Solosuits inova no design de trajes espaciais

O projeto de trajes espaciais raramente é solicitado aos desenvolvedores de produtos. É necessário integrar sistemas mecânicos, variáveis humanas e restrições relacionadas ao suporte à vida em uma única unidade funcional. Cada componente deve funcionar de maneira confiável em um ambiente em que uma falha acarreta consequências imediatas e potencialmente graves.

A Solosuits, empresa desenvolvedora de trajes espaciais com sede em Houston, está trabalhando para levar a excelência em projeto de engenharia aos trajes de última geração que serão enviados ao espaço. O objetivo da startup é desenvolver um traje funcional, ao mesmo tempo em que aprimora continuamente cada componente para atender a rigorosos requisitos de desempenho, segurança e usabilidade. Nesse contexto, a luva do traje espacial representa o maior desafio em termos de projeto do traje espacial.

As luvas dos trajes espaciais representam uma convergência de requisitos de engenharia conflitantes. Elas devem funcionar como parte de um sistema de pressão vedado e, ao mesmo tempo, permitir a destreza da mão humana, o que torna a luva um dos componentes mais difíceis de projetar. De acordo com Nik Moiseev, projetista-chefe da Solosuits, além de contar com inúmeras articulações e mecanismos de mobilidade, a luva do traje espacial deve atender a uma longa lista de requisitos de desempenho que se aplicam a todo o traje. "A luva é a parte mais difícil de um traje espacial", explica ele.

Em nível funcional, a luva atua como uma interface pressurizada entre a mão do astronauta e o ambiente externo, o que permite o movimento dentro de um sistema vedado, mantendo a pressão interna. Isso cria uma restrição fundamental: A pressão interna gera forças que impedem a articulação das juntas, um desafio amplamente documentado no projeto de luvas para EVA (Extravehicular Activity, atividades extraveiculares), de acordo com pesquisas da NASA. Isso aumenta o esforço necessário para o movimento, o que contribui para a fadiga das mãos. Portanto, uma luva deve ser projetada para reter a pressão, evitar vazamentos e manter a integridade estrutural, ao mesmo tempo em que reduz o torque nas articulações e permite movimentos repetíveis e precisos da mão.

Esse desafio é agravado pela mão humana, uma das estruturas mais complexas e hábeis do corpo humano do ponto de vista mecânico. Como observa o engenheiro e técnico de trajes espaciais Artem Kozhemyakin: "A luva contém o maior número de peças pequenas." A luva também deve se integrar aos sistemas de hardware ao seu redor, incluindo rolamentos, dispositivos de desconexão e elementos estruturais, os quais influenciam a mobilidade e a usabilidade.

A variabilidade humana acrescenta mais um nível de dificuldade. O projeto deve se adaptar aos diferentes tipos físicos dos astronautas, mantendo um desempenho consistente em termos de ajuste, alcance e requisitos térmicos e de conforto durante o uso prolongado. Essas restrições definem o desafio do projeto: criar um sistema que, sem comprometer o desempenho, mantenha a pressão e permita o movimento, ao mesmo tempo em que se adapte ao corpo humano.

Utilizar a iteração digital para avaliar o desempenho

Para enfrentar esses desafios, a Solosuits conta com um software de modelagem 3D SOLIDWORKS® Design para desenvolver componentes de trajes espaciais por meio de um fluxo de trabalho digital estruturado. O acesso a ferramentas de modelagem 3D eficientes permite que a equipe dessa pequena startup crie modelos rapidamente e faça iterações sem os custos e atrasos decorrentes de repetidas construções físicas. "Com o programa SOLIDWORKS for Startups conseguimos criar modelos e protótipos rapidamente, sem as barreiras de custo associadas a um software de CAD mecânico de alta qualidade", afirma Kozhemyakin com entusiasmo. Isso significa que o projeto voltado para a fabricabilidade está integrado diretamente ao processo, reduzindo o desperdício de tempo e materiais e contribuindo para um desenvolvimento de produtos mais sustentável.

A capacidade de gerar e avaliar diversas configurações de projeto faz parte dos principais recursos e funcionalidades do SOLIDWORKS. Segundo Moiseev, um dos aspectos mais valiosos do software de CAD é a capacidade de "fazer combinações rapidamente e buscar opções". Isso é particularmente importante no projeto de luvas, onde pequenas alterações geométricas podem afetar a mobilidade, a integridade da vedação e a usabilidade e o desempenho gerais.

A Solosuits utiliza o SOLIDWORKS Simulation para avaliar o desempenho ao longo do ciclo de desenvolvimento do produto, antes da fabricação de componentes físicos. Ao avaliar os projetos virtualmente, a equipe identifica possíveis problemas com antecipação e aprimora os componentes antes da fabricação, o que reduz o desperdício e contribui para um desenvolvimento de produtos mais sustentável.

Igualmente importante para se alcançar um projeto de engenharia inovador é o uso de modelos humanos digitais baseados em dados antropométricos. (A SOLIDWORKS estabeleceu uma parceria com a Zygote.) Esses modelos permitem que a equipe avalie como diferentes tipos de corpo interagem com um traje espacial. Embora a pressurização limite a mobilidade humana, um sistema virtualmente pressurizado permite que os engenheiros da Solosuit avaliem o ajuste, o alcance e o movimento das articulações sem depender de seres humanos reais ou de protótipos físicos.

Essa combinação de projeto baseado em configuração, simulação e avaliação centrada no ser humano em modelos digitais e, posteriormente, em modelos reais permite que a Solosuits transforme requisitos complexos em projetos que sejam ao mesmo tempo funcionais e adequados para a fabricação.

A redução do número de protótipos físicos economiza tempo e dinheiro

Ao transferir uma parte significativa do ciclo de vida do desenvolvimento de produtos para o ambiente digital, a Solosuits reduz sua dependência exclusiva da prototipagem física. Kozhemyakin explica que a equipe pode validar vários projetos virtualmente e simultaneamente, em vez de "fazer a peça fisicamente e depois testá-la pessoalmente", o que reduz o tempo de desenvolvimento do produto.

A capacidade de avaliar várias configurações em paralelo acelera o processo de iteração. Como o desempenho da luva depende da interação de muitos pequenos componentes e articulações, isso permite um aprimoramento mais eficiente das características de mobilidade e vedação, sem a necessidade de reconstruções repetidas.

Além disso, o uso de modelos humanos baseados em dados antropométricos melhora a validação ergonômica já nas fases iniciais do processo de projeto. Em vez de se basear em um único tamanho nominal, a equipe pode avaliar o desempenho do projeto em diversos tipos de constituição física, o que ajuda a identificar restrições de ajuste, alcance e mobilidade antes da produção de protótipos físicos.

Essa abordagem também contribui para uma evolução mais consistente do projeto ao longo do tempo. Como destaca Moiseev, cada nova geração de projetos torna-se "mais confiável, mais resistente e mais confortável", refletindo um ciclo de vida de desenvolvimento de produtos que incorpora melhorias iterativas com base em simulações, testes de configuração e avaliações centradas no ser humano.

Promover o projeto centrado no ser humano em ambientes extremos

Para a Solosuits, projetar trajes espaciais significa, essencialmente, possibilitar o desempenho humano em um dos ambientes mais exigentes que se possa imaginar. O desafio não é apenas manter as condições necessárias para a sobrevivência, mas também garantir que isso não limite os movimentos, o conforto ou a usabilidade.

Ao utilizar o SOLIDWORKS Design para modelar, simular e avaliar projetos digitalmente, a equipe consegue enfrentar seus desafios com maior precisão e eficiência, alcançando assim o objetivo de excelência em projeto de engenharia. O resultado é um processo de desenvolvimento que promove a melhoria contínua, reduz a dependência de testes físicos e inspira maior confiança em cada iteração do projeto.

À medida que as atividades espaciais comerciais se expandem, a capacidade de projetar sistemas que equilibrem segurança e mobilidade e que sejam concebidos para facilitar a fabricação se tornará cada vez mais importante.