Cómo la NASA planea usar la tecnología de PCB en 3D

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Crédito editorial: Tony Craddock / Shutterstock.com

¿Has notado cómo la impresión 3D se ha convertido en un fenómeno? Las personas parecen querer imprimir en 3D todo lo que pueden ahora. Tal vez la moda de la impresión 3D colisionará con el Internet de las cosas y obtendremos un tenedor inteligente impreso. Mientras otras personas escriben sobre las 50 mejores cosas que puedes hacer con ellas y luego las tiras, te diré cómo la NASA espera usar la impresión 3D. Alerta de spoiler, quieren imprimir naves espaciales y circuitos. La NASA ha establecido una misión científica que detalla exactamente cómo y por qué usarían los circuitos impresos. También han revisado las tecnologías actuales que podrían hacer realidad ese futuro.

Cómo las misiones de la NASA pueden usar circuitos impresos

La frontera final es un entorno extremo que requiere una innovación extraordinaria para explorar sus alcances. La NASA ha realizado muchas misiones increíbles en el pasado, pero a medida que avanzamos en los viajes espaciales, necesitarán herramientas aún más avanzadas para completar sus misiones. Los circuitos impresos flexibles son una tecnología que la NASA está buscando para ayudarlos a alcanzar sus elevados objetivos. Su misión teórica de StANLE fue planeada para mostrar por qué los circuitos impresos serían ventajosos y cómo se verían.

The StANLE mission was thought up to illustrate the potential of printed spacecraft. When I first read “printable spacecraft,” I thought they wanted to print a space shuttle. It turns out these vessels would be more like sheets of paper to be used primarily as meteorological stations. These sensor arrays would be jettisoned over a huge area in order to collect things like temperature, pressure, wind speed, radiation, and humidity.

 

Space shuttle in flight

La NASA no está hablando de imprimir estos.

En el pasado, la NASA ha utilizado cosas como rovers para estudiar otros planetas. Un sistema impreso en 3D tendría varias ventajas sobre ese tipo de misión. Los rovers pueden estar bastante avanzados, pero viajan lentamente y solo pueden tomar datos en un área a la vez. También conllevan un mayor riesgo de falla ya que todos sus componentes están centralizados. Una falla importante en un sistema puede hacer que falle el rover completo. Alternativamente, el uso de miles de sensores discretos en un área amplia extiende el riesgo de falla a miles de unidades mientras se recopilan grandes cantidades de datos.Los circuitos flexibles también tienen varias ventajas, particularmente su bajo peso y pequeño tamaño. Esos dos atributos son los que permitirían que este tipo de misión sea teóricamente exitosa. La NASA comparó el presupuesto de peso de esta misión con uno más tradicional (564 kg), que solo tendría un módulo de aterrizaje.Descubrieron que incluso con una carga útil de miles de circuitos, esta misión aún se ajustaba al mismo presupuesto de peso.

Probablemente se esté preguntando cómo se verían estas naves espaciales imprimibles. Resulta que se verían básicamente como un trozo de papel; Un gran circuito flexible.Esta PCB estaría compuesta de componentes como una antena, microcontrolador, convertidor analógico a digital (ADC), batería, celdas solares, sensores de temperatura, sensores de radiación, fotosensores, sensores de presión, sensores de humedad y sensores de viento. Actualmente, parte de esta tecnología está disponible en un formato flexible, pero no toda. Es por eso que la NASA analizó qué tecnologías de circuitos imprimibles se necesitarían para hacer realidad esta misión.

 

Flexible PCB

Los circuitos impresos flexibles se verán más así.

Niveles de preparación tecnológica

La NASA desarrolla y utiliza tecnologías de vanguardia. Para ayudar a organizar esos esfuerzos, han desarrollado un sistema de calificación de niveles de preparación tecnológica (TRL).El TRL más alto es 9, lo que significa que algo ha sido probado en vuelo. Un TRL de 1 muestra que una tecnología solo se encuentra en las etapas iniciales de investigación. Para darnos una mejor idea de cuán viable es la misión StANLE, la NASA examinó los TRL de cada pieza imprimible. La NASA necesita que estos componentes estén listos para 2020. Dado que cada uno de ellos tiene aplicaciones comerciales y actualmente se están investigando, es probable que lleguen a ese plazo. Te hablaré sobre uno de los que está a medio camino, y uno que aún está en investigación inicial.

Una pieza del rompecabezas que está casi completa es el sensor de temperatura. No solo los sensores de temperatura flexibles ya existían, sino también los impresos. Los sensores que observa la NASA están impresos con tinta de nanopartículas de plata, que puede durar toda la misión. Los sensores actuales de la parte superior de la línea pueden operar entre -263 ℃ y 27 ℃ con una resolución de 0.1 ℃. La NASA considera que estos atributos cumplen con sus requisitos de alcance y sensibilidad, por lo que este sensor está en camino.

Sin embargo, las cosas no siempre son tan simples y otros componentes necesitan más trabajo. El microcontrolador podría ser la pieza más difícil de hacer totalmente imprimible. Los microcontroladores impresos existen, pero son muy lentos. El microcontrolador de una nave espacial StANLE necesitaría controlar la lectura / escritura en la memoria, regular la potencia y sondear los sensores para obtener datos. La NASA podría reducir la funcionalidad para cumplir con la tecnología donde está, pero esa no es una gran solución. En cambio, esperan usar un híbrido de un microprocesador flexible de película delgada. No se imprimirá, pero seguirá siendo flexible y se adaptará al diseño general de la nave espacial.

La NASA espera tener esta misión lista para 2024, lo que significa que las tecnologías involucradas deben estar listas alrededor de 2020. No estoy seguro de si todos estos sistemas lo lograrán, pero espero que lo hagan. La misión teórica de StANLE muestra cuán útiles podrían ser los circuitos impresos flexibles. Podrían ampliar el alcance y reducir el riesgo de las misiones espaciales actuales sin agregar peso o volumen. Ahora solo necesitamos nuestros laboratorios de investigación para seguir bombeando sensores imprimibles y otros componentes de PCB impresos.

Esta misión de la NASA muestra claramente que el futuro de los circuitos será impreso y flexible. Necesitará aprender a usar circuitos flexibles y también cómo diseñarlos. Por suerte para usted, un excelente software de diseño de PCB como Altium Designer® puede ayudarlo. Altium tiene muchas herramientas que pueden ayudarlo con un diseño flexible.

¿Tiene más preguntas sobre circuitos flexibles? Llama a un experto en Altium.

Acerca del autor

Altium Designer

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

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