Общ

Този вдъхновен от Gecko роботизиран захват може да помогне за почистването на космическите отломки


Инженерите от Станфордския университет наскоро проектираха роботизиран захват, включващ вдъхновено от гекон лепило, което да се използва за събиране на космически отломки. Изследователите успешно завършиха предварителни изпитания в няколко среди с нулева гравитация, включително на борда на Международната космическа станция.

През последните години Gecko хедлайнери на основните новини за техните забележителни биотехнологични възможности. Изследователите имитират несравнимите хватки на геконите, които им позволяват да мащабират почти всяка повърхност под почти всеки ъгъл. Сега инженерите от Станфорд използват технология gecko за решаване на друг човешки проблем - космически боклук.

Над 500 000 парчета човешки отломки остават в космоса

Още от Sputnik I, първият изкуствен спътник, изведен в орбита през 1957 г., се наблюдава постоянен приток на орбитални спътници - много от които впоследствие са изоставени. В момента повече от 500,000 парчета от изкуствени космически отломки остават в орбита около Земята.

Стотици хиляди изоставени спътници остават в космоса. [Източник на изображението: Космическо място на НАСА]

В суровите космически условия животът на всеки спътник е ограничен. Сателитите остават функционални само толкова дълго, преди частите им да остареят и да се износят. В крайна сметка всички изкуствени спътници ще умрат и ще станат част от непрекъснато нарастващия брой космически отломки, обграждащи Земята. В момента повече от 95% от спътниците, останали в орбита, вече не функционират.

Космическите отломки представляват заплаха за други спътници и прибори в орбита около Земята. Пътувайки с хиляди километри в час, удар от парче измамни космически отломки може да унищожи друг спътник или потенциално да убие астронавт на борда на космическа станция. Всяка година в космоса се изпращат много повече спътници, затрупани от коридорите. Инженерите от Станфорд искат да облекчат ситуацията, преди тя да се превърне в основен проблем. Предложеното от тях решение е да се използват гекон-грайфери за извличане на космически отломки.

Вдъхновен от Gecko роботизиран захват

Подреждането на космическите отломки представлява уникален проблем, който традиционните технологии не могат да постигнат. В космоса условията са сурови. Няма въздух и е безумно студено.

Типичните лепила като лента не могат да издържат на екстремните температурни промени. Топлината кара химикалите да се променят физически, а студът прави всичко чупливо.

По очевидни причини вендузите също не са жизнеспособно решение. Без атмосфера, която да създаде вакуум, засмукването е невъзможно.

Следователно, както го виждат изследователи от Станфордския университет и лабораторията за реактивно задвижване (JPL) на НАСА, има само едно ясно решение: захващащи устройства за гекон.

„Това, което разработихме, е захват, който използва лепила, вдъхновени от гекон“, казва Марк Къткоски, професор по машиностроене и старши автор на статията. „Това е резултат от работата, която започнахме преди около 10 години върху катерещи се роботи, използващи лепила, вдъхновени от това как геконите се придържат към стените.“

Залепваща ситуация

Геконите се хващат от микроскопични косми, които се разделят на още по-малки сегменти на върха. Краищата се разделят на милиарди точки за контакт. Докато се доближават до повърхността, върховете се хващат от това, което е известно катоВан дер Ваалс сили.

Електроните до голяма степен определят полярността на молекулата. Те обаче се движат и невероятно бързо, което за момент може да промени полярността на атом или молекула. Моментната промяна дава на молекулата достатъчно време, за да се свърже с друга. КатоНаукаописва;

"Тази сила идва от колебанията в разпределението на заряда между съседни молекули, които не е необходимо да са полярни; техните колебания на заряда естествено се синхронизират, създавайки привлекателна сила."

Силата е невероятно слаба. Използването на милиарди точки за контакт обаче експоненциално увеличава сцеплението. Обикновено по-голямото натоварване на контактните точки увеличава сцеплението. Следователно, чрез намаляване на товара, сцеплението лесно се освобождава, тъй като няма физическа връзка.

[Източник на изображението:Кърт Хикман / Станфордският университет]

Изследователите от Станфорд използват този ефект, като прилагат милиони микроскопични клапи по гъвкав лист. Когато са в контакт и под товар, клапите се огъват, създавайки контактните точки и позволявайки на материала да се фиксира върху предмет.

„Има много мисии, които биха се възползвали от това, като рандеву и докинг и смекчаване на орбитални отломки“, казва Арън Парънс, MS '06, PhD '10, ръководител на групата за екстремна околна среда в JPL. „В крайна сметка бихме могли да разработим и асистент-робот за катерене, който да може да пълзи по космическия кораб, да прави ремонти, да снима и да проверява за дефекти.“

Схващане с гекони

Микроклапаните, използвани за съставяне на контактните точки, са в пъти по-големи от космите на крака на гекон.

"Клапите на лепилото са с диаметър около 40 микрометра, докато геконът е около 200 нанометра - но лепилото, вдъхновено от гекон, работи по същия начин", съобщава Станфордският университет.

Гъвкавите свойства на лепилото му позволяват да се съобрази с неравен обект, без да възпрепятства силата на сцеплението му. Гъвкавостта е наложителна за робот, предназначен да събира много сателити, изработени от много материали с много форми.

„Представяйки си, че се опитвате да хванете плаващ обект, искате да се съобразите с този обект, като бъдете възможно най-гъвкави, за да не отблъснете този обект“, обяснява Хао Дзян, студент в лабораторията на Куткоски и водещ автор на статията. „След като хванете, искате вашата манипулация да бъде много твърда, много прецизна, така че да не усещате закъснения или отпуснатост между ръката и предмета си.“

Резултатите

На Земята условията са невероятно различни в сравнение с екстремните условия на космоса. Въпреки това изследователите от Станфорд, които стоят зад проекта, измислиха гениални експерименти, за да изпробват своя робот на Земята.

Роботизираните грайфери бяха тествани във вакуумна камера, за да докажат способностите си за хващане в условия на почти вакуум. Резултатите до голяма степен постигнаха голям успех, което накара изследователите да предприемат следващите стъпки за тестване на възможностите на робота в ситуации на нулева гравитация.

Екипът вкара робота в специално модифициран самолет, който лети на голяма височина. След това, чрез контролиране на скоростта на спускане и съобразяване на ускорението му с гравитацията, всичко вътре в самолета става „безтегловно“.

„[В самолета] имахме един робот да преследва другия, да го хване и след това да го изтегли обратно към мястото, където искахме да отиде“, казва Хоукс. „Мисля, че това определено беше отварящо окото, за да се види как относително малък пластир от нашето лепило може да издърпа около 300 килограмов робот.”

НАСА, заинтересувана от технологията, отнесе няколко малки парчета лепило до МКС, за да тества материала в среда, подобна на екстремните условия, очаквани далеч в орбитата на Земята. Подобно на опитите, свързани с Земята, НАСА заключи, че грайферите работят изключително добре.

Може би понякога скоро НАСА и други агенции може да започнат да почистват останките от сателитното гробище, обграждащо Земята, което продължава да се увеличава малко повече всяка година.

Къде сателитите отиват да умрат

Що се отнася до демонтирането на несъществуващ спътник, инженерите обикновено имат един от двата избора.

За спътници в ниска орбита се използват запаси от гориво за забавяне на спътника, принуждавайки го да се поддаде на гравитационното привличане на Земята. В крайна сметка ще падне от орбита. Сателитът се връща в атмосферата на Земята, където изгаря. С падането на спътника топлината, генерирана от триенето на въздуха, бързо изгаря метала и други материали, преди да се спусне обратно.

Забавен факт: Обектите, които са твърде големи, за да изпепелят напълно по време на пътуването, се насочват в район, известен като Гробище на космически кораб. Местоположението е приблизително толкова далеч, колкото можете да получите от която и да е цивилизация - смачкайте се в центъра на южния Тихи океан. Фрагменти, които не изпепеляват напълно и почиват във воден гроб, далеч от обсега на човешкия живот.

[Източник на изображението: Космическо място на НАСА]

За съжаление, достатъчно забавяне на орбитата на спътник изисква голямо количество гориво - гориво, което може вече да не съществува в резерва на стари и отработени спътници. Понякога е по-лесно да взривите сателит по-далеч, отколкото да го изпратите обратно на Земята.

Орбита на гробището

Сателитите с висока орбита често се изпращат до орбитата на гробището. Използвайки малкото гориво, инженерите могат да взривят спътника до орбита 300 км над всички останали активни. Тези спътници остават в орбита завинаги, почти 40 000 км над повърхността на Земята.

"И това ли е краят за тези далечни сателити? Що се отнася до вас и мен, това е! Въпреки това, някои от тези сателити ще останат в орбита за много, много дълго време. Може би някой ден в бъдеще, хората може да се наложи да изпратят „космически камиони за боклук", за да ги почистят. Но засега поне те няма да бъдат отстранени ", коментира НАСА на уебсайта си.

След като стотици хиляди сателити остават в орбита, учените сега работят върху „космически камиони за боклук“, за да почистят бъркотията, оставена в космоса. И накрая, има трета и по-етична възможност за унищожаване на измамни спътници: добив и рециклиране.

Въпреки че все още е в ранна фаза на прототип, новите грайфери, вдъхновени от гекон, най-накрая могат да помогнат на изследователите да овладеят проблема с космическите отломки на Земята.

Източник на избрано изображение:НАСА Space Place и Станфорд / YouTube

Източници: Станфордският университет, НАСА

ВИЖТЕ СЪЩО: Тези захващащи светлината са вдъхновени от Geckos

Написано от Maverick Baker


Гледай видеото: Шум орбиты Земли, Звук Открытого Космоса, часть 4 (Юни 2021).