Voltera V-One może być wykorzystywana w sektorze kosmicznym na etapie badań i rozwoju (R&D), w szczególności do wczesnego prototypowania i walidacji układów elektronicznych przeznaczonych do zastosowań satelitarnych i suborbitalnych.
Prototypowanie PCB dla systemów CubeSat i SmallSat
Szybka weryfikacja topologii obwodów zasilania (EPS), modułów komunikacyjnych RF, układów telemetrycznych oraz systemów kontroli orientacji (ADCS).Budowa układów testowych (test boards)
Tworzenie płytek do walidacji komponentów przed kwalifikacją środowiskową (thermal cycling, vibration, vacuum).Iteracyjne projektowanie elektroniki niskomocowej
Testowanie architektury ścieżek zasilania, integracja mikrokontrolerów, FPGA, czujników MEMS oraz interfejsów komunikacyjnych (SPI, I2C, UART, CAN).Demonstratory technologii (technology demonstrators)
Szybkie wykonanie funkcjonalnych prototypów przed przeniesieniem projektu do produkcji zgodnej z normami kosmicznymi (ECSS, NASA standards).
Voltera V-One umożliwiła studentom i zespołom badawczym projektowanie własnych modułów satelitarnych (CubeSat) już na etapie studiów. Dzięki tej biurkowej drukarce PCB mogli szybko prototypować elektronikę, testować układy i przygotowywać funkcjonalne płytki PCB w laboratorium.
Projekty opracowane z wykorzystaniem V-One były realizowane w ramach faktycznych misji kosmicznych – studenci mogli zobaczyć swoje moduły wysłane na Międzynarodową Stację Kosmiczną podczas misji zaopatrzeniowej.
To narzędzie pozwoliło połączyć wiedzę teoretyczną z praktycznym doświadczeniem, skracając drogę od koncepcji do działającego prototypu, a jednocześnie przygotowało do pracy w zaawansowanych dziedzinach, takich jak aeronautyka, technologie satelitarne i systemy wbudowane.
„Tworzę nasze niewielkie laboratorium projektowania statków kosmicznych, kładąc duży nacisk na to, aby studenci mogli w całości wykonywać każdy element statku kosmicznego samodzielnie w laboratorium. Zanim ukończą studia, mają okazję przeprowadzić mały statek kosmiczny przez wszystkie etapy – od koncepcji… aż po start orbitalny.”
„To naprawdę jeden z najtrudniejszych projektów, jakie podejmują ludzie — projektowanie autonomicznego statku kosmicznego działającego na orbicie.”
– Mike Galvin
Sr. Technical Support, Mechanical Engineering at Princeton University
CubeSat Uniwersytetu Princeton został wyniesiony w kosmos 20 lutego 2021 roku. Wszedł na orbitę swobodną z prędkością Mach 20 i przez kilka dni krążył wokół Ziemi, zbierając dane.
NASA początkowo obawiała się, że tusz przewodzący nie będzie dobrze reagował w warunkach próżni, jednak nie odnotowano żadnych przerw w przewodnictwie na żadnym z obwodów drukowanych przy użyciu V-One.
Zespół badawczy z University of Alabama w Huntsville oraz NASA Marshall Space Flight Center opracował prototyp elastycznego, noszonego systemu do monitorowania parametrów życiowych. Głównym celem było stworzenie mało inwazyjnego rozwiązania, które pozwalało na długofalowe śledzenie oddechu oraz poziomu CO2 u astronautów, zastępując dotychczasowe, niewygodne i nieporęczne urządzenia pomiarowe.
Zastosowana Technologia i Materiały
Platforma CyBLE: Wykorzystano elastyczną płytkę drukowaną na podłożu Kapton, którą wyposażono w mikrokontroler Arm Cortex M0 oraz moduł łączności Bluetooth Low Energy (BLE). Platforma integrowała czujniki inercyjne (9 DOF) oraz czujniki środowiskowe.
Innowacyjny Materiał Dielektryczny: Kluczowym elementem był opracowany przez NASA ceramiczny dielektryk (tytanian baru z domieszkami), który naniesiono metodą druku (sitodruku lub mikrodozowania). Materiał ten charakteryzował się wyjątkową czułością na wilgoć zawartą w wydychanym powietrzu.
Mechanizm Pomiarowy: Zrezygnowano ze skomplikowanych układów kondycjonowania sygnału. Zamiast tego wykorzystano interfejs dotykowy mikrokontrolera (TSI) do bezpośredniego pomiaru zmian pojemności elektrycznej czujnika wywołanych oddechem.
Przebieg Badań i Uzyskane Wyniki
Wydajność Energetyczna: Badania wykazały, że opracowane czujniki drukowane zużywały znikome ilości energii (ok. 0,5 mW), co stanowiło ogromny postęp w porównaniu do komercyjnych czujników gazu (np. CCS811), które wymagały około 90 mW.
Czułość i Zasięg: Sensor o wymiarach 2×4 mm okazał się niezwykle precyzyjny – potrafił wykryć obecność oddechu nawet z odległości przekraczającej 20 cm.
Trwałość: Ceramiczna konstrukcja czujnika zapewniła mu odporność na czynniki zewnętrzne, takie jak pot, woda czy substancje korozyjne, co było kluczowe dla zastosowań w skafandrach kosmicznych.
Walidacja na Ludziach: Testy przeprowadzone na grupie 9 ochotników potwierdziły stabilność pomiarów. System precyzyjnie rejestrował rytm oddechowy (średnio 10,7 oddechów na minutę), a zmiany pojemności były wyraźne i łatwe do interpretacji cyfrowej.
Projekt dowiódł, że elektronika drukowana umożliwiła znaczną miniaturyzację i personalizację urządzeń medycznych. Technologia ta została uznana za gotową do integracji z systemami podtrzymywania życia i odzieżą inteligentną, oferując pasywne i energooszczędne monitorowanie zdrowia w ekstremalnych warunkach.