種田、製衣、手機解鎖,NASA 太空科技「包圍」整個地球

作者 | 發布日期 2022 年 02 月 13 日 0:00 | 分類 科技趣聞 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


往沸水扔一把蔬菜,葉片漸漸舒展,等菜香飄出就可撈起。這神奇的過程可能大家都很熟悉,就是泡麵裡的脫水蔬菜,前身即是太空食品。

太空技術改造的消費產品還在繼續,衣食住行到處都是太空科技的身影。早在 1976 年,NASA 就推出技術轉讓計畫,商業機構至普通人都有機會使用太空科技推出消費品。最近 NASA 發表《NASA Spinoff 2022》,詳細描述過去一年基於太空科技改造的各種產品,這些黑科技真會讓人大喊 Amazing。

2021 年 NASA 生出的黑科技

一畝田產百畝菜

脫水蔬菜方便儲存保鮮,讓太空人身處太空也能營養均衡,但也意味需一次次運送資源到太空站補給,故 NASA 提出太空種植計畫。從 1980 年代起,NASA 就想建立模擬生長實驗室,在封閉環境種植物或農作物,同時盡可能回收再利用水、空氣、養分等,使其自成一體,就像必須在太空或另一個星球生活。

▲ 甘迺迪太空中心生質生產室複製太空人將在太空或其他星球種植作物的封閉生長環境,為美國第一座受控環境垂直農場,NASA 為室內農業提供關鍵數據。(Source:NASA)

起初實驗室採垂直堆疊構造,保證水源充足及燈光類比太陽光,盡可能照到每株植物,空氣也充分流動,帶走多餘熱量。NASA 研究推動技術發展,甚至催生新行業──受控環境農業(CEA),即將植物科學與環境控制技術結合。

農業公司 Plenty 就採用 NASA「營養膜技術」,在垂直堆疊淺水渠種植幼苗,水及植物需要的營養成分在水道循環,降低種植系統消耗的資源。

▲ 營養膜技術種植作物。(Source:Bowery Farming)

在 NASA 的基礎上,Plenty 致力推動 CEA 技術發展,如今新室內垂直農業循環系統僅需 2 英畝田就能產出傳統農業 720 畝作物量,且耗水量僅傳統農業種植模式 2%。

幾乎沒有重量的保溫材料

不離開被窩和暖爐,禦寒保暖是大多數人冬季生活的第一要務,NASA 和材料公司 Aspen Aerogels 致力解決保暖問題。主流方式之一就是避免熱傳導和熱量流失,NASA 保存低溫火箭燃料也一樣,一直尋找最佳絕緣材料。

氣凝膠曾是最佳選擇,幾乎不導熱、沒有重量,但太脆弱了,日常產品無法使用。Aspen Aerogels 提出新辦法,就是將氣凝膠融入柔性絕緣毯。NASA 支援 Aspen Aerogels 開發出新製程,絕緣纖維塗上氣凝膠截留空氣,同時阻止熱傳導。

▲ 從 Aspen 氣凝膠製造工廠收集的氣凝膠粉塵開始,PrimaLoft 想出如何將微小氣凝膠顆粒注入超細纖維,產生新 Cross Core 絕緣材料,像傳統夾克絕緣材料蓬鬆透氣,但保暖性提高 15%~20%。(Source:PrimaLoft)

此後氣凝膠材料技術不斷進步,Aspen Aerogels 也成為史上最成功的 NASA 衍生產品公司之一,與全球多品牌合作,推出各種產品,尤其防寒戶外產品。服裝公司 SITKA Gear 就在 2021 年推出基於改進版氣凝膠的戶外產品 Kelvin Aerolite 30 睡袋,幾乎沒有重量,95% 是空氣,卻有羽絨衣的保暖性。

▲ 睡袋有袖口和帽子,可讓使用者在營地周圍當外套穿。(Source:SITKA Gear)

太空筆

無論電影《三個傻瓜》還是各種民間故事,太空筆都很有傳奇性,耗費上百萬美元研發卻不如鉛筆、僅為太空人而生?太空筆有太多故事,有真有假,這次 NASA 正式回應傳聞,最初太空人使用的太空筆其實來自 Fisher 公司。

▲ 太空人 Walter Cunningham 在阿波羅 7 號用 Fisher 太空筆寫字。(Source:NASA)

Fisher 創始人 Paul Fisher 因常見的圓珠筆不好用,漏墨、墨水凝固寫不出字等,特別研發密封墨盒技術,透過加壓氮氣,推動活塞固定墨水。當然,這時密封墨盒技術才剛開始研發,仍有漏墨問題,Fisher 就暫時擱置,直到 NASA 找上 Fisher,請他研發無重力環境可書寫的太空筆。

Fisher 改造密封墨盒技術,墨水加入樹脂固化,只有筆尖與圓珠摩擦,也就是書寫時才讓墨水硬化,才有了初代太空筆 Fisher AG7。

▲ AG7 仍在銷售。(Source:Fisher Pen Company)

NASA 表示,AG7 並未耗費納稅人數百萬美元研發,且由於出色的穩定性,深受石油、飛機等專業人士喜愛,Fisher 也成為全球最知名筆品牌之一。至於不在太空使用鉛筆,是因穩定性不夠,會有折斷等小毛病,在太空艙這類精密系統使用,容易引發問題。

NASA 研發的諸多太空科技也能應用到日常生活,但從技術到各種實用產品仍有不小距離,Plenty、Fisher 等民營公司,往往設計應用方面更靈活,能推動技術應用到更多領域。

「明日衍生」技術

NASA 報告除了許多改成各種產品的太空科技,還有部分實測驗證但未商用的「明日衍生」技術。

心跳解鎖手機

指紋解鎖、虹膜解鎖、臉部解鎖,這些基於生物資訊解鎖手機甚至支付的技術,你可能都見識過或用過了,而 NASA 研發新辨識技術──心跳。心肌能發出電訊號,傳導系統會將這部分訊號傳至整個心臟,心跳辨識正是基於心臟電訊號的峰值幅度、間隔時間等數據辨識個人,解鎖手機等電子產品。

心跳辨識優點在不僅滿足生物資訊數據準確、具唯一性,同時要求受檢者身體活性,可用於身分驗證、司法檢測、金融等領域。

二氧化碳轉為燃料

國中生物就有介紹植物光合作用,為吸收二氧化碳,放出氧氣,如今 NASA 也研發出類似技術。金屬氧化物薄膜組成光電電池,和紫外線、可見光紅外線、廉價二氧化鈦複合材料等共同形成複合反應,可捕捉工業生產時的二氧化碳,轉為甲烷等燃料,使用材料相對廉價,能整合快速安裝。

自動癒合的金屬

金屬因堅硬很常見用於科技產品,但每次刮傷都是一筆花費,且金屬零件老化也是飛機失事的主因之一,NASA 特別研發新金屬基複合材料(MMC),可修復金屬老化的裂紋。

MMC 複合金屬由記憶合金增強材料及低熔點材料組成,加熱時成分會將裂紋重新融合。當然自動癒合技術並不完美,仍可能出現修復區域強度降低等問題,據 NASA 完成的金屬伸展和長期使用實驗,MMC 複合金屬實際癒合率可達 91%。

(Source:NASA)

這只是 NASA 技術轉讓的一小部分,據 Fast Company 報導,每年 NASA 科學家和工程師要研發 1,600~1,800 件新設備,軟體更高達 5,500 種。但過去 20 年,NASA 技術轉讓僅授權 220 家公司,除了要付 5,000~10,000 美元授權費,公司還要證明有能力好好使用技術。

NASA 授權技術和 220 家公司產品涵蓋食衣住行,從手機鏡頭感測器、運動服到工業外骨骼設備,一應俱全。太空技術應用到消費領域幾乎成為全球共識,探索太空,不僅是探索宇宙疆界,更是探索生活新界限。

▲ NASA 手套可避免重複性工作的疲勞,降低修理工作風險。(Source:NASA)

(本文由 愛范兒 授權轉載;首圖為 NASA 資助的室內蔬菜培育室,來源:Green Sense)