Comment la NASA envisage-t-elle d’utiliser une technologie de circuit imprimé en 3D ?

January 16, 2018

Logo de la NASA
Crédit éditorial : Tony Craddock / Shutterstock.com

 

 

Avez-vous remarqué à quel point l'impression 3D est devenue un véritable phénomène ? Les gens semblent aujourd'hui vouloir imprimer en 3D tout ce qui leur passe par la tête. Peut-être que cet engouement se mêlera à l'Internet des objets et nous pourrons bientôt utiliser une fourchette intelligente. Alors que d'autres personnes vous feront découvrir les 50 meilleures astuces d'utilisation de ces nouveaux objets, je vais vous expliquer comment la NASA compte utiliser l'impression 3D. C'est secret ! Mais, je vais quand même vous le dire. La NASA veut imprimer des engins spatiaux et des circuits. Elle a lancé une mission scientifique qui détaille exactement comment et pourquoi elle utilisera ces circuits imprimés. Elle a également examiné les technologies actuelles susceptibles de faire de ces idées futuristes une réalité.

Comment les missions de la NASA peuvent-elles utiliser des circuits imprimés ?

L'espace, la dernière frontière, est un environnement extrême qui exige des innovations extraordinaires pour explorer ses mystères. La NASA a renoncé à beaucoup de missions incroyables dans le passé, mais à mesure que nous nous approchons de la réalité des voyages spatiaux, celle-ci aura besoin d'outils encore plus sophistiqués pour mener à bien ses missions. Les circuits imprimés souples constituent une technologie qui intéresse la NASA qui compte les utiliser pour atteindre ses objectifs ambitieux. La mission théorique StANLE  a été planifiée afin de démontrer pourquoi les circuits imprimés peuvent représenter un avantage et à quoi ceux-ci peuvent ressembler.

La mission StANLE a été élaborée pour illustrer le potentiel d'un engin "imprimé". Quand j'ai lu l'expression « engin spatial imprimable », je me suis dit qu'ils voulaient imprimer une navette spatiale. Il s'avère que ces navettes ressembleront davantage à des feuilles de papier qui seront principalement utilisées comme des stations météorologiques. Ces baies de capteurs seront larguées sur une immense zone dans le but de recueillir des données telles que la température, la pression, la vitesse du vent, les radiations et l'humidité.

 

Navette spatiale en vol

La NASA n'a pas l'intention d'imprimer des navettes spatiales.

 

 

Dans le passé, la NASA a utilisé des engins, tels que des rovers pour étudier d'autres planètes. Un système imprimé en 3D aurait plusieurs avantages dans ce genre de mission. Les rovers peuvent être très sophistiqués, mais ils se déplacent lentement et peuvent uniquement collecter des données dans une seule zone à la fois. Ils sont aussi moins résistants aux pannes, puisque tous les composants sont centralisés. Une défaillance majeure dans un système peut provoquer une panne généralisée du rover. En revanche, l'utilisation de milliers de capteurs discrets sur une vaste zone répartit le risque de défaillance sur des milliers d'unités pendant la collecte de grandes quantités de données. Les circuits souples comportent eux-mêmes également plusieurs avantages, notamment leur légèreté et leur format compact. Ces deux caractéristiques pourraient rendre ce genre de mission théoriquement possible. La NASA a comparé le poids de cette mission avec celui d'une mission traditionnelle (564 kg) munie d'un seul atterrisseur. Elle a constaté que, même avec une charge utile de plusieurs milliers de circuits, cette mission garderait la même masse. Avec ce genre de composants, la NASA pourrait déployer des milliers d'atterrisseurs sur des milliers de kilomètres, au lieu d'utiliser une seule station.

Vous vous demandez probablement à quoi vont réellement ressembler ces engins spatiaux imprimables ? Il s'avère qu'ils ressembleront en gros à une feuille de papier ; un grand circuit souple. Ce circuit imprimé intégrera des composants, tels qu'une antenne, un microcontrôleur, un convertisseur analogique/numérique (ADC), une batterie, des cellules solaires, des capteurs de température, des capteurs de radiation, des capteurs photographiques, des capteurs de pression, des capteurs d'humidité et des capteurs de vent. Une partie de cette technologie est actuellement disponible dans un format souple, mais pas la totalité. C'est pourquoi la NASA s'est ensuite intéressée aux technologies de circuit imprimable susceptibles de faire de cette mission une réalité.

 

circuit imprimé souple
Voilà à quoi ressembleront les circuits imprimés souples.

 

 

Niveaux de la technologie

La NASA développe et utilise des technologies de pointe. Pour faciliter ces efforts, elle a mis au point un système d'évaluation des niveaux de préparation des technologies (TRL). Le TRL le plus élevé est de 9, ce qui signifie qu'un engin a été qualifié pour le vol. Un TRL de 1 montre qu'une technologie n'en est qu'au début de la phase de recherche. Afin de nous donner une meilleure idée de la viabilité de la mission StANLE, la NASA a tenu compte des TRL de chaque pièce imprimable. La NASA a besoin que ces composants soient prêts d'ici 2020. Puisque ces derniers possèdent des applications commerciales et sont actuellement à l'étude, il est probable qu'ils arriveront à respecter cette échéance. Je vais vous parler de l'une des pièces qui est à moitié prête, et d'une autre qui est encore en phase de recherche initiale.

L'une des pièces du puzzle, qui est presque terminée, est le capteur de température. Non seulement les capteurs de température souples existaient déjà, mais les capteurs imprimés existent aussi. Les capteurs qui intéressent la NASA sont imprimés avec de l'encre de nanoparticules d'argent, qui peut durer tout le long d'une mission. Actuellement, les meilleurs capteurs de cette gamme peuvent fonctionner entre -263℃ et 27℃ avec une résolution de 0,1℃. La NASA estime que ces attributs répondent à ses exigences d'amplitude et de sensibilité. Ce capteur est donc en très bonne voie d'être adopté.

Mais les choses ne sont pas toujours si simples, et d'autres composants nécessitent plus de travail. Le microcontrôleur risque d'être la pièce la plus difficile à rendre entièrement imprimable. Les microcontrôleurs imprimés existent, mais ils sont très lents. Un microcontrôleur pour l'engin spatial StANLE devra contrôler la lecture/écriture de la mémoire, réguler l'alimentation et interroger les capteurs pour obtenir des données. La NASA pourrait en réduire la fonctionnalité afin de respecter les capacités actuelles de la technologie, mais ce n'est pas une bonne solution. Au lieu de cela, elle espère utiliser une solution hybride composée d'un microprocesseur à film mince flexible. Celui-ci ne sera pas imprimé, mais il sera quand même souple et s'adaptera au design global de l'engin spatial.

La NASA espère que cette mission sera prête d'ici 2024, ce qui signifie que les technologies envisagées doivent être prêtes aux environs 2020. Je ne sais pas vraiment si tous ces systèmes seront prêts dans les délais, mais j'espère qu'ils le seront. La mission théorique StANLE démontre à quel point les circuits imprimés souples peuvent être utiles. Ces circuits peuvent étendre la portée et réduire les risques des missions spatiales actuelles sans ajouter du poids ou du volume supplémentaire. Maintenant, nous avons juste besoin que nos laboratoires de recherche continuent à produire des capteurs imprimables et d'autres composants pour les circuits imprimés.

Cette mission de la NASA montre clairement que l'avenir des circuits sera à la fois imprimé et souple. Vous allez devoir apprendre à utiliser des circuits souples, et savoir comment les concevoir. Heureusement pour vous, de puissants logiciels de conception de circuits imprimés comme Altium Designer peuvent vous aider à atteindre ces objectifs. Altium Designer intègre de nombreux outils capables de vous aider dans vos projets de conception de circuits imprimés souples.

Vous avez d'autres questions concernant les circuits souples ? Contactez un expert Altium.

 
 
 
 
 
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