Innovation an Board: ARIS setzt auf BIBUS und memetis

Das Wichtigste im Überblick:

• Das SAGE-Projekt von ARIS will die Mikrogravitation im Weltall nutzen, um neue Erkenntnisse über Alterungsprozesse sowie die Wirkung von Medikamenten auf menschliche Zellen zu gewinnen.
• Als exklusiver CH-Distributor des Fluidtechnik-Spezialisten memetis war BIBUS von Anfang Teil des Projekts. memetis lieferte die innovative Formgedächtnisaktorik-Technologie, BIBUS brachte substantielle Expertise und die lokale Abwicklung ein.
• Dank der eingesetzten Mikroventiltechnik sind Voraussetzungen für die Durchführung der geplanten Experimente geschaffen – trotz den äusserst herausfordernden Bedingungen hinsichtlich Grössen- und Gewichtsvorgaben.

Forschung in neuen Sphären

2017 von Studenten an der ETH Zürich gegründet, will der Verein ARIS (Akademische Raumfahrt Initiative Schweiz) die Weltraumforschung in neue Sphären führen. Als ein ARIS-Leuchtturm-Projekt will SAGE (Swiss Artificial Gravity Experiment) 2026 einen eigens entwickelten Satelliten in eine niedrige Erdumlaufbahn zu bringen. Darin soll Forschung an menschlichen Zellen stattfinden, um neue Erkenntnisse über deren Alterung im Weltraum bzw. in Mikrogravitation zu gewinnen. Dafür braucht es die entsprechende Fluidtechnik.

Parallel-Experimente auf engstem Raum

SAGE verwendet einen sog. 3U CubeSat, einen kleinen Satelliten mit drei würfelförmigen Einheiten. Neben Bordcomputer, Kommunikationssystem sowie Kontrollsystemen für Wärme, Lage und Bestimmung enthält er eine biologische Nutzlast. Die geplanten Experimente (Fluoreszenzmikroskopie) finden unter herausfordernden Bedingungen statt:

• Platz: Auf einer Grundfläche von 75 * 25 mm (Mikroskopie-Objektträgerformat) müssen 24 aktive Mikroventile zur gesteuerten Vorbereitung, Zu- und Abfuhr der Reagenzien unterkommen.
• Gewicht: Bei einer Grösse von 10cm * 10cm * 10cm der für Forschungszwecke verwendeten Würfeleinheit darf das Gesamtgewicht maximal 2kg betragen, d.h. das Flüssigkeitskontrollmodul soll so leicht wie möglich sein.
• Steuerung: Für die zwölf parallel stattfindenden Experimente bedarf es einer vollautomatischen Flüssigkeitsflussregelung für die Mischung sowie Zu- und Abfuhr der Reagenzien.

Seit Projektstart war klar, dass aufgrund der ultraspezifischen Anforderungen für dieses Forschungsprojekt über Alterungsprozesse von menschlichen Zellen keine Standardlösung in Frage kommt. Die Vernetzung von BIBUS mit der ETH Zürich im Bereich der Fluidtechnik erwies für das SAGE-Projekt als wertvoll. Die Kombination aus der Technologiekompetenz von memetis und BIBUS’ Netzwerk in Forschung und Praxis beschleunigte die von memetis initiierte Entwicklung der geforderten, anspruchsvollen Speziallösung.

Kompaktbauweise für einzigartige Massstäbe

Mikrogravitation ist ein Zustand der annähernden Schwerelosigkeit. Sie kommt u.a. in der Erdumlaufbahn vor. Menschliche Zellen altern in der Mikrogravitation schneller. Somit bietet das Weltall einzigartige Bedingungen für die Untersuchung der Wirkung von Medikamenten auf Zellen. Zur Durchführung 12 parallellaufender Experimente mit 24 Mikroventilen in einem 10cm-Würfel tat sich BIBUS mit dem Mikrofluid-Spezialisten memetis zusammen. Resultat ist eine ultrakompakte Lösung mit mehreren Schichten:

• Elektronische Steuerschicht zur Koordination der automatisierten Handhabung der Flüssigkeiten.
• Aktorikschicht als Herzstück des Mikroventils-Arrays mit Formgedächtnis-legierungen zur Durchflussregelung durch Kraft- und Huberzeugung.
• Fluidikschicht mit den Mikroventilen zur Realisierung der gleichzeitig erfolgenden Experimente.

BIBUS fokussierte nach der Erstellung des Fluidschemas auf die Beratung von ARIS und die Projektkoordination. memetis zeichnete sich für alle Aspekte der technischen Umsetzung inkl. Auslegung/ Spezifikation der Ventile verantwortlich. Dank der innovativen Formgedächtnis-Aktorik der memetis-Ventile wurde die bisher unerreichte Kompaktbauweise und präzise Durchführung der geplanten Experimente unter den anspruchsvollen Bedingungen erst möglich. Darüber hinaus hat diese Technologie auch das Potential, neue Biomedizinische Möglichkeiten in anderen Anwendungsfeldern zu schaffen.

«Ready for take-off»

Im März 2025 hat ARIS mit ALICE erstmals Hardware in den Orbit befördert. Ein weiterer Meilenstein für das Projekt, denn ALICE wird im SAGE-Satelliten als Boardcomputer fungieren. Der Umstand, dass die Lösung für die biologische Nutzlast auch bereits steht, erleichtert die Umsetzung der weiteren Projektphasen in vielerlei Hinsicht:

• Planungssicherheit: Trotz der schwierigen Umstände puncto Platzverhältnisse und Gewichtlimiten erfüllt die entwickelte Lösung die Anforderungen, so dass die Durchführung der geplanten Experimente möglich ist.
• Forschungsziele: Somit sind auch die Voraussetzungen für die anvisierte Gewinnung der neuen Erkenntnisse über Alterungsprozesse bzw. die Wirkung von Medikamenten auf menschliche Zellen geschaffen.
• Strahlkraft: Wird SAGE zu einem erfolgreichen Projekt, könnte das Gelingen nicht nur weitere ARIS-Projekte, sondern auch künftige Weltraum-Missionen generell beflügeln.

Noch ist der SAGE-Satellit nicht abgehoben. Neben dem «Zellforschungslabor» wird auch eine Amateurfunklast für Bildungszwecke im CubeSat mitfliegen. Schon vor dem Start liefert das Projekt einen weiteren Beleg, wie die Zusammenarbeit der passenden Partner den Weg für Systemlösungen mit bisher unerreichten Möglichkeiten ebnet.