Non più fantascienza: gli scienziati sviluppano un "Stillsuit" dalla vita reale come in Dune

Vista laterale dell'intero sistema, indossato come uno zaino. Credito: Karen Morales

Il nuovo sistema di filtrazione dell'urina della tuta spaziale sviluppato dai ricercatori di Cornell ricicla l'urina degli astronauti in acqua potabile, con l'obiettivo di migliorare il comfort e l'efficienza nelle future missioni sulla Luna e su Marte.

Attualmente, gli astronauti devono rilasciare l'urina dentro le loro tute spaziali durante le passeggiate spaziali. Questo non solo è scomodo e poco igienico, ma anche spregevole. A differenza del sistema di gestione delle acque reflue sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS), l'acqua proveniente dall'urina durante le passeggiate spaziali non viene riciclata.

I ricercatori di Cornell stanno affrontando questo problema con un sistema di raccolta e filtrazione dell'urina innovativo ispirato agli 'stillsuits' della saga di fantascienza Dune. Come questi 'stillsuits', il loro prototipo assorbe e purifica l'urina, riciclandola in acqua potabile.

Sofia Etlin, membro del personale di ricerca presso la Weill Cornell Medicine e la Cornell University e prima autrice dello studio, ha spiegato: "Il design include un catetere esterno basato su vuoto che porta a un'unità di osmosi avanzata-reversa combinata, fornendo un continuo approvvigionamento di acqua potabile con più meccanismi di sicurezza per garantire il benessere degli astronauti."

Questo nuovo progetto è stato recentemente pubblicato su Frontiers in Space Technologies.

Contenitori di raccolta dell'urina per l'indumento ad alta assorbenza per uomo. Credito: Luca Bielski

Nel 2025 e nel 2026, la NASA sta pianificando le missioni Artemis II e III, in cui un equipaggio orbita intorno alla Luna e atterra sul suo polo sud, rispettivamente. Queste missioni dovrebbero essere seguite da missioni con equipaggio su Marte entro i primi anni '30. Tuttavia, gli astronauti si sono lamentati da tempo della mancanza di comfort e igiene dell'attuale indumento ad alta assorbenza (MAG) – il sistema di gestione dei rifiuti delle tradizionali tute spaziali della NASA – in uso dagli anni '70, che funziona come un pannolone per adulti a più strati realizzato in polimeri superassorbenti.

Vista posteriore dell'intero sistema, indossato come uno zaino. Credito: Karen Morales

"Si dice che il MAG abbia delle perdite e abbia causato problemi di salute come infezioni del tratto urinario e disturbi gastrointestinali. Inoltre, gli astronauti attualmente hanno solo un litro di acqua disponibile nei loro sacchetti di bevande all'interno della tuta. Questo è insufficiente per le passeggiate spaziali lunari pianificate, che possono durare dieci ore, e anche fino a 24 ore in caso di emergenza", ha detto Etlin.

Gli astronauti hanno anche richiesto che il tempo necessario per riempire e degassare i sacchetti di bevande della tuta spaziale sia ridotto nelle future tute spaziali e che venga aggiunta una fornitura separata di bevande ad alta energia non caffeinate.

Prototipo di indumento di raccolta dell'urina. Credito: Claire Walter

Con tutti questi obiettivi in mente, Etlin e colleghi hanno progettato un dispositivo di raccolta dell'urina, compreso un indumento interno realizzato con più strati di tessuto flessibile. Questo è collegato a un contenitore di raccolta (con una forma e dimensione diversa per donne e uomini) in silicone sagomato, per adattarsi intorno agli organi genitali.

La superficie interna del contenitore di raccolta è rivestita con microfibra di poliestere o una miscela di nylon e spandex, per allontanare l'urina dal corpo e verso la superficie interna del contenitore, da dove viene aspirata da una pompa a vuoto. Un tag RFID, collegato a un idrogel assorbente, reagisce all'umidità attivando la pompa.

Una volta raccolta, l'urina viene indirizzata al sistema di filtrazione dell'urina, dove viene riciclata con un'efficienza dell'87% attraverso un sistema di filtrazione ad osmosi avanzata e reversa integrata a due fasi. Questo utilizza un gradiente di concentrazione per rimuovere l'acqua dall'urina, più una pompa per separare l'acqua dal sale. L'acqua purificata viene poi arricchita di elettroliti e pompata nel sacchetto di bevande della tuta spaziale, nuovamente disponibile per il consumo. La raccolta e la purificazione di 500 ml di urina richiede solo cinque minuti.

Il sistema, che integra pompe di controllo, sensori e un display a cristalli liquidi, è alimentato da una batteria da 20,5V con una capacità di 40 ampere-ora. Le sue dimensioni totali sono di 38 per 23 per 23 cm, con un peso di circa otto chilogrammi: abbastanza compatto e leggero da essere trasportato sul retro di una tuta spaziale.

Ora che il prototipo è disponibile, il nuovo design può essere testato in condizioni simulate e successivamente durante le passeggiate spaziali reali.

"Il nostro sistema può essere testato in condizioni simulate di microgravità, poiché la microgravità è il principale fattore spaziale che dobbiamo considerare. Questi test garantiranno la funzionalità e la sicurezza del sistema prima che venga impiegato in missioni spaziali effettive", ha concluso il dottor Christopher E Mason, professore presso lo stesso istituto di Etlin e primo autore dello studio.