Космічне сміття, що обертається навколо Землі, становить серйозну загрозу як для обладнання, так і для космонавтів, але в умовах мікрогравітації та вакууму збір сміття є нелегким завданням. Американські дослідники використали б робота на основі геккона, щоб схопити гоночне сміття.

Коли ви читаєте ці рядки, у космосі навколо нашої планети мчить близько 500 000 уламків людського обладнання, деякі зі швидкістю понад 28 000 кілометрів на годину. Неважко уявити, особливо коли ми побачили Гравітацію, скільки космічного сміття створює як для супутників, так і для космічних кораблів та їх екіпажів.

Прибирати космічний мотлох є найбільш проблематичним, оскільки він знаходиться в космосі. Всмоктувальні диски не працюють у вакуумі. Про липкі матеріали, що використовуються в звичайних умовах, таких як клейкі стрічки, також не може бути й мови, оскільки сполуки, які роблять їх липкими, не витримують екстремальних коливань температури. З самого початку магніти впливають лише на предмети, які можна намагнітити. Більшість запропонованих на сьогодні рішень, таких як смітник, є ризикованими, оскільки вони передбачають сильне зіткнення обладнання та сміття, яке може ненавмисно відштовхнути шматки відходів у новому, непередбачуваному напрямку.

прибрати

NASA був натхненний гекконами

Щоб якось все-таки впоратися з космічною метушнею, Стенфордський університет та лабораторія реактивного руху НАСА (JPL) розробили новий вид роботів, які б захоплювали та вивозили відходи за іншим принципом. Про розвиток подій повідомляється в журналі Science Robotics.

Захват, який вони розробили, працює за принципом адгезії, натхненний вивченням геконів, сказав професор Марк Куткоскі, перший автор статті. - Розробка розпочалася як розділ роботи, яка триває близько десяти років. Початковою метою було створити альпіністських роботів, які прилипають до поверхні, як гекони до стіни ".

Джерело: Flickr/Девід Льюїс

Група випробовувала захоплювач, а також зменшену його версію не тільки в наземній лабораторії, але і в різних експериментальних просторах з нульовою гравітацією, включаючи Міжнародну космічну станцію. З обнадійливими результатами дослідники зараз цікавляться, як буде працювати обладнання поза корпусом космічної станції.

"Захват може бути використаний у цілому ряді космічних місій, від зустрічі та стикування космічних кораблів до збору сміття, що обертається навколо Землі", - сказав Аарон Парнес, керівник групи екстремальних робототехнічних команд JPL. "Пізніше ми могли б розробити роботизованого помічника, який буде повзати вгору-вниз по корпусу космічного корабля, щоб робити ремонт, знімати фільм та виявляти помилки".

Як працює стопа геккона?

Клеї на основі геккона, розроблені лабораторією Куткоскі, раніше використовувались для альпіністських роботів і навіть у програмі, яка дозволяє людям лазити по особливо слизьких поверхнях. Гекони також здатні лазити по гладких стінах, оскільки на ногах мають спеціальні мікроскладки. Це, щоб вони ідеально лягали на поверхню, так звані Вони створюють силу ван дер Ваальса, яка створює притягання між підошвою і стіною. Притягання виникає внаслідок індивідуально слабких міжмолекулярних взаємодій, що виникають в результаті зсуву зовнішніх електронних хмар молекул.

Створений людиною клей все ще відстає від гекона своєю вишуканістю - складки клею мають ширину близько 40 мікрометрів, тоді як складки підошви гекона в двісті разів тонші, приблизно 200 нанометрів, - але принцип їх дії по суті однаковий. Штучний варіант, як підошва геккона, дотримується лише в тому випадку, якщо складки притискаються в потрібному напрямку до поверхні, але навіть невеликої сили, прикладеної в потрібному напрямку, достатньо для взаємодії. Ця особливість робить його особливо придатним для збору космічного сміття.

Більше 23 000 космічних кораблів розміром більше 10 сантиметрів можуть здійснити орбіту навколо нашої планети Джерело: Keithcu.com

"Якби я спробував схопити плавучий предмет за допомогою клею, що вимагає тиску, він просто змістився б", - пояснює Елліот Хоукс з Каліфорнійського університету, співавтор статті. "Однак я спочатку дуже обережно торкаюся ступні гекона до плаваючого предмета, потім повертаю стопу, щоб складки могли схопитись, і я вже можу рухати предмет, як завгодно". Звільнення зроблено з таким же делікатним рух, який навряд чи чинить будь-яку силу на об'єкт.

Клейові поля були розміщені на декількох поверхнях робота, що захоплював. Конструкція має візерунок квадратних клейових підошв на передній поверхні, а на плечах робота, які можна витягнути у всіх напрямках і зігнути до лицьової поверхні, ніби охоплюючи їх, клей розміщений тонкими смужками. Квадратний візерунок, нанесений на передню поверхню, призначений для захоплення плоских об'єктів, таких як сонячна батарея, тоді як руки здатні захопити тіло ракети або будь-який інший неправильний, вигнутий об'єкт.

Найбільший виклик

Однією з найбільших проблем у проектуванні було те, як рівномірно розподілити силу зчеплення по всій поверхні зчеплення. Інженери вирішили це шляхом з'єднання невеликих квадратних футів передньої поверхні з гвинтовими передавачами, які також регулюють адгезію між захоплюючими лапами та предметом, що підлягає захопленню. Без цієї силової зв’язки квадратні захоплювачі не поводились би скоординовано: у разі нерівного навантаження ціль випускалася б одна за одною, а не всі одночасно. Балансування навантаження також робить захоплювач придатним для роботи з предметами з дефектними поверхнями, з якими не всі захоплювачі можуть контактувати.

Захват, розроблений Лабораторією Куткоскі Джерело: Курт Хікман/Стенфордська служба новин

Група також переконалася, що робот-захват може перемикатися між гнучким і жорстким режимами. "Якщо ми уявляємо, що хочемо захопити плавучий об'єкт, найкраще бути максимально гнучким, чим краще ми адаптуємось до форми об'єкта, щоб не відштовхувати його", Хао Цзян, докторант Лабораторії Куткоскі, ілюструє складність завдання. "Однак, як тільки ми його схопили, ми повинні бути якомога жорсткішими під час подальших маніпуляцій і якомога точнішими, щоб не було затримки або хитання між руками рук і стриманим тілом".

Успішні тести

Група вперше випробувала роботу захватного робота в наземних умовах лабораторії. Було ретельно виміряно навантаження конструкції, що відбувається під різними стискаючими та крутильними зусиллями, і кількість випадків, коли адгезивні поверхні здатні захоплювати та випускати предмети. Згодом, завдяки їхній співпраці з JPL НАСА, вони змогли випробувати обладнання в реальних ситуаціях нульової гравітації.

У JPL є кімната з підлогою, яка виглядає як величезний аерохокейний стіл: все, що вони кладуть на неї, ковзає без опору. Це створює своєрідну ситуацію "2D-нульової гравітації", оскільки на рухомі предмети не впливає якась значна сила в площині підлоги. Тут, як розповідав Хоукс, "ми спостерігали, як один робот переслідував іншого, захоплював його, а потім тягнув "Я думаю, для всіх нас було дуже повчальним побачити, як відносно невелика клейка поверхня тягне 300-кілограмового робота".

Внизу захоплення Джерело: Курт Хікман/Стенфордська служба новин

Потім Цзян і Парнес сіли на робота, і за два дні вони піднялися і спустилися в цілому 80 разів на параболічну орбіту з 20 секундами подвійної гравітації, а потім 20 секунд нульової гравітації. Захоплюючий робот успішно схопив під час періодів вільного падіння, а потім випустив куб і великий пляжний м’яч, настільки м’яко, що предмети ледве рухались при звільненні.

Зрештою Парнес розробив зменшену версію робота, який міг піднятися на Міжнародну космічну станцію і показати там свої можливості. Однак справжнім випробуванням на міцність буде, коли обладнання буде введене в експлуатацію поза космічною станцією. Однак це вимагає модифікації робота, щоб він був виготовлений з більш міцних матеріалів і був більш стійким до екстремальних температурних та радіаційних умов. Нинішній прототип виготовлений з фанери, розрізаної лазером, а також має гумові стрічки, які стали крихкими в просторі.