Scopul principal al proiectului a fost să dezvolte o metodă de detectare și evaluare a daunelor produse de un impact al MMOD (MMOD-micrometeoroizi și deseuri spațiale), oferind posibilitatea utilizării acesteia pe navetele spațiale din orbită terestră joasă (LEO). Metoda are la bază senzori polimerici capacitivi permanent ”vii”, oferind în timp real detalii utilizatorului despre integritatea structurală a navetei, chiar dacă are loc penetrarea. Un senzor, sau un traductor elastomeric dielectric (DETs), este alcătuit dintr-o membrană polimerică elastică acoperită pe ambele fețe cu electrozi. Mai mulți senzori formează un modul, și mai multe module formează o rețea de detecție și evaluare a daunelor produse de un impact mecanic care acționează ca o ”piele artificială”.
          PRIMUL OBIECTIV (CO1) propus are ca rezultat dezvoltarea materialelor constitutive ale tehnologiei propuse.
Obiectivul a avut ca scop optimizarea materialelor care vor fi utilizate în obținerea tehnologiei propuse în proiect: o rețea modulară de senzori polimerici pentru detecția și evaluarea impactului provenit din MMOD. S-a urmărit optimizarea elastomerului siliconic cu capacitate de auto-reparare și a electrozilor metalici, și testarea lor înainte și după supunerea la îmbătrânire accelerată și iradiere cu mai multe tipuri de radiații.

Optimizarea elastomerului siliconic cu capacitate de auto-reparare a fost efectuată prin variația raportului între grupele chimice care oferă posibilitatea obținerii efectului de auto-reparare. Astfel, s-a variat raportul între grupele amino (reprezentate schematic cu albastru) prin siteza a șase co-polimeri siloxanici, și s-a menținut constat numărul de grupe carboxilice (reprezentate schematic cu verde) ale agentului de reticulare. Alungirile la rupere sunt influențate de rapoartele folosite, rezultând proprietati mecanice mai bune în cazul utilizării unui procent mai mare de grupe amino, dar proprietățile de auto-reparare sunt mai rapide și mai bune în cazul utilizării unei cantitati mai mari de agent de reticulare (Experimentul 2 și 4). După 10 zile de contact, aproximativ toate probele își recapătă proprietățile mecanice in proporție de 80%. După îmbătrânire accelerată (aparat CH 250E de la Angelantoni Industry - 27 zile la 40 grade Celsius, 60 % umiditate relativă și iradiere cu ultraviolete de tip UV-A, UV-B, UV-C, cu o intensitate de 39 W/cm2), și iradiere cu protoni (instalație: 3 MV Tandetron, doză: 5x1013 atomi/cm2 și o energie de 3 MeV, doză: 5x1013 atomi/cm2 și o energie de 5 MeV) proprietățile mecanice scad dramatic, dar probele 1, și 2, au cea mai rapidă capacitate de auto-reparare. După 10 zile de contact, probele își recapătă proprietățile mecanice in proporție de 20-30 %. Materialele și procedeul de obținere au stat la baza unei cereri de brevet (A00101, 12.03.2024).

Investigarea electrozilor din cupru și aur depuși prin pulverizarea magnetron în impulsuri bipolare de putere mare (HI-PIMS) a unei ținte are ca scop optimizarea electrozilor metalici utilizați în fabricarea tehnologiei propuse în cadrul proiectului. Electrozii de Cupru nu rămân conductivi după îmbătrânire accelerată, deci s-a continuat studiul care implică electrozi de aur. Conductivitatea electrică a fost determinată cu ajutorul unei instalații dezvoltate în cadrul proiectului care permite determinarea conductivității electrice la diferite alungiri. Conductivitatea electrică rămâne aproximativ la fel ca cele obținute pe elastomer comercial. Electrozii de aur depuși prezintă conductivități la alungiri de pana la 8-12% (fără un tratament al suprafeței substratului). Electrozii optimizați în această etapă au fost folosiți în fabricărea modulelor de senzori și stau la baza unei cereri de brevet spre examinare (A100664, 08/11/2023).

AL DOILEA OBIECTIV (CO2) propus a avut ca scop alegerea formei modulului de senzori, astfel încât să dețină zone inactive minime, și testarea lor ca senzori de forță (presiune) după expunere la condiții extreme. În acest scop proiectarea CAD, cât și simulările FEA au oferit suficiente informații pentru alegerea unei forme care să ofere posibilitatea obținerii unor module de senzori cu zone inactive minime, și să fie capabili să se unească între ei într-un mod simplu, fără a aduce un plus de efort tehnologic sau o suprafațe inactive. Formele identificate ca fiind optime pentru scopul propus au fost: formă dreptunghiulară a elastomerului, cât și cea a electrozilor; - formă hexagonală pentru elastomer, și cea de triunghi pentru electrozi.

Au fost construite module de senzori urmând un procedeu simplu, cerere de brevet spre examinare (A100664, 08/11/2023), cu materialele optimizate anterior. S-a utilizat un Keysight U1733P Handheld LCR și un Tribometru CETR UMT-2 pentru corelarea capacitanță - forță. Astfel, testele de corelare (calibrare) capacitanță - forță aplicată au fost făcute pe module de senzori cu electrozi de aur. S-au obținut răspunsuri la forțe de până la 20 N (maximul oferit de aparat), presiuni de maxim 116 kPa după aplicarea forțelor cu un disc de diametru de 12 mm. Senzorul are o sensibilitate bună, o rezoluție de 3 N, și nu prezintă un ”drift time” substanțial.

Modulele de senzori cu materiale optimizate și-au păstrat integritatea, oferind astfel posibilitatea de a răspunde la un impact mecanic, după îmbătrânire accelerată, iradiere cu protoni și expunere la temperaturi de până la 180 de grade Celsius. (îmbătrânire accelerată: aparat CH 250E de la Angelantoni Industry - 27 zile la 40 grade Celsius, 60 % umiditate relativă și iradiere cu ultraviolete de tip UV-A, UV-B, UV-C, cu o intensitate de 39 W/cm²; iradiere cu protoni: instalație 3 MV Tandetron, doză: 5x10¹³ atomi/cm² și o energie de 3 MeV și 5 MeV). Modulul de senzori cu materiale comerciale, drept referință, nu și-a păstrat integritatea pierzându-se posibilitatea de a răspunde la un impact mecanic.

Răspunsul unui sensor obținut cu materialele optimizate înainte (a) și după (b) îmbătrânire accelerată, iradiere cu protoni și expunere la temperaturi extreme.

OBIECTIVUL 3 (CO III) a avut ca scop demonstrarea tehnologiei propuse prin asamblarea mai multor module de senzori și implementarea unui software dedicat. Modulele de senzori pot oferi detalii operatorului (locație, timpul impactului, variație de capacitanță) datorită unui software special conceput. S-a proiectat o navetă spațială Clasa U, un nano-satelit cu latura de 10 cm, care cuprinde module de senzori dreptunghiulari. Astfel, s-a printat 3D un prototip de navetă spațială clasa U pe care s-au montat patru module dreptunghiulare, pe patru fețe, și panouri solare. Software-ul a fost adaptat astfel încât prototipul sa ofere informații utilizatorului pentru patru fețe, atât variații de culori, cât și grafice în timp real.

          Elaborarea proiectului a avut un impact semnificativ asupra comunității științifice prin inițierea altor două proiecte cu tematică conexă, unul în care se va dezvolta o platformă pentru iradieri conform condițiilor din LEO (PN-IV-P7-7.1-PED-2024-2029 - O platformă inovatoare de iradiere cu ioni pentru explorarea rezistenței nano-sateliților la radiațiile spațiale) și unul în care maturitatea tehnologică atinsă de elaborarea proiectului de față, PN-III-P1-1.1-TE-2021-0156 - Tinere Echipe, se va ridica la TRL 7 prin implementarea unui proiect ce include transfer la operatorul economic (PN-IV-P7-7.1-PTE-2024-0444 - PocketShield - Senzori de impact cu capacitate de auto-reparare pentru industria spațială). Pe parcursul elaborarii proiectului un membru al echipei, doctoranda Bianca-Iulia Ciobotaru, a acumulat date experimentale pentru finalizarea tezei de doctorat, și susținerea publica a acesteia (https://icmpp.ro/theses_announcements.php). Astfel, se atinge un obiectiv important al proiectului: înființarea unui laborator pentru prototiparea unor module de senzori polimerici capabili să fie utilizați ca o metodă de detecție a daunelor produse de MMOD cu utilizări în ingineria aerospațială prin achizionarea de echipamente de ultimă generație și consolidarea unei unei echipe tinere, independentă și capabilă să implementeze o tehnologie de la TRL 1 la TRL 4 (proof-of-concept).