On-board International Space Station Verification of Autonomous Emulsification Lab-on-Chip Payload: TIGERS-X Project
यह शोध पत्र TIGERS-X के डिज़ाइन, जमीनी सत्यापन और अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर इसके सफल 10-दिवसीय ऑन-ऑर्बिट सत्यापन को प्रस्तुत करता है, जो एक कम लागत वाला, टेलीऑपरेटेड लैब-ऑन-चिप पेलोड है जिसने सूक्ष्म गुरुत्वाकर्षण में स्वायत्त इमल्सीफिकेशन (emulsification) और द्रव मिश्रण को प्रदर्शित करने के लिए पैसिव माइक्रोफ्लुइडिक टेस्ला वाल्व का उपयोग किया है, जिससे भविष्य के अंतरिक्ष-आधारित द्रव और जैविक अनुसंधान के लिए एक नया मंच स्थापित हुआ है।
मूल पेपर CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
गहरे अंतरिक्ष की यात्रा भविष्य के अंतरिक्ष यात्रियों के लिए एक अनूठी और जिद्दी समस्या प्रस्तुत करती है: जब आप गुरुत्वाकर्षण पर भरोसा नहीं कर सकते तो दवा और भोजन कैसे बनाएं। पृथ्वी पर, कई तरल दवाएं और पोषण संबंधी पूरक इमल्शन (emulsions) होते हैं, जो ऐसे मिश्रण हैं जहाँ तेल की नन्ही बूंदें पानी में निलंबित रहती हैं। इन मिश्रणों को बनाने के लिए आमतौर पर शक्तिशाली मशीनों की आवश्यकता होती है जो तरल पदार्थों को तेजी से घुमाती या हिलाती हैं, जिससे घटकों को अलग करने और फिर से मिलाने में मदद के लिए गुरुत्वाकर्षण का उपयोग किया जाता है। अंतरिक्ष के भारहीन वातावरण में, गुरुत्वाकर्षण गायब हो जाता है। इसके बिना, तेल और पानी ठीक से मिलने से इनकार कर देते हैं, और उन्हें आपस में मिलाने के लिए आवश्यक भारी मशीनरी अंतरिक्ष यान के लिए बहुत बड़ी और अधिक बिजली खपत करने वाली होती है। मंगल की यात्रा जैसे वर्षों तक चलने वाले मिशनों के लिए, अंतरिक्ष यात्री पर्याप्त पहले से बने हुए सामान नहीं ले जा सकते। उन्हें इन आवश्यक तरल पदार्थों को मांग पर बनाने का एक तरीका चाहिए, जिसमें छोटे, सरल उपकरणों का उपयोग किया जा सके जो बिना गुरुत्वाकर्षण के काम कर सकें।
इस समस्या को हल करने के लिए, थाईलैंड के शोधकर्ताओं की एक टीम ने तरल पदार्थों को मिलाने के एक नए तरीके का परीक्षण करने के लिए अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर एक छोटा प्रयोग भेजा। उन्होंने TIGERS-X नामक एक उपकरण बनाया, जो एक बड़े जूते के डिब्बे के आकार का एक छोटा घन (cube) है, जो स्टेशन के एक मानक स्लॉट में फिट बैठता है। इस घन के भीतर, उन्होंने एक माइक्रोफ्लुइडिक चिप रखी, जो एक छोटी प्लास्टिक प्लेट है जिसमें सूक्ष्म चैनल उकेरे गए हैं। घूमने वाले हिस्सों या उच्च गति वाले शेकर्स का उपयोग करने के बजाय, यह उपकरण टेस्ला वाल्व (Tesla valve) के रूपित एक निष्क्रिय डिजाइन पर निर्भर करता है। यह एक विशेष वक्रों और मोड़ों वाला चैनल है जो तरल पदार्थों को प्रवाहित होने के लिए मजबूर करता है ताकि वे आपस में टकरा सकें और घूमें, जिससे केवल पथ की ज्यामिति के माध्यम से मिश्रण पैदा होता है। टीम यह देखना चाहती थी कि क्या यह सरल, कम ऊर्जा वाला दृष्टिकोण कक्षा में निरंतर भारहीनता के बीच तेल और पानी को सफलतापूर्वक मिलाने में सक्षम है, जो कि एक ऐसी स्थिति है जिसे पृथ्वी पर किए गए प्रयोग पूरी तरह से नहीं दर्शा सकते।
प्रयोग पूरी तरह से सफल रहा, जो बैंकॉक में स्थित एक टीम द्वारा पूरी तरह से नियंत्रित रहते हुए दस दिनों तक स्वायत्त रूप से संचालित हुआ। एक बार जब अंतरिक्ष यात्रियों ने घन को स्थापित कर दिया, तो आगे किसी मानवीय हस्तक्षेप की आवश्यकता नहीं पड़ी। उपकरण ने दो अलग-अलग तरल पदार्थों को पंप किया—एक तेल का प्रतिनिधित्व करने के लिए नारंगी रंग का और दूसरा पानी का प्रतिनिधित्व करने के लिए टील (teal) रंग का—सूक्ष्म चैनलों में। घन के भीतर उच्च-परिभाषा वाले कैमरों ने तरल पदार्थों के मिलने और मिलने की प्रक्रिया को रिकॉर्ड किया। शोधकर्ताओं ने पाया कि निष्क्रिय मिक्सर ने उल्लेखनीय रूप से अच्छा काम किया। बहुत कम दूरी के भीतर, दोनों तरल पदार्थ टूटने और मिलने लगे, जिससे आपस में मिले हुए रंगों का एक जटिल पैटर्न बन गया। इसने सिद्ध कर दिया कि चैनल की विशिष्ट आकृति तरल पदार्थों को मिलाने के लिए आवश्यक विक्षोभ (turbulence) उत्पन्न कर सकती है, भले ही गुरुत्वाकर्षण या भारी मशीनरी की सहायता के बिना।
हालाँकि, प्रयोग ने यह भी प्रकट किया कि मिश्रण की प्रक्रिया नाजुक है और तरल पदार्थों के सटीक प्रवाह पर बहुत अधिक निर्भर करती है। उपकरण में चार समानांतर चैनल थे, और टीम ने देखा कि दो चैनलों ने तरल पदार्थों को संतुलित तरीके से मिलाया, जबकि अन्य दो अलग तरह से व्यवहार करते थे। एक जोड़ी में, पानी और तेल समान रूप से मिले, लेकिन दूसरी जोड़ी में, एक चैनल ज्यादातर तेल से भरा रहा जबकि दूसरा ज्यादातर पानी से भरा रहा। इससे पता चला कि तरल पदार्थों के सिस्टम में प्रवेश करने के तरीके में मामूली अंतर भी बहुत अलग परिणाम दे सकता है। शोधकर्ताओं ने प्रवाह के हर बिंदु पर तरल पदार्थ के रंग को मापने के लिए कंप्यूटर विश्लेषण का उपयोग किया, जिससे यह समझने के लिए एक विस्तृत मानचित्र तैयार हुआ कि मिश्रण कितनी अच्छी तरह हुआ। उन्होंने पुष्टि की कि उपकरण एक स्थिर मिश्रण बना सकता है, लेकिन इसकी निरंतरता प्रवाह पथों की सटीक इंजीनियरिंग पर निर्भर थी।
यह कार्य महत्वपूर्ण है क्योंकि यह भारहीनता के संक्षिप्त, सिम्युलेटेड परीक्षणों से आगे बढ़ता है। पैराबोलिक उड़ानों पर किए गए पिछले प्रयोग, जो केवल लगभग बीस सेकंड की भारहीनता पैदा करते हैं, यह नहीं दिखा सकते थे कि समय के साथ मिश्रण के साथ क्या होता है। TIGERS-X प्रयोग कई दिनों तक चला, जिससे टीम को वास्तविक सूक्ष्म गुरुत्वाकर्षण वातावरण में तरल पदार्थों को स्थिर होते और परस्पर क्रिया करते देखने का अवसर मिला। उन्होंने पाया कि भारी तेल या पानी को नीचे खींचने के लिए गुरुत्वाकर्षण के बिना, तरल पदार्थ इस तरह से मिश्रित रहे जो पृथ्वी पर प्राप्त करना असंभव है। उपकरण ने सिद्ध कर दिया कि एक सरल, कम शक्ति वाला चिप अंतरिक्ष में आवश्यक तरल पदार्थ बनाने के लिए जटिल, भारी मशीनरी की जगह ले सकता है। परिणाम बताते हैं कि भविष्य के अंतरिक्ष यान इन छोटे, मजबूत उपकरणों को मौके पर ही दवाओं और पोषण के निर्माण के लिए ले जा सकते हैं, जो चंद्रमा और मंगल की लंबी यात्राओं के दौरान मनुष्यों को स्वस्थ रखने के लिए एक महत्वपूर्ण कदम है। टीम ने यह भी नोट किया कि इस तकनीक को अंततः अधिक जटिल कार्यों, जैसे अंतरिक्ष में कोशिकाओं को उगाने या जैविक नमूने बनाने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है, जो आत्मनिर्भर अंतरिक्ष अन्वेषण के एक नए युग के द्वार खोलता है।
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