Kuinka gekot voivat parantaa avaruusmatkaa

Kun kylmän sodan aikainen avaruuskilpailu alkoi 1950-luvulla, kukaan ei oikein ajatellut tulevaisuuden roska-ongelmaa. Mutta nyt maapallon kiertoradalla on yli 21 000 kappaletta kiertoradan roskia, mukaan lukien kasvava klusteri geosynkronisella kiertoradalla, jossa on paljon arvokkaita satelliitteja, sekä lähellä kansainvälistä avaruusasemaa matalassa maapallon kiertoradalla.

Vuonna 2009 tapahtui vahingossa tapahtuva törmäys, joka poisti tietoliikennesatelliitin, ja tilanne vain pahenee. Siellä on jopa virastojen välinen avaruusjätteiden koordinointikomitea, johon osallistuu aktiivisesti useiden valtioiden avaruusohjelmia, kuten Yhdysvallat, Intia, Saksa, Venäjä, Korea ja Kiina.

NASA: n suihkumoottorien laboratorion robottiryhmän johtaja tri Aaron Parnessilla on ratkaisu. Hänen ryhmänsä rakensi ankkurointijärjestelmän, joka puhdistaa hylätyt rakettien rungot ja ei-toiminnalliset satelliitit. Mielenkiintoinen osa? Se on mallinnettu gekoon (kyllä, tarttuvilla jaloilla oleva eläin).

Parness aloitti tämän tutkimuksen saapuessaan Stanfordiin jatko-opiskeluun. "Alun perin ajattelimme seinäkiiverobotteja, joten olin kiinnostunut antamaan heille kehittyneempää liikkuvuutta", Parness kertoi PCMagille. "Silloin käännyin inspiraation suhteen luonnon maailmaan. Gekot ovat maailman parhaat kiipeilijät; he voivat ripustaa koko kehon painonsa yhdestä varpaasta. Ja miten he pystyvät tekemään tämän, käyttävät tätä hämmästyttävää mikrorakennetta, joka on heidän jalkansa: paljon pieniä pieniä karvoja."

"Joten aloin tutkia näiden hiuksien synteettisten versioiden luomista ja levittämistä robotteihimme pystysuoran kiipeilyn mahdollistamiseksi", hän jatkoi. "Saatuaan JPL: ään aloin miettiä mikrogravitaation nollapainoa, joka on paljon enemmän kiipeilyongelmaa kuin kävelyongelmaa. Jos et roikkuu pinnalla, jonka päälle putoat - kelluu avaruuteen."

Nämä synteettiset karvat tai "varret" ovat yksinkertaistettu versio niistä, jotka ovat tosielämän gekon jalka; kiilamainen, vino, sieni-muotoinen korkki (kuva yllä). Kun tartuntatyyny koskettaa kevyesti osaa esineestä, vain karvojen kärjet ovat kosketuksissa kyseisen pinnan kanssa. Tarttuvuus kytkeytyy päälle ja pois päältä karvojen suunnasta kerrallaan.

Tilapäisen tarttuvuuden selittää Van der Waals -joukot (nimeltään Nobel-palkinnon saaneelle fyysikolle Johannes Diderik van der Waalsille), jossa atomien ytimillä kiertävät elektronit eivät ole tasavälein toisistaan, mikä luo pienen sähkövarauksen ja tuottaa voiman. Voima kohdistetaan lisäämällä "varren" ja pinnan välistä kosketuspinta-alaa, jolloin saadaan parempi tartunta. Kun voima on lievennetty, "varret" palaavat takaisin pystyasentoon ja tarttuvuus kytkeytyy pois päältä.

Tarttujasta on hyötyä, kun se kiinnitetään robottiyksiköihin päätepainikkeina (kädet) osallistuakseen ihmisen / robotin yhteistyöryhmiin avaruudessa.

"Astronauteilla on paljon rajoituksia ympäristössä, jossa he työskentelevät", Parness selitti. "Heillä on esimerkiksi painekäsineet, joten niiden taidokkuus ei ole mitä se voisi olla. Joten robottien hankkiminen niiden tehokkuuden parantamiseksi on ensiarvoisen tärkeää. Tarttumistekniikkaamme voisi käyttää indeksoiva robotti, joka liikkuu kansainvälisen avaruusaseman ulkopuolella. tehdä rutiinitarkastuksia, puhdistaa tehtäviä ja tarkistaa laitteita, joten ihmisen ei tarvitse asettua pukeutumaan ja menemään ulos, kunnes robotti löytää vakavan ongelman."

Kaikki toimii kauniisti nollapainolla. Tarttujat on testattu menestyksekkäästi JPL: ssä yli 30: lla avaruusaluksilla käytetyllä tavallisella materiaalilla, ja niitä on myös testattu lämpö tyhjiökammion sisällä lämpötilassa, joka on miinus 76 Fahrenheit-astetta, tilan simuloimiseksi. He myös nousivat koelennolla NASA: n avaruusteknologiaoperaatio-osaston lentomahdollisuuksien ohjelman kautta.

"Testasimme NASA: n mikropainotilassa ja kukaan ei heittänyt sitä ylös, mikä oli helpotusta, koska sillä on maine, että se antaa ihmisille liikuntataudin", Parness sanoi. "Demoimme tarttujia useissa operaatioskenaarioissa, kuten roskien keräämisessä ja robotissa, joka tarkastaa satelliittia huoltoa varten. Meillä oli kelluva kuutio, joka oli 10 kg ja jolla oli erilaisia ​​kuvioituja pintoja, joita yleisesti käytetään avaruusaluksissa, ja pystyimme tarttumaan siihen, käsittelemään sitä, ja vapauta se aivan kuten saatat tarttua palaan roskia, hinata se ja vapauttaa sen polttaa saapuessaan maan ilmakehään. Vaikein osa oli saada kelluva roska ja operaattori olemaan samassa paikassa samaan aikaan, siinä tapauksessa robotti on parempi kuin ihminen."

Katso heidät käytännössä alla olevasta videosta.