🧕🏻 🤦🏾 👩🏾‍🤝‍👨🏻 NASA ultra-kapasitor telah menjadi ... pengukur kelembaban 🎣 🐤 🕠

Dengan teknologi, banyak yang bisa pergi (dan pergi) tidak seperti yang kita inginkan. Terry Rolin, analis kerusakan sistem elektronik di Marshall Space Flight Center, mengetahui hal ini secara langsung.

Tugasnya adalah menemukan solusi untuk masalah, dan jika dia tidak dapat menemukannya, maka dia mulai menciptakan. Ketika Rolin dan timnya diinstruksikan untuk mencari tahu apa yang menyebabkan kegagalan sistem baterai besar pada tahun 2011, itu membuat mereka berpikir tentang pertanyaan mendasar - dapatkah kita mengembangkan sumber daya yang lebih baik?

Berdasarkan pengalaman tim dalam ilmu material, Rolin dan timnya mulai bekerja. Mereka mulai memecahkan masalah dari awal, memeriksa karakteristik ideal sumber daya dan mencoba menemukan bahan yang akan memenuhi kriteria ini lebih baik daripada yang tradisional.

"Kami mulai bekerja dengan bahan padat untuk menjauh dari cairan dan gel dan menghindari bahan beracun," Rollin menjelaskan. Dan, setelah beberapa perkembangan ultramodern menggunakan bahan nano, dia mengatakan bahwa "kami berhasil menciptakan perangkat baru, yang kami sebut ultracapacitor."

Ultracapacitor NASA baru ini terdiri dari bahan padat yang dirancang untuk menyimpan energi, dan lebih aman daripada baterai yang terbuat dari cairan dan gel beracun. Selama pengujian, ia menunjukkan sensitivitas luar biasa terhadap kelembaban.

Penemuan baru dari tim Rolin adalah perwakilan dari kelas baru pasokan listrik, mewakili semacam hibrida antara superkapasitor dan baterai. Secara khusus, itu menggabungkan kapasitas tinggi (kemampuan untuk menyimpan muatan) dengan "karakteristik debit yang melekat pada baterai", yaitu. memberikan daya konstan dari waktu ke waktu. Terbuat dari bahan semikonduktor, bahan ini juga lebih tahan terhadap kondisi buruk, seperti perubahan suhu di ruangan, dan lebih aman untuk diproduksi dan dioperasikan daripada sistem baterai tradisional.

Penciptaan sensor kelembaban semikonduktor yang tidak disengaja mengejutkan para insinyur NASA yang sedang mengerjakan teknologi energi baru. Upaya untuk menemukan pengganti baterai yang terbuat dari bahan beracun telah menyebabkan munculnya sensor kelembaban baru yang dapat memberikan bacaan tentang tingkat kelembaban di dalam lemari es atau pesawat ruang angkasa.

Rolin dan timnya berharap bahwa materi revolusioner ini memiliki masa depan yang hebat dalam ruang dan sistem energi komersial. Pada saat yang sama, kekhasan dalam sifat material inovatif mereka telah membuka aplikasi yang tidak terduga.

Pada tahap awal pengujian, Rolin memperhatikan fitur menarik yang tidak bisa dia jelaskan: "Sistem penyimpanan energi yang baik harus memiliki kapasitas besar," katanya. “Ketika saya memegang ultracapacitor di tangan saya dan mengujinya, kapasitasnya sangat tinggi. Tetapi ketika saya menaruhnya di atas meja dan mengujinya lagi, benda itu jatuh dengan tajam. "

Awalnya, para insinyur percaya bahwa kapasitas dipengaruhi oleh panas tubuh Rolin, sehingga mereka melakukan tes di ruang termal. Kapasitas tidak berubah.

"Segera, kami menyadari bahwa kelembaban di udara yang dihembuskanlah yang menyebabkan perubahan besar ini," jelas Rolin. "Kami mengujinya di ruang kelembaban, dan, tentu saja, kami melihat respons besar tangki terhadap perubahan tingkat kelembaban."

Ultracapacitor baru Rolin ternyata merupakan elemen semikonduktor yang sensitif terhadap kelembaban.

Perubahan teknologi

Sensor kelembaban mengukur jumlah kelembaban di udara dengan mendeteksi perubahan yang memengaruhi arus listrik atau suhu. Ultracapacitor NASA sangat sensitif terhadap perubahan kondisi, mendeteksi perubahan sekecil apa pun. Selain itu, ia dengan cepat pulih, karena ia dengan mudah membuang kelembaban permukaan yang terkumpul.

Untuk mengukur laju reaksi, tim menguji kinerjanya terhadap sensor kelembaban komersial dan menemukan bahwa itu lebih cepat. Menurut Rolin, setelah semua tes kelembaban yang bisa mereka lakukan di pabrik, mereka membutuhkan mitra di industri untuk melakukan pemeriksaan yang lebih luas.

Dia mencari bantuan dari Technology Transfer Office di Marshall. Kantor mengumumkan teknologi ini, dan Roscid Technologies Inc., yang berbasis di Woburn, Massachusetts, menghubungi NASA. Perusahaan memasok NASA dengan peralatan analitis berkualitas tinggi untuk menguji pengukuran gas dengan kemurnian tinggi. Roscid ditawari untuk menguji teknologi baru karena staf tertarik. Kerja bersama pada sensor kelembaban memungkinkan untuk mengeksplorasi teknologi baru, yang, ketika pertama kali diperiksa, tampak menjanjikan.

"Kami meminta Terry untuk mengirim beberapa sampel," jelas Ken Murray, wakil presiden pengembangan bisnis baru. "Awalnya, kami datang dengan ide untuk melihat seberapa tahan lama bahan itu dan seberapa baik kerjanya dalam berbagai kondisi."

Tes dilakukan di "lingkungan yang agak tidak menyenangkan", termasuk "bahan kimia yang mengerikan, perubahan suhu yang tiba-tiba dan dengan sejumlah besar siklus kerja." Perusahaan telah mengkonfirmasi bahwa bahan NASA yang baru dibuat, di samping kelebihan utamanya, memiliki nilai tambah.

Ukuran permukaan sensitif yang dibutuhkan untuk menangkap perubahan dalam kelembaban dan output sinyal tergantung pada sejumlah faktor: jenis bahan sensitif, lingkungan dan aplikasi. Sebagian besar sensor menggunakan bahan polimer atau keramik, yang mungkin memiliki sensitivitas rendah, sehingga harus cukup besar.

Masalah yang mungkin dihadapi oleh semua sensor yang ada adalah kerusakan karena kelembaban yang diukur. Seiring waktu, sensor menyerap cairan, yang mengarah pada erosi material sensitif. Ini menyebabkan distorsi pembacaan atau penghentian total sensor. Dalam hal ini, pemantauan berkelanjutan diperlukan untuk memastikan akurasi data dan mengganti blok yang rusak. Ini berarti bahwa sebagian besar sensor berumur pendek, yang meningkatkan biaya pemeliharaan sistem.

Kelembaban adalah masalah untuk produksi di banyak industri, termasuk obat-obatan, sehingga mengendalikan tingkat kelembaban sangat penting. Jika sensor gagal atau kalibrasi gagal, ini dapat menyebabkan kerugian yang signifikan. Sensor kelembaban semikonduktor baru NASA dapat merevolusi industri dengan perangkat keras yang lebih kuat.

Murray menemukan bahwa untuk mendapatkan bacaan yang konsisten dan akurat, sejumlah kecil bahan NASA baru, sekitar seperseratus inci, sudah cukup. Untuk mengubah sinyal ini menjadi data yang bermakna, Roscid telah mengembangkan dan meningkatkan komponen elektronik yang kompatibel dengan materi baru.

"Ketika kami menggali lebih dalam ke sensor, kami ingin membawanya ke tingkat yang baru," kata Murray. “Setiap kali kami mencatat bahwa kami mempelajari sesuatu yang baru, dan Terry sedikit mengubah teknologinya. Sensor telah menjadi sedikit lebih andal untuk aplikasi yang kami uji. "

Roscid menandatangani dua lisensi evaluasi dengan Marshall untuk melampaui persyaratan pengujian NASA. Ketika Murray beralih ke klien potensial baru dengan sampel, ia mengatakan bahwa "reaksinya sangat positif." Jadi perusahaan menandatangani lisensi non-eksklusif dan pada tahun 2019 mulai memasarkan model sensor kelembaban CBNS215.

Manfaat

Sensor semacam itu diperlukan di lingkungan di mana kelembaban harus dikontrol, baik untuk mempertahankan kondisi tertentu atau untuk mencegah kelembaban masuk ke produk. Selain pemeliharaan rutin dan penggantian sensor, sistem kontrol kelembaban menghadapi waktu henti yang membutuhkan prosedur kalibrasi yang mahal. Roscid percaya sensor NASA akan secara signifikan mengurangi beban ini. Murray mengutip industri farmasi sebagai contoh.

"Setelah memproses setiap batch obat, perusahaan farmasi harus memeriksa sensor untuk standar kalibrasi untuk memastikan mereka tidak menyimpang," katanya. "Jika ada perangkat yang gagal, mereka harus menarik dan membuat ulang batch terakhir, atau karantina."

Sensor yang andal akan memungkinkan perusahaan untuk meningkatkan siklus kalibrasi, yang akan berdampak signifikan pada hasil akhir.

Sensor mungkin menyimpang atau gagal setelah satu "peristiwa kelembaban". Kondensasi pada sensor bisa kecil atau signifikan, misalnya, ketika sensor direndam dalam cairan apa pun. Sebagai bahan baru yang bocor kelembaban, masalah ini bisa menjadi hal di masa lalu.

"Bahan sensitif NASA adalah desain semikonduktor, tidak perlu menyiram apa pun," jelas Murray.

Keandalan ini merupakan karakteristik penting untuk aplikasi kelembaban dan suhu rendah seperti pendinginan. Ketika pintu kulkas terus-menerus terbuka dan tertutup, kelembaban dan suhu terus berubah. Mempertahankan kondisi ideal tanpa pengawasan terus menerus sangat sulit.

Pembuat kulkas rumah tangga berkualitas tinggi menguji sensor CBNS215 dalam baki sayur. Tujuannya adalah untuk menjaga kelembaban udara pada 95 persen pada 37 ° F. Sejauh ini, perusahaan belum menemukan sensor tunggal yang secara stabil akan menjaga kelembaban untuk waktu yang lama.

"Ada tes yang dilakukan orang-orang ini, dan ini cukup rumit," kata Rolin. “Roscid melakukan tes serupa sendiri, dan, menurut mereka, hanya sensor kami yang berhasil lulus. Ini sangat keren. "

Rolin ingin menemukan solusi untuk masalah penting yang memungkinkan konsumen dan perusahaan gas menghemat jutaan dolar. Masalahnya adalah air memasuki bensin.

Murray yakin sensor baru dapat membantu. "Pemantauan tingkat kelembaban di tangki penyimpanan bensin bawah tanah dapat mengurangi kemungkinan air masuk ke mobil Anda," jelasnya. Sensor juga dapat dipasang di tangki bahan bakar mobil, memperingatkan pengemudi tentang masuknya uap air ke sistem pasokan bahan bakar.

Perusahaan minyak dan gas juga menunjukkan minat terhadap CBNS215. Mereka membutuhkan teknologi yang bekerja pada titik embun rendah dan pada suhu hingga -70 derajat Celcius. Sensor alumina yang saat ini digunakan memiliki keterbatasan serius - waktu respons yang lama dan waktu pengeringan yang lama. Mungkin perlu beberapa hari atau minggu sebelum sistem mulai bekerja setelah terpapar kelembaban. Murray telah bermitra dengan industri untuk memastikan sensor NASA akan menjadi pengganti yang nyata.

Sterilisasi dingin, wadah transportasi dan truk berpendingin, serta maskapai penerbangan, hanyalah beberapa contoh industri yang tertarik membahas teknologi sensor baru dan mendiskusikannya dengan Roscid.

"Sangat berguna bagi pesawat militer untuk memiliki sensor kelembaban yang secara akurat membaca tingkat titik embun di atmosfer tempat pesawat terbang," jelas Murray. "Tugas ini sedang dipelajari."

Salinan pesawat ruang angkasa SpaceX Crew Dragon ini sedang menjalani tes kontrol lingkungan dan sistem pendukung kehidupan untuk awak pesawat ruang angkasa. Sistem pendukung kehidupan di ruang angkasa rumit dan rumit. Bahan sensitif keadaan lembab inovatif yang dikembangkan oleh NASA dapat membantu mendeteksi kebocoran kecil dalam sistem ini, karena sensitif terhadap perubahan terkecil di udara, yang memungkinkan astronot melakukan perbaikan yang diperlukan dan mencegah masalah serius.

Aplikasi yang beragam ini memperkenalkan industri baru ke teknologi NASA, dan Murray membayar upeti kepada Space Agency untuk itu.

"Jika NASA mengatakan itu berhasil, maka itu berfungsi," katanya. "NASA adalah mitra yang hebat karena mereka benar-benar berkomitmen tidak hanya untuk pekerjaan mereka, tetapi juga untuk proses komersialisasi."

Rolin dan timnya mencari aplikasi luar angkasa untuk mendapat manfaat dari penemuan tak terduga ini.

"Sekarang kita tahu bahwa bahan baru kita sensitif terhadap kelembaban dan tampaknya mentolerir lonjakan suhu, kita dapat dengan aman menempatkannya di salah satu bangku uji kami," jelasnya. "Jika berkinerja baik, maka NASA akan memiliki sensor yang dimungkinkan melalui kemitraan dengan Roscid."

Sensor ini rencananya akan dikirim ke luar angkasa selama penerbangan eksperimental ke ISS yang terkait dengan material. Penerbangan yang berhasil akan membuktikan bahwa materi baru dapat digunakan dalam penerbangan selanjutnya.

Memperhatikan bahwa NASA menggunakan sensor kelembaban pada stasiun ruang angkasa untuk pemantauan lingkungan dan sistem pendukung kehidupan, Rolin memperkenalkan sensor miniatur yang akan membantu memantau segala sesuatu dari menghentikan astronot yang bernapas saat tidur, hingga deteksi dini kebocoran berbahaya dalam sistem.

Sedangkan untuk penggunaan ultracapacitors, hasil awal menjanjikan, dan masih banyak tes di depan.

"Dimungkinkan untuk membuat sistem gabungan yang akan mengakumulasi energi, dan juga berfungsi sebagai sensor kelembaban pada roket dan pesawat ruang angkasa lainnya," kata Rolin.

- automotive . 2500 , 650 .

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

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

NASA ultra-kapasitor telah menjadi ... pengukur kelembaban

Perubahan teknologi

Manfaat

More articles: