دهه اول ایستگاه فضایی بین المللی، دهه ساخت بود. دهه دوم از مطالعات اولیه به استفاده کامل از آزمایشگاه مداری منتقل شد. اکنون وارد دهه نتایج شدیم. با بیش از ۲۰ سال آزمایشی که اکنون در ایستگاه انجام شده، پیشرفت های بیشتری نسبت به قبل در حال تحقق است.
۱۵ مورد که ایستگاه فضایی زندگی انسان ها را بهتر میکند
-
تولید نسل بعدی فناوری اسکن پزشکی
در تلاش خود برای مطالعه ستارگان نوترونی، تیم پشت تلسکوپ NICER یک منبع پرتو ایکس را ایجاد و به ثبت رساند که می تواند خیلی سریع روشن و خاموش شود. این همان چیزی بود که یک متخصص رادیولوژی عصبی در بیمارستان عمومی ماساچوست برای تلاش خود برای بهبود سی تی اسکن به آن نیاز داشت. دستگاه های سی تی سنتی بزرگ، سنگین هستند و انرژی زیادی مصرف می کنند. این امر استقرار آنها را در محیط هایی با منابع کم دشوار می کند.
تیمهای بیمارستان عمومی ماساچوست و تیم NICER به جای چرخاندن دستگاه بزرگ اشعه ایکس به اطراف برای گرفتن یک سیتیاسکن، برای ایجاد حلقه ثابتی از این منابع پرتو ایکس مدولهشده جدید که میتوان در اطراف بیمار نصب کرد و در صورت نیاز وارد عمل شود، همکاری کردند. این تکنیک می تواند میزان تابش بیمار را کاهش دهد و کیفیت تصویر بهتری را حتی در سطح تابش پایین تر ایجاد کند.
محدود کردن قرار گرفتن در معرض تابش برای بیماران روی زمین در حال حاضر و به طور بالقوه برای فضانوردان آینده در مسیر مریخ مفید است. این دستگاه سریعا ثبت اختراع شد. در حال حاضر کارهای بیشتری برای تبدیل آن از یک نمونه اولیه به یک دستگاه قابل آزمایش در حال انجام است.
-
ایجاد داروهای جدید برای اختلالاتی مانند دیستروفی عضلانی دوشن
یک مطالعه ایستگاه فضایی بینالمللی درباره ساختار بلوری پروتئین مرتبط با دیستروفی عضلانی دوشن (DMD)، یک اختلال ژنتیکی غیرقابل درمان، نکاتی را برای ترکیباتی ارائه کرد که ممکن است آن را مهار کنند. استاد دانشگاه تسوکوبا در ژاپن از این نکات برای طراحی چندین ترکیب امیدوارکننده از جمله TAS-205 استفاده کرد.
یک مطالعه در سال ۲۰۱۵ ایمنی TAS-205 را برای استفاده در انسان تأیید کرد و یک کارآزمایی بالینی کوچک در بیماران انسانی در سال ۲۰۱۷ منتشر شد. آزمایش فاز ۳ برای بررسی اثربخشی TAS-205 در شرایط مشابه با استفاده بالینی واقعی در دسامبر ۲۰۲۰ آغاز شد و تا سال ۲۰۲۷ ادامه خواهد داشت. تیم تحقیقاتی تخمین می زند که این دارو ممکن است سرعت پیشرفت DMD را نصف کند و به طور بالقوه طول عمر بسیاری از بیماران را دو برابر کند.
-
تشکیل اجزای تولید خون مصنوعی برای حیوانات
کار دیگر آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن (JAXA) در مورد کریستال کردن پروتئین ها در ریزگرانش، الهام بخش ساخت آلبومین حیوانی مصنوعی است. آلبومین فراوان ترین پروتئین در خون است اما به سختی در زمین متبلور می شود. محققان از ایستگاه فضایی برای متبلور کردن آلبومین گربهها و سگها برای درک بهتر ساختار این پروتئینها و نحوه تشکیل آنها استفاده کردند. دامپزشکان در بیمارستانهای حیوانات در ارائه درمانهای انتقال خون با مشکل مواجه هستند. زیرا انبارهای زیادی از خون اهدایی حیوانات وجود ندارد، موضوعی که میتواند از طریق کاربرد بالقوه این کار در دامپزشکی تأثیر مثبتی داشته باشد.
-
کاربردهای فناوری بازوی رباتیک در یک کارخانه خودروسازی
ایجاد ربات ایستگاه فضایی Robonaut منجر به توسعه یک دستکش رباتیک با قدرت صنعتی شد. ناسا و جنرال موتورز (GM) یک نمونه اولیه Robonaut را توسعه دادند و آن را در ایستگاه آزمایش کردند. جایی که با موفقیت وظایف ساده ای را در کنار فضانوردان انجام داد. سپس این تیم بخش دست مانند Robonaut را به یک دستگاه پوشیدنی تغییر داد تا به فضانوردان و کارگران خودرو کمک کند تا از خستگی و آسیب دست جلوگیری کنند. این دستگاه که در ابتدا Robo-Glove نام داشت، اکنون به صورت تجاری با نام Ironhand، تولید شده توسط Bioservo Technologies سوئد در دسترس است.
-
تحقیق دانشجویی در فضا
افرادی که پس از نوامبر ۲۰۰۰ به دنیا آمدهاند، همیشه زندگی با انسانها را در فضا میدانند. آنها در دنیایی بزرگ شدهاند که ایستگاه فضایی بینالمللی در بالای سرش میچرخد. آنها را Generation Station بنامید، کسانی که فضا برای آنها همیشه قابل دسترس به نظر می رسید، مکانی که دانشمندان از سراسر جهان در آن تحقیق می کنند.
تعداد زیادی از دانش آموزان از سراسر جهان حتی تحقیقات یا کد خود را به ایستگاه ارسال کرده اند. آنها به انجام آزمایشهای توالییابی DNA به عنوان بخشی از برنامه ژنها در فضا یا کنترل رباتها با استفاده از کدشان به عنوان بخشی از چالش برنامهنویسی ربات Kibo کمک کردهاند. بسیاری از آنها ماهواره های کوچکی را از ایستگاه فضایی طراحی و مستقر کرده اند و کار خود را به مدار پایین زمین ارسال می کنند.
-
کاهش گرما در شهرها و ردیابی آب
داده های محموله ECOSTRESS ناسا قبلاً کاربردهای زیادی داشته است. ECOSTRESS تغییرات ظریف دما را برای شناسایی تنش گیاه اندازه گیری می کند. از همین اندازهگیریها میتوان برای شناسایی گرمای شدید، مانند گرمای ناشی از آتشسوزی یا جریانهای گدازه و برای مطالعه حرکت جریانهای آب گرم و امواج گرما در شهرها استفاده کرد. داده های ECOSTRESS در تلاش برای کاهش گرمای جذب شده توسط سطوح شهر، تخصیص بهتر آب، کاهش خطر آتش سوزی در جنگل ها، اندازه گیری تنش گیاهان، جستجوی منابع انرژی زمین گرمایی، ردیابی پشه ها و کمک به کشاورزان در آبیاری کارآمد مزارع به کار گرفته شده است.
به عنوان مثال، محققان کول استریت لس آنجلس در حال مطالعه مواد مختلفی که میتوانند گرمای شهری را کاهش دهند، از دادههای ECOSTRESS استفاده کردند تا ببینند چگونه گرمای سطح محلهها با اعمال پوششها تغییر میکند. آنها یک پوشش خاکستری نازک پیدا کردند که می تواند یک جاده آسفالتی را مانند یک جاده بتنی منعکس کند و گرمای اطراف را تا حدود ۲ درجه فارنهایت کاهش دهد.
-
روش های اولتراسوند در زمین
برای افرادی که در شهرهای بزرگ با بیمارستان های کاملا مجهز زندگی می کنند، دسترسی به فناوری تصویربرداری پزشکی سریع و دقیق معمولاً مشکلی نیست. با این حال، زمانی که امکانات پزشکی در دسترس نیست، دسترسی به این فناوری می تواند به معنای تفاوت بین زندگی و مرگ باشد. برای مراقبت از فضانوردان در ایستگاه فضایی بینالمللی، اعضای خدمه آموزش دیدند تا از یک واحد سونوگرافی کوچک برای بررسی سایر اعضای خدمه از طریق مطالعه سونوگرافی تشخیصی پیشرفته در میکروگرانش (ADUM) استفاده کنند.
با مشارکت شبکه جهانی تعاملی متمرکز بر فراصوت بحرانی (WINFOCUS)، تیم ADUM تکنیکهای توسعهیافته برای فضانوردان ایستگاه را به کار گرفت. همچنین با توسعه پروتکلهایی برای انجام سریع روشهای پیچیده با راهنمایی و آموزش متخصص از راه دور، آنها را برای استفاده در مناطق دورافتاده روی زمین تطبیق داد. WINFOCUS با استفاده از روش های ADUM، بیش از ۴۵۰۰۰ پزشک و توسعه دهنده پزشک را در بیش از ۶۰ کشور آموزش داده است. از آنجایی که ارائه دهندگان مراقبت های بهداشتی محلی توانمند می شوند، بیماران بیشتری می توانند به مراقبت های تشخیصی با کیفیت و به موقع دسترسی داشته باشند و سیستم مراقبت های بهداشتی را با امکان تشخیص و درمان زودتر کارآمدتر می کند.
-
استفاده از فناوری فیلتر هوای ایستگاه برای مبارزه با کووید و حفظ مواد غذایی در خواربارفروشی
با استفاده از سیستم Astroculture پیشرفته ناسا (ADVASC)، خدمه ایستگاه با موفقیت دو نسل از گیاهان آرابیدوپسیس را پرورش دادند. ارگانیسم مدلی که به خوبی شناخته شده و اغلب در آزمایشهای زیستشناسی بنیادی استفاده میشود. این سیستم کنترل دقیق پارامترهای محیطی را برای رشد گیاه، از جمله دما، رطوبت نسبی، نور، تحویل مواد مغذی سیال، و غلظت دی اکسید کربن و اتیلن فراهم می کرد.
دانشمندان سیستم ADVASC را برای استفاده در تصفیه هوا روی زمین تطبیق دادند. این فناوری که در ابتدا برای طولانیتر کردن ماندگاری میوهها و سبزیجات در فروشگاههای مواد غذایی مورد استفاده قرار گرفت. چندین شرکت نیز اکنون از این فناوری در تصفیه کننده های هوا استفاده می کنند. روشی که گویا در از بین بردن ویروس کرونا موثر است. این شرکتها تصفیهکنندههای متعددی را در طول همهگیری تولید و توزیع کردهاند.
فناوری جداگانهای که برای شناسایی آلایندهها در ایستگاه فضایی آزمایش شد، در حسگر هوای مورد استفاده در زمین برای ایجاد «شاخص خطر انتشار ویروس» در فضاهای مشترک گنجانده شد و به مردم اجازه میدهد ازدحام جمعیت را کاهش دهند یا اقدامات دیگری را برای محدود کردن خطر انجام دهند.
-
کلوئیدها و محصولات روزمره خانگی
جدیدترین فرمول اسپری پارچه ای Febreze Unstopables TOUCH Procter & Gamble (P&G) با فناوری پخش بوی فعال شده با لمس، اولین فرمول این شرکت است که موادی را بر اساس تحقیقات کلوئیدی خود در ایستگاه ترکیب می کند.
کلوئیدها مخلوطی از ذرات ریز معلق در یک مایع هستند. آنها شامل مخلوط های طبیعی مانند شیر و آب گل آلود و همچنین محصولات تولید شده از شامپو گرفته تا دارو هستند. مطالعه کلوئیدها به دلیل این واقعیت پیچیده است که گرانش باعث افزایش برخی از ذرات و غرق شدن برخی دیگر می شود. میکروگرانش آن عارضه را از بین می برد و تحقیقاتی مانند آزمایش های کلوئیدی پیشرفته (ACE) انجام شده توسط ناسا، آزمایشگاه ملی ISS و P&G را ممکن می سازد. کار روی ایستگاه به آنها کمک کرد تا فرمولبندی را درک کنند و به آنها اجازه میدهد مایعی بسازند که شبیه آب است. از سال ۲۰۲۲، تحقیقات ایستگاه به سه اختراع جدید برای این شرکت کمک کرده است.
-
ایجاد شبکیه مصنوعی در فضا
شبکیه های مصنوعی می توانند بینایی را برای میلیون ها نفر از مردم روی زمین که از بیماری های دژنراتیو شبکیه رنج می برند، بازیابی کند. شرکت آمریکایی LambdaVision اکنون پنج بار آزمایش هایی را به ایستگاه فضایی انجام داده تا به هدف خود برای ساخت شبکیه مصنوعی در ریزگرانش کمک کند.
LambdaVision در حال ارزیابی فرآیند تولید برای توسعه شبکیه مصنوعی انسان با استفاده از پروتئین فعال شده با نور به نام باکتریورودوپسین است. فرآیندی که می تواند جایگزین عملکرد سلول های حساس به نور آسیب دیده در چشم شود. این فرآیند با اعمال لایه به لایه از یک لایه نازک، ایمپلنت ایجاد می کند. میکروگرانش ممکن است کیفیت و پایداری فیلمها را با محدود کردن تجمع و رسوب ذرات روی زمین بهبود بخشد. آزمایشی که در دسامبر ۲۰۲۱ راه اندازی شد، ساخت یک فیلم ۲۰۰ لایه را برای اولین بار در ریزگرانش نشان داد. این یک گام مهم به سمت استفاده از محیط ریزگرانش برای تولید پزشکی است که زندگی را تغییر می دهد.
-
سادهتر کردن درمانهای سرطان برای بیماران
مطالعه PCG-5 تحت حمایت آزمایشگاه ملی ISS بر روی بهبود نحوه تحویل داروها به بیماران متمرکز شده است. این مطالعه برای رشد یک شکل کریستالی یکنواخت تر از آنتی بادی مونوکلونال Keytruda® که برای درمان انواع مختلفی از سرطان ها از جمله ملانوما و سرطان ریه استفاده می شود، کار کرد. آنتی بادی های مونوکلونال به راحتی در مایع حل نمی شوند. این امر ایجاد دارویی را دشوار می کند که می تواند از طریق تزریق در مطب پزشک به جای تزریق داخل وریدی انجام شود و بیماران باید ساعت ها را در یک محیط کلینیک بگذرانند تا دارو را دریافت کنند.
PCG-5، سوسپانسیونهای کریستالی با کیفیت بالا تولید کرد که میتوانست Keytruda® را با تزریق قابل تحویل کند و درمان را برای بیماران و مراقبان راحتتر کند و در عین حال هزینه را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. به گفته آزمایشگاههای تحقیقاتی مرک، این کار همچنان ادامه دارد. همانطور که تحقیقات روی سایر روشهای درمانی بالقوه ادامه دارد.
-
میکروارگانیسم های تعیین توالی DNA در اطراف منظومه شمسی
دانشمندان از ایستگاه فضایی بینالمللی بهعنوان میدان آزمایشی برای بررسی چگونگی ایمن و سلامت فضانوردان در مأموریتهای طولانی مدت استفاده میکنند. در سال ۲۰۱۶، کیت روبینز، فضانورد ناسا، اولین توالی یابی DNA را در فضا با موفقیت انجام داد. او دری را برای تحقیقات زیست شناسی مولکولی در شرایط پرواز فضایی باز کرد. این تیم از یک پلت فرم توالی یابی MinION (تلفظ “مین یون”)، دستگاهی که بزرگتر از یک تلفن همراه نیست، برای خواندن پایه های اسید نوکلئیک در نمونه های ارسال شده به ایستگاه برای مطالعه استفاده کردند.
این فناوری میتواند دانشمندان را قادر سازد تا به سرعت پاتوژنها را در ایستگاه فضایی یا در مأموریتهای اکتشافی آینده شناسایی کنند. حتی اگر بیوشیمی مشترکی با حیاتی که ما روی زمین میشناسیم داشته باشد، به طور بالقوه حیات را در سایر سیارات منظومه شمسی شناسایی کنند. استفاده از این دستگاه در فضا همچنین می تواند به ارائه اطلاعات به محققانی که از این دستگاه در مکان های دورافتاده روی زمین استفاده می کنند، کمک کند.
کیت روبینز، فضانورد ناسا، برای اجرای آزمایش بیومولکول توالیسنج آماده میشود. این برای اولین بار نشان داد که توالی یابی DNA در یک فضاپیمای در حال گردش امکان پذیر است. یک توالی سنجی DNA مبتنی بر فضا می تواند میکروب ها را شناسایی کند. همچنین بیماری ها را تشخیص دهد، به محققان کمک کند تا سلامت اعضای خدمه را درک کنند. همچنین به طور بالقوه به شناسایی حیات مبتنی بر DNA در سایر نقاط منظومه شمسی کمک کند.
-
نظارت بر ایمنی گرمایی روی زمین
دمای هسته بدن در حین ورزش در ایستگاه فضایی سریعتر از زمین افزایش می یابد. آزمایش ThermoLab ESA (آژانس فضایی اروپا) تنظیم دمای بدن و سازگاری های قلبی عروقی را در اعضای خدمه از سال ۲۰۰۹ بررسی کرده است. فناوری اندازه گیری دمای بدن که برای مطالعه توسط شرکت آلمانی Dräge توسعه یافته است، شروع به ایجاد تفاوت در زمین کرده است.
این دستگاهها در بسیاری از کلینیکها برای نظارت بر دستگاههای جوجهکشی نوزادان و بیماران در حین جراحی مستقر شدهاند. حتی برای بررسی تأثیر گرمای شدید بر کشاورزان کنیا و بورکینافاسو استفاده شدهاند. از دیگر کاربردهای این دستگاه می توان به نظارت بر علائم خستگی در افرادی که در شرایط سخت کار می کنند. از جمله آتش نشان ها و خلبانان جنگنده، اشاره کرد.
-
درک بهتر علم بنیادی جهان ما
بسیاری از آزمایشها بر روی ایستگاهها اطلاعات جدیدی را کشف میکنند و سرنخهایی از اسرار علمی دیرینه ارائه میدهند. این اطلاعات به محققان کمک می کند تا درک بشر را از چیزهایی مانند احتراق یا فیزیک سیالات بیشتر کنند. موردی که می تواند منجر به بهبود در همه چیز از راندمان سوخت گرفته تا خنک کننده الکترونیکی شود.
هنگامی که محققان در مطالعه FLEX ناسا، مهارکنندههای آتش را با مطالعه قطرات سوخت در حال سوختن تجزیه و تحلیل کردند، به کشف شگفتانگیزی دست یافتند: ادامه «سوختن» دمای پایین پس از خاموش شدن شعله آشکار.
این فرآیند احتراق که اکنون به عنوان شعله های خنک شناخته می شود، از شعله هایی که ما را در کنار آتش کمپ گرم نگه می دارند، متمایز است. شعله های آتش معمولی دوده، دی اکسید کربن و آب تولید می کنند. شعله های سرد مونوکسید کربن و فرمالدئید تولید می کنند. یادگیری بیشتر در مورد رفتار این شعله های شیمیایی متفاوت می تواند منجر به توسعه وسایل نقلیه کارآمدتر و کم آلاینده شود.
-
همنشینی با ایستگاه و الهام بخشیدن به نسل بعدی
مکالمه با فضانوردان، زمانهای داستانی ضبطشده توسط اعضای خدمه و ویدیوی علمی آموزشی ضبطشده در ایستگاه، تمام بشریت را در کاوش کیهان همراهی میکند. رادیو آماتور در ایستگاه فضایی بینالمللی (ARISS) به دانشآموزان سراسر جهان این فرصت را میدهد که همزمان با یادگیری اصول فنی عملیات رادیویی ژامبون، مستقیماً از یک فضانورد در مدار سؤال بپرسند. این برنامه اکنون بیش از ۲۵۰۰۰۰ شرکت کننده را با ایستگاه فضایی و بیش از ۱۰۰ خدمه مرتبط کرده است.