficier de cette découverte inattendue.

«Maintenant que nous savons que notre nouveau matériau est sensible à l'humidité et qu'il semble tolérer des pointes de température, nous pouvons le placer en toute sécurité dans l'un de nos bancs de test», explique-t-il. "S'il fonctionne bien, la NASA disposera d'un capteur rendu possible grâce à un partenariat avec Roscid."

Le capteur devrait être envoyé dans l'espace lors d'un vol expérimental vers l'ISS associé aux matériaux. Un vol réussi prouvera que le nouveau matériel peut être utilisé dans de futurs vols.

Notant que la NASA utilise des capteurs d'humidité sur la station spatiale pour des systèmes de surveillance environnementale et de survie, Rolin a présenté un capteur miniature qui aidera à tout surveiller, depuis l'arrêt des astronautes respirant pendant le sommeil, jusqu'à la détection précoce des fuites dangereuses dans le système.

Quant à l'utilisation des ultracondensateurs, les résultats préliminaires sont prometteurs et il reste encore de nombreux tests à venir.

«Il peut être possible de créer un système combiné qui accumulera de l'énergie et servira également de capteur d'humidité dans les fusées et autres engins spatiaux», explique Rolin.

- automotive . 2500 , 650 .

, , . ( 30, ), -, -, - (DSP-) .

, . , , , . , automotive. , , .

L'ultra-condensateur de la NASA est devenu ... un humidimètre

Changement technologique

Avantages

More articles: