Come la NASA Prevede di Impiegare la Tecnologia dei Circuiti Stampati 3D

NASA Logo

Crediti: Tony Craddock / Shutterstock.com

Avete notato quanto la stampa 3D stia diventando sempre di moda? Ormai tutti sembrano voler stampare in 3D qualsiasi cosa passi loro per la testa. Forse la moda della stampa 3D si scontrerà con quella dell'Internet delle Cose e arriveremo a stampare in 3D persino delle forchette smart. Spesso leggiamo articoli sulle 50 cose più belle che si possono fare con queste stampanti ma finiamo sempre per buttare via qualsiasi cosa abbiamo stampato, ma oggi intendiamo raccontarvi un uso pratico della NASA della stampa 3D. Spoiler alert, intendono stampare intere navicelle e interi circuiti. La NASA ha delineato una missione scientifica apposita in cui spiega esattamente come e perché vogliono utilizzare dei circuiti stampati. Hanno anche riesaminato le tecnologie attualmente disponibili che potrebbero trasformare questa intenzione in realtà.

Come la NASA può Utilizzare i Circuiti Stampati nelle sue Missioni

La frontiera finale è un ambiente pericolosissimo che richiede un'innovazione straordinaria per essere esplorata. La NASA è riuscita a portare a termine diverse missioni davvero straordinarie in passato, ma man mano che si allontana dalla Terra, ha bisogno di strumenti sempre più avanzati per portare a termine le sue missioni. I circuiti stampati flessibili sono tra le tecnologie che la NASA sta studiando per raggiungere i suoi ambiziosi obiettivi. La loro missione StANLE è stata pianificata per illustrare il motivo per cui i circuiti stampati sono di grande utilità e come appariranno in futuro

La missione StANLE è stata pensata per dimostrare il potenziale di una navicella spaziale stampata. La prima volta che ho letto "navicella spaziale stampabile", ho pensato che volessero stampare uno di quegli enormi shuttle. Ho poi scoperto che si trattava di niente più che semplici velivoli simili a fogli di carta da usare principalmente come stazioni meteorologiche. Questi velivoli verranno distribuiti in un'area enorme al fine di acquisire informazioni quali temperatura, pressione, velocità del vento, radiazioni e umidità.

Space shuttle in flight

La Nasa non Vuole Certo Stampare uno di Questi

In passato, la NASA ha usato i rover per studiare gli altri pianeti. La stampa in 3D sarebbe decisamente più vantaggiosa rispetto a quel tipo di tecnologia. Per quanto i rover possano essere una tecnologia avanzatissima, hanno anche loro dei difetti: si spostano lentamente e possono acquisire dati solo in una singola area alla volta. Inoltre, sono molto più fragili in quanto tutti i loro componenti sono centralizzati. Un grave malfunzionamento di un solo sistema potrebbe causare il collasso dell'intero rover. Con la stampa 3D si possono invece produrre tanti piccoli velivoli, per cui è possibile distribuire il rischio di guasto su migliaia di unità e raccogliere grandi quantità di dati su una più vasta area. Questo è possibile proprio grazie al peso e alle dimensioni ridotte dei circuiti flessibili. Sono queste due caratteristiche che in teoria permetterebbero a questa missione di avere successo. La Nasa ha quindi confrontato il peso dei velivoli di questa missione con quello di una più tradizionale (564 kg), che avrebbe tra l'altro un solo lander. Hanno concluso che potrebbero spedire in aria migliaia di circuiti, ma riuscirebbero comunque a rientrare nello stesso budget di peso. Con questo genere di organizzazione, potrebbero acquisire dati di migliaia di aree su migliaia di chilometri, invece di controllarne solo una con una sola stazione.

Probabilmente vi state chiedendo come potrebbero effettivamente apparire questi velivoli stampabili. Si è scoperto che sembrerebbero avere fondamentalmente l'aspetto di un pezzo di carta; un unico grande circuito flessibile. Questo circuito stampato include al suo interno diversi componenti come l'antenna, il microcontrollore, un convertitore analogico-digitale (ADC), una batteria, delle celle solari, dei sensori di temperatura, dei sensori di radiazione, sensori fotografici, sensori di pressione, sensori di umidità e sensori di vento. Alcune di queste tecnologie sono attualmente disponibili in un formato flessibile, ma non tutte. Per questo motivo la NASA ha poi esaminato quali siano le tecnologie per i circuiti stampabili necessarie per rendere questa missione una realtà.

Flexible PCB

I Circuiti Stampati Flessibili Saranno più o meno Così

Livello di Maturità Tecnologica (TLR) 

La NASA sviluppa e utilizza da sempre tecnologie all'avanguardia. Per collocare questi lavori in una sorta di scala di fattibilità, la NASA ha sviluppato un sistema di valutazione dei livelli di maturità tecnologica (TRL). Il TRL più alto è 9, il che significa che questa scoperta è stata dimostrata concretamente. Un valore TRL di 1 indica che una tecnologia è solo nelle sue prime fasi di ricerca. Per fornirci un'idea più precisa della fattibilità della missione StANLE, la NASA ha esaminato i TRL di ogni pezzo stampabile. Ha quindi bisogno che questi componenti siano pronti entro il 2020. Dal momento che ognuno di questi ha un valore commerciale considerevole sono attualmente tutti in stato di ricerca, è molto probabile che saranno pronti già prima della scadenza nel 2020. Vi parlerò ora di un componente che è ormai quasi pronto, e di uno che è ancora nella sua fase di ricerca iniziale.

Un tassello del puzzle che è stato quasi completato è il sensore di temperatura. Tuttavia, sorge spontaneo chiedersi cosa stessero cercando di sviluppare dato che i sensori di temperatura flessibili e stampati esistevano già. Il fatto è che i sensori di cui la NASA ha bisogno devono essere stampabili con inchiostro a nanoparticelle d'argento, che è in grado di resistere per tutta la durata della missione. Gli attuali sensori top di gamma possono funzionare tra -263℃ e 27℃ con una risoluzione di 0,1℃. Secondo la NASA, queste caratteristiche soddisfano già i requisiti di portata e sensibilità, è ormai chiaro quanto questo sensore sia sulla buona strada per essere ultimato prima della scadenza.

Sfortunatamente non tutte le ricerche stanno procedendo così bene, infatti alcuni componenti hanno bisogno di più tempo per essere ultimati. Il microcontrollore sembra essere il pezzo più difficile da stampare. Anche se i microcontrollori stampati esistono già, sono tuttora troppo lenti. Il microcontrollore di una navicella spaziale StANLE necessita di poter controllare precisamente la lettura e la scrittura della memoria, di regolare l'alimentazione e di acquisire tempestivamente tutti i dati necessari dai sensori. La NASA potrebbe ridurre le funzionalità richieste per adeguarsi alla tecnologia con cui lavora, ma questa non è la migliore delle soluzioni. Piuttosto, sperano di poter utilizzare un ibrido di un microprocessore flessibile a film sottile. Non sarà propriamente stampato, ma sarà comunque flessibile e compatibile con il design complessivo del veicolo spaziale.

La NASA spera di riuscire a portare a termine le preparazioni per questa missione entro il 2024, il che significa che le tecnologie coinvolte devono essere pronte intorno al 2020. Non sono sicuro che si riesca a completare tutti i dispositivi necessari, ma spero che i ricercatori ce la facciano comunque. La missione StANLE dimostra quanto possano essere utili i circuiti flessibili stampati. Possono espandere la portata di acquisizione e ridurre il rischio delle attuali missioni spaziali senza nemmeno aggiungere peso nè volume. A questo punto abbiamo solo bisogno che i laboratori di ricerca continuino a creare nuovi sensori e componenti stampabili.

Questa missione della NASA dimostra chiaramente che il futuro dei circuiti sarà stampato e flessibile. Sarà necessario imparare a utilizzare i circuiti flessibili e anche a progettarli. Per vostra fortuna, un grande software di progettazione PCB come Altium Designer® esiste già, e può esservi di grande aiuto. Altium dispone di numerosi strumenti che possono aiutarvi nel corso della progettazione di circuiti stampati flessibili.

Avete ulteriori domande sui  circuiti flessibili? Rivolgetevi ad un esperto di Altium

Scopri Altium in Azione... 

Informazioni sull'autore

Altium Designer

PCB Design Tools for Electronics Design and DFM. Information for EDA Leaders.

Visita il sito Altri Contenuti da Altium Designer
Articolo precedente
Formarsi o Non Formarsi? Il Dilemma Non C'è.
Formarsi o Non Formarsi? Il Dilemma Non C'è.

Quando si tratta di imparare ad a utilizzare un nuovo software di progetto PCB quanto è importante seguire ...

Articolo successivo
Gestione dei Rischi per lo Sviluppo di Software Integrato
Gestione dei Rischi per lo Sviluppo di Software Integrato

Scopri come le aziende di sviluppo di software integrato possono approfittare dell'esplosivo ADAS ed un mer...