La astronauta de la NASA Megan McArthur se pone un Microsoft HoloLens, un casco de realidad mixta (o realidad aumentada), que le permite ver tanto el espacio a su alrededor como pantallas digitales en su campo de visión. Créditos: NASA

La NASA está investigando si la tecnología de realidad aumentada podría ayudar con las reparaciones y actualizaciones en el Cold Atom Lab de última generación a bordo de la estación espacial.

El Cold Atom Lab de la NASA es el primer laboratorio de física de su tipo que opera en órbita terrestre. Aproximadamente del tamaño de una mini nevera, alberga múltiples experimentos que exploran la naturaleza fundamental de los átomos enfriándolos hasta casi el cero absoluto (la temperatura más fría que puede alcanzar la materia). Los átomos ultrafríos proporcionan una ventana al reino cuántico, donde la materia exhibe comportamientos extraños que sustentan muchas tecnologías modernas.

En 2020, durante su prolongada estancia a bordo de la estación espacial, la astronauta de la NASA Christina Koch trabajó con los miembros del equipo de la misión en la Tierra para instalar hardware actualizado en Cold Atom Lab. Además de agregar nuevas capacidades a la nueva instalación, el esfuerzo demostró algo más: que dicho mantenimiento podría realizarse sin la necesidad de llevar el laboratorio de regreso a la Tierra.

Hay planes en marcha para una serie de actualizaciones adicionales a Cold Atom Lab en los próximos años, por lo que el equipo de la misión está investigando formas de hacer que estas actividades sean más eficientes. A principios de este verano, probaron con éxito una nueva herramienta que podría ayudar con ese objetivo: un Microsoft HoloLens, un visor de realidad mixta (también conocido como realidad aumentada o AR). El 15 de julio, la astronauta Megan McArthur usó el visor AR mientras reemplazaba una pieza de hardware dentro de Cold Atom Lab, lo que permitió que la instalación produjera átomos de potasio ultrafríos además de los átomos de rubidio que se han utilizado desde que la instalación comenzó a operar en 2018.

El Cold Atom Lab de la NASA, una instalación de física cuántica a bordo de la Estación Espacial Internacional, alberga múltiples experimentos que exploran la naturaleza fundamental de los átomos enfriándolos hasta casi el cero absoluto (la temperatura más fría que puede alcanzar la materia). A principios de este año, la astronauta de la NASA Megan McArthur probó el uso de un casco de realidad mixta (un Microsoft HoloLens) para ayudar a mantener el experimento a la vanguardia. Créditos: NASA

Los cascos de realidad aumentada como los HoloLens parecen gafas de sol envolventes y, a diferencia de los cascos de realidad virtual (que producen un entorno completamente virtual), los HoloLens tienen lentes transparentes que combinan los mundos virtual y real. Esto permitió a McArthur ver el área a su alrededor, y una pequeña cámara orientada hacia adelante en el visor permitió a los miembros del equipo del Laboratorio de Átomo Frío, mirando en pantallas grandes en el Centro de Operaciones de Misiones en Órbita de la Tierra en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el Sur de California, ver lo que ella estaba mirando. Por el contrario, durante la actividad de 2020 con Christina Koch, el equipo pudo ver una transmisión de video en vivo solo desde una cámara fija ubicada detrás o encima del astronauta, dejando la vista del hardware oscurecida en su mayor parte.

McArthur también pudo ver anotaciones gráficas virtuales, como texto y flechas, colocadas en su campo de visión por el equipo de operaciones de Cold Atom Lab. Por ejemplo, mientras miraba una serie de cables, el equipo de la misión podía colocar una flecha en su campo de visión, apuntando al cable específico que necesitaba desenchufar. Incluso si movía la cabeza, la flecha seguía apuntando a la misma ubicación del cable.

Los cascos de realidad virtual se han utilizado para diversas aplicaciones a bordo de la estación espacial, y la realidad aumentada se ha utilizado en algunos casos. Pero, por lo general, el objetivo de estas actividades es facilitar que un astronauta realice una tarea solo. La actividad de reemplazo de hardware de Cold Atom Lab marcó el primer uso de un casco de realidad mixta para mejorar la interacción en vivo entre un astronauta y los ingenieros en la Tierra; también marcó el primer uso de la realidad aumentada para reparar un experimento científico en la estación. La preparación para la actividad llevó seis meses, con la colaboración entre el JPL de la NASA, el Centro Espacial Johnson en Houston y el Centro Marshall para Vuelos Espaciales en Huntsville, Alabama.

«Cold Atom Lab está invirtiendo en el uso de esta tecnología en la estación espacial no solo porque es intrigante, sino porque podría proporcionar capacidades adicionales para estas tareas complejas que confiamos que realicen los astronautas», dijo Kamal Oudrhiri, proyecto de Cold Atom Lab. gerente en JPL. «Esta actividad fue una demostración perfecta de cómo Cold Atom Lab y la ciencia cuántica pueden aprovechar la tecnología de realidad mixta».

Mecánica cuántica

La ciencia cuántica ha revelado muchas características no intuitivas del mundo físico, como el hecho de que los átomos se comportan tanto como objetos sólidos como ondas. Algunos de estos descubrimientos llevaron al desarrollo de tecnologías que muchos de nosotros usamos todos los días, como transistores y microchips.

Cold Atom Lab es la primera instalación de ciencia cuántica en órbita terrestre. El enfriamiento de los átomos hace que se muevan más lentamente, lo que facilita su estudio. Y los átomos ultrafríos también pueden formar un quinto estado de la materia, llamado condensado de Bose-Einstein, que muestra características cuánticas típicamente microscópicas a escala macroscópica.

En el entorno de microgravedad, los científicos pueden enfriar los átomos y estudiarlos durante más tiempo que en la Tierra. Esto abre vías de investigación que no son accesibles sobre el terreno. Al hacer que Cold Atom Lab sea actualizable, los miembros del equipo pueden agregar nuevas herramientas y capacidades a medida que avanza su investigación, para que puedan buscar respuestas a nuevas preguntas y realizar experimentos cada vez más complejos e impactantes.

“Esta actividad de reparación permite que los gases de potasio también se estudien en Cold Atom Lab, lo que permitirá a los científicos realizar docenas de nuevos experimentos en química cuántica y física fundamental utilizando gases de diferentes tipos donde los átomos interactúan entre sí de formas interesantes en ultra bajas temperaturas que solo se pueden alcanzar en microgravedad ”, dijo Jason Williams, científico del proyecto de Cold Atom Lab. «Nuestro objetivo es que Cold Atom Lab se convierta en una instalación científica en evolución para que podamos desarrollar rápidamente nuestra investigación y trabajar con los astronautas para agregar nuevas capacidades de hardware sin la necesidad de construir y lanzar nuevas instalaciones en cada paso del camino».

Una actualización de hardware en una instalación como Cold Atom Lab normalmente la haría solo alguien familiarizado con el hardware, ya que un paso en falso durante el proceso podría afectar la capacidad de su funcionamiento. McArthur tuvo que trabajar alrededor de componentes interiores delicados y compactos, que incluían más de una docena de tarjetas electrónicas, un laberinto de alambres y cables, y una orquesta de láseres finamente ajustados que se usaban para enfriar los átomos hasta casi el cero absoluto dentro de una cámara de vacío sellada mientras las cámaras de infrarrojos los observan.

Las futuras actualizaciones de Cold Atom Lab también implicarán interacciones en tiempo real entre los astronautas en la estación y los miembros del equipo en tierra. Es por eso que este uso de prueba de la realidad aumentada fue tan inspiradora para el equipo.

«Una tarea como esta necesita mucha orientación en tiempo real con un experto en el terreno, y ahí es donde las HoloLens podrían ser muy útiles», dijo Jim Kellogg, líder de integración de vehículos de lanzamiento y estaciones espaciales para Cold Atom Lab en JPL, que gestiona la misión.

Más sobre la misión

Diseñado y construido en JPL, Cold Atom Lab está patrocinado por la División de Ciencias Biológicas y Físicas de la Dirección de Misiones Científicas de la NASA.

Puedes obtener más información en Inglés sobre Cold Atom Lab en: https://coldatomlab.jpl.nasa.gov/ y para obtener más información en Inglés sobre la actualización de la instalación en 2020 en https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7660

Traducción no oficial con fines divulgativos del artículo original en Inglés.
Créditos: NASA / JPL-Caltech

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