Hvordan gekkoer kan forbedre rumrejsen

Da Space Race i den kolde krigstid startede i 1950'erne, tænkte ingen virkelig på det fremtidige papirkurvsproblem. Men nu er der mere end 21.000 stykker orbital snavs i Jordens bane, inklusive en voksende klynge i geosynkron bane, hvor en masse værdifulde satellitter er, såvel som i nærheden af ​​Den Internationale Rumstation i lav-jord bane.

I 2009 var der en utilsigtet kollision, der tog en kommunikationssatellit ud, og situationen bliver kun værre. Der er endda et interorganiseringsudvalg for rumfaldskoordination, med aktiv deltagelse fra en række nationers rumprogrammer, herunder USA, Indien, Tyskland, Rusland, Korea og Kina.

Dr. Aaron Parness, gruppeleder for robotik ved NASAs Jet Propulsion Laboratory, har en løsning. Hans team byggede et forankringssystem, der renser op de kasserede raketlegemer og ikke-operationelle satellitter. Den interessante del? Det er modelleret på en gekko (ja, dyret med klæbrige fødder).

Parness begyndte denne undersøgelse, da han ankom til Stanford til kandidatskolen. ”Oprindeligt tænkte vi på vægklatrerobotter, så jeg var interesseret i at give dem mere avanceret mobilitet, ” fortalte Parness til PCMag. "Det var, da jeg henvendte mig til den naturlige verden for inspiration. Gekkoer er verdens bedste klatrere; de ​​kan hænge hele deres kropsvægt fra en tå. Og måden de er i stand til at gøre, er at bruge denne fantastiske mikrostruktur, der er på deres fødder: masser af små små hår."

”Så jeg begyndte at forske på at skabe syntetiske versioner af disse hår og anvende dem på vores robotter for at muliggøre lodret klatring, ” fortsatte han. "Da jeg kom til JPL, begyndte jeg at tænke på mikrogravitet nul tyngdekraft, hvilket er meget mere et klatreproblem end et gåproblem. Hvis du ikke hænger på overfladen, falder du af - du flyder væk i det ydre rum."

Disse syntetiske hår, eller "stilke", er en forenklet version af dem på en virkelighedsk geckos fod; kileformet med en skrå, champignonformet hætte (afbildet ovenfor). Når gribepuden let berører en del af en genstand, er det kun hårets spidser, der kommer i kontakt med denne overflade. Klæbrigheden tænder og slukkes, afhængigt af hårretningen på et hvilket som helst tidspunkt.

Den midlertidige klæbemiddel forklares af Van der Waals Forces (opkaldt efter Nobelprisvindende fysiker Johannes Diderik van der Waals), hvor elektroner, der kredser omkring atomernes kerner ikke er jævnt fordelt, hvilket skaber en lille elektrisk ladning og genererer kraften. Der udøves kraft, hvilket øger kontaktområdet mellem "stilke" og overflade, hvilket giver større vedhæftning. Når kraften er afslappet, peller "stilkene" tilbage til en lodret position, og klæbrigheden slukkes.

Griberen vil være mest nyttig, når den er knyttet til robottenheder som endeeffektorer (hænder) til at deltage i menneskelige / robot-samarbejdsteam i rummet.

"Astronauter har mange begrænsninger i det miljø, de arbejder i, " forklarede Parness. "De har f.eks. Handsker under tryk, så deres fingerfærdighed er ikke, hvad det kan være. Så det er vigtigt at få robotter til at hjælpe dem med at være effektive. Vores gribeteknologi kan bruges af en gennemsøgende robot, der bevæger sig langs ydersiden af ​​den internationale rumstation at udføre rutinemæssige inspektioner, rengøringsopgaver, kontrol af udstyr, så mennesket ikke behøver at passe op og gå derude, indtil roboten finder et alvorligt problem."

Det hele fungerer smukt i tyngdekraften. Griberne er med succes testet på JPL på over 30 almindelige materialer, der er brugt på rumfartøjer, og er også blevet testet inde i et termisk vakuumkammer ved temperaturer på minus 76 grader Fahrenheit for at simulere pladsforholdene. De gik også op i en testflyvning gennem Flight Opportunity-programmet fra NASAs direktorat for rumteknologimission.

"Vi testede i NASAs mikrogravitetsplan, og ingen kastede op, hvilket var en lettelse, fordi det har et ry for at have givet mennesker bevægelsessygdom, " spurgte Parness. "Vi dæmpede griberne i flere missionsscenarier, såsom opsamling af affald og på en robot, der inspicerede en satellit til vedligeholdelse. Vi havde en flydende terning, der var 10 kg med forskellige strukturerede overflader, der ofte blev brugt på rumfartøjer, og vi var i stand til at gribe den, manipulere den, og frigør det, ligesom du måske griber et stykke affald, trækker det ned og frigør det for at brænde op, når du kommer ind i Jordens atmosfære. Den sværeste del var at få det flydende affald og operatøren til at være på samme sted på samme tid, i så fald er en robot bedre end et menneske."

Tjek dem ud i handling i videoen herunder.