NASA向空间站发送手术机器人、3D金属打印机等科学研究设备

诺斯罗普-格鲁曼公司的"天鹅座"（Cygnus）太空货运飞船在结束与轨道实验室"团结号"（Unity）太空舱为期四个月的连接后，被Canadarm2机械臂控制着离开国际空间站。图片来源：美国国家航空航天局

该公司的"天鹅座"货运飞船计划于 1 月下旬由SpaceX猎鹰 9 号火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角空间站发射升空。

金属三维打印机在发射到空间站之前制作的样品。图片来源：欧空局

太空 3D 打印

欧洲航天局（ESA）的一项研究成果--"金属3D打印机"（Metal 3D Printer）测试了微重力环境下小型金属部件的增材制造或3D打印技术。

欧空局的罗布-波斯特马（Rob Postema）说："这项调查让我们初步了解了这种打印机在太空中的表现。3D打印机可以打印出许多形状，我们计划打印一些标本，首先了解太空打印与地球打印的不同之处，其次看看我们可以用这项技术打印出哪些类型的形状。此外，这项活动还有助于展示机组人员如何在太空中安全高效地打印金属零件。"

研究结果可提高人们对太空金属三维打印的功能、性能和操作，以及打印部件的质量、强度和特性的认识。补给是未来长时间载人飞行任务的一项挑战。在未来的长期太空飞行以及月球或火星上，乘员可以使用三维打印技术制作设备维护零件，从而减少携带备件的需要，或预测可能需要的每种工具或物品，节省发射时间和金钱。

金属三维打印技术的进步还能为地球上的潜在应用带来益处，包括为汽车、航空和航海业制造发动机，以及在自然灾害发生后建造避难所。

空中客车防务与航天公司（Airbus Defence and Space SAS）领导的一个小组根据与欧空局签订的合同开展了这项调查。

用于 Redwire MSTIC 调查的气体供应模块和生产模块。资料来源：Redwire

微重力环境下的半导体制造

半导体和薄膜集成涂层制造（MSTIC）研究微重力如何影响用途广泛的薄膜。

开发该技术的 Redwire Space 公司的 Alex Hayes 说："生产具有卓越表面结构的薄膜的潜力，以及从能量收集到先进传感器技术的广泛应用，尤其具有突破性意义。这代表着太空制造领域的一次重大飞跃，可能预示着一个技术进步的新时代，对太空探索和地面应用都具有广泛的影响"。

这项技术可以使自主制造取代目前用于制造各种半导体的许多机器和工艺，从而有可能开发出更高效、性能更高的电气设备。

在微重力状态下制造半导体器件还可以提高其质量，减少所需的材料、设备和劳动力。在未来的长期任务中，这项技术可以提供在太空生产元件和设备的能力，从而减少从地球进行再补给任务的需要。这项技术还可应用于在地球上收集能量和提供电力的设备。

海耶斯说："虽然最初的试点计划是为了比较地球上和太空中生产的薄膜，但最终目标是扩大到半导体领域的各种生产领域。"

艺术家绘制的重返大气层期间的 KREPE-2 号太空舱之一。资料来源：肯塔基大学 A. Martin、P. Rodgers、L. Young、J. Adams

模拟重返大气层

在空间站上进行研究的科学家通常会将他们的实验品送回地球进行进一步的分析和研究。但是，航天器在重返大气层期间所经历的条件，包括极端高温，可能会对航天器内的物品产生意想不到的影响。用于保护航天器及其内装物的热保护系统是以数值模型为基础的，而这些模型往往缺乏实际飞行的验证，这可能导致对所需系统规模的大幅高估，并占用宝贵的空间和质量。肯塔基再入大气层探测器实验-2（KREPE-2）是改进热保护系统技术工作的一部分，它使用三个装有不同隔热材料和各种传感器的太空舱来获取实际再入大气层条件的数据。

肯塔基大学首席研究员亚历山大-马丁说："在KREPE-1成功的基础上，我们改进了传感器，以收集更多的测量数据，并改进了通信系统，以传输更多的数据。我们有机会测试美国国家航空航天局提供的几个从未测试过的隔热罩，还有一个完全由肯塔基大学制造的隔热罩，这也是第一次"。

这些太空舱还可用于其他重返大气层实验，支持改进地球上应用的热屏蔽，例如保护人类和建筑物免受野火伤害。

发射前在地面进行测试的手术机器人

远程机器人手术

机器人手术技术演示测试了一种小型机器人的性能，这种机器人可以从地球上遥控进行外科手术。研究人员计划对微重力和地球上的手术进行比较，以评估微重力的影响以及太空和地面之间的时间延迟。

虚拟切口公司（Virtual Incision Corporation）首席技术官 Shane Farritor 说，机器人用两只"手"抓取和切割模拟手术组织，并提供张力，用于确定切割的位置和方式。"

较长的太空任务增加了乘员需要外科手术的可能性，无论是简单的缝合还是紧急阑尾切除术。这项调查的结果将有助于开发机器人系统来完成这些手术。此外，从 2001 年到 2019 年，美国农村地区的外科医生数量减少了近三分之一。机器人的微型化和远程控制能力可能有助于随时随地进行手术。

美国国家航空航天局（NASA）赞助微型机器人研究已有 15 年之久。2006年，遥控机器人在水下执行了NASA极端环境任务行动（NEEMO）9号任务。2014年，微型手术机器人在零重力抛物线飞机上执行了模拟手术任务。

Janus Base 纳米基质可固定软骨细胞（红色）并促进软骨组织基质（绿色）的形成。资料来源：康涅狄格大学

在太空中生长软骨组织

舱室软骨组织结构展示了两种技术，即 Janus Base Nano-Matrix (JBNm) 和 Janus Base Nanopiece (JBNp)。JBNm 是一种可注射材料，可为微重力环境下软骨的形成提供支架，可作为研究软骨疾病的模型。JBNp 可提供一种基于 RNA 的疗法，以防治导致软骨退化的疾病。

软骨的自我修复能力有限，骨关节炎是地球上老年患者致残的主要原因。微重力会引发软骨退化，这种退化与与衰老相关的骨关节炎的进展相似，但发生得更快，因此在微重力环境下进行研究可以更快地开发出有效的疗法。这项研究的结果可以促进软骨再生，从而治疗地球上的关节损伤和疾病，并有助于开发在未来的月球和火星任务中保持软骨健康的方法。

编译来源：ScitechDaily