幾十年來，人類在太空的持續存在一直是美國宇航局（NASA）的核心目標。NASA最近的《月球持續探索和發展計劃》提出了人類長期探索近月空間、月球表面和火星的願景，這是阿爾忒彌斯（Artemis）計劃的一部分。長時間的太空飛行給人體帶來了嚴重的挑戰，包括肌肉萎縮、骨質流失、視力下降和免疫抑制。這些影響中的許多都與缺乏重力有關。

雖然科學家們已經在緩解與長期零重力接觸有關的個別症狀方面取得了重大進展，但產生人工重力的能力將消除許多問題的根源，並可以大大改善長期任務中的宇航員健康。

將旋轉的太空棲息地作為產生人工重力的手段的概念可以追溯到一個多世紀以前。然而，人類暴露在低至3RPM的旋轉速率下會感到不適。為了在1-2 RPM的旋轉速率下產生接近1g的人工重力，需要一個千米級的結構。

卡內基·梅隆大學研究人員近日提出的一個解決方案的核心是由機械超材料構建的高膨脹率可部署結構（HERDS）。具體來說，研究人員利用了過去5年中的兩個運動學發現：shearing auxetics和branched scissor機制。他們打算生產具有前所未有的150倍膨脹率的管狀結構。

研究人員第一階段的NIAC研究已經證明了這種方法的可行性，並指出了第二階段必須解決的幾個技術問題。

第二階段的關鍵技術工作將集中在四個具體的方向上：

• 對不斷擴大的分層結構的複雜部署動態進行詳細建模和理解。
• 利用模擬和設計優化，在存在製造錯誤和外部干擾的情況下減輕部署期間的干擾。
• 快速原型設計和基於硬件的設計迭代，以校準模型和評估子系統組件。
• 對具有數千條鏈路的米級原型進行實驗驗證，以展示無干擾的部署和高擴展率。

這項工作將對NASA的目標產生直接和長期的影響。在短期內，這樣的結構將使人類在近月空間的持續居住成為可能，例如，作為月球門戶的一部分。從中長期來看，這樣的結構對於維持人類在深空的生活將是至關重要的。最後，大型結構還將通過支持大型望遠鏡陣列來推動天文學的發展。