Как геконите могат да подобрят пътуването в космоса

Когато космическата надпревара в епохата на Студената война започна през 50-те години, никой всъщност не се замисли за бъдещия проблем с боклука. Но сега в орбитата на Земята има повече от 21 000 парчета орбитални отломки, включително нарастващ струпване в геосинхронна орбита, където има много ценни спътници, както и в близост до Международната космическа станция в нискоземна орбита.

През 2009 г. имаше инцидентен сблъсък, който извади комуникационен спътник и ситуацията само се влошава. Има дори Междуведомствен координационен комитет за космически отпадъци, с активно участие на редица космически програми на нации, включително САЩ, Индия, Германия, Русия, Корея и Китай.

Д-р Аарон Парнес, ръководител на група по роботика в лабораторията за реактивни двигатели на НАСА, има решение. Екипът му изгради система за закрепване, която почиства изхвърлените тела на ракетата и неоперативни спътници. Интересната част? Той е моделиран върху гекон (да, животното с лепкави крака).

Парнес започва това изследване, когато пристига в Станфорд за завършване на училище. "Първоначално мислехме за роботи за катерене по стена, така че се интересувах да им дам по-напреднала мобилност", каза Парнес пред PCMag. „Тогава се обърнах към естествения свят за вдъхновение. Геконите са най-добрите катерачи в света; те могат да окачат цялото си телесно тегло от един пръст. И начинът, по който те могат да направят това, е с помощта на тази невероятна микроструктура, която е на краката им: много малки косъмчета."

"Така започнах да правя изследвания за създаването на синтетични версии на тези косми и да ги прилагам към нашите роботи, за да позволят вертикално катерене", продължи той. "Когато стигнах до JPL, започнах да мисля за гравитацията с нулева гравитация, което е много повече проблем с катеренето, отколкото проблем с ходенето. Ако не висиш на повърхността, падаш - излиташ в космическото пространство."

Тези синтетични косми, или "стъбла", са опростена версия на тези, които са на крака на гекона в реалния живот; клиновидна с наклонена, гъбовидна капачка (на снимката по-горе). Когато захващащата подложка леко докосне част от предмет, само самите връхчета на космите контактуват с тази повърхност. Лепливостта се включва и изключва, в зависимост от посоката на космите във всеки един момент.

Временната адхезивност се обяснява със силите на Ван дер Ваалс (наречен за носителя на Нобелова награда физик Йоханес Дидерик ван дер Ваалс), където електроните в орбита на ядрата на атомите не са равномерно разположени, създавайки лек електрически заряд и генерирайки силата. Прилага се сила, като се увеличава зоната на контакт между "стъблата" и повърхността, осигурявайки по-голяма адхезия. Когато силата се отпусне, „стъблата“ се връщат в изправено положение и лепкавостта се изключва.

Захващачът ще бъде най-полезен, когато се прикрепи към роботните единици като крайни ефекти (ръце) за участие в екипи за сътрудничество човек / робот в космоса.

"Астронавтите имат много ограничения в средата, в която работят", обясни Парнес. „Те имат например ръкавици под налягане, така че сръчността им не е това, което би могло да бъде. Така че получаването на роботи, които да им помогнат да бъдат ефективни, е от първостепенно значение. Нашата технология за захващане може да се използва от обхождащ робот, който се движи по външната част на Международната космическа станция да прави рутинни инспекции, почистващи задачи, да проверява оборудване, така че човекът не трябва да се облече и да излиза там, докато роботът не намери сериозен проблем."

Всичко работи прекрасно в нулева гравитация. Хватките са успешно тествани в JPL върху над 30 общи материали, използвани на космически кораби, и също са тествани в термична вакуумна камера при температури от минус 76 градуса по Фаренхайт, за да се симулират условията на космоса. Те също излязоха в тестов полет чрез програмата „Възможности за полет“ на Дирекцията за космически технологии на НАСА на НАСА.

"Ние тествахме в микрогравитационния самолет на НАСА и никой не се хвърли нагоре. Това беше облекчение, тъй като има репутация за това, че дава на хората болест на движението", каза Парнес. "Демонирахме захващачите в няколко сценария на мисия, като събиране на отломки и върху робот, който проверява спътник за поддръжка. Имахме плаващ куб, който беше 10 кг с различни текстурирани повърхности, които обикновено се използват на космически кораби и успяхме да го вземем, манипулираме, и го пуснете така, както можете да вземете парче отломки, да го изтеглите и да го пуснете да изгори при навлизане в земната атмосфера. Най-трудната част беше да плаващите отломки и операторът да бъдат на едно и също място, в такъв случай роботът е по-добър от човека."

Вижте ги в действие във видеото по-долу.