Инженеры разработали робота для уборки космического мусора

Прямо сейчас, около 500 000 единиц космического мусора летят в космосе, вращаясь вокруг нашей планеты со скоростью до 17 500 миль в час. Этот мусор представляет угрозу для спутников, космических аппаратов и космонавтов на борту этих транспортных средств.

Уборка этого мусора довольно таки сложна, потому что этот мусор находится в космосе. Засасывание не работает в вакууме. Традиционные липкие вещества, такие как лента, в значительной степени бесполезны, поскольку химикаты, из которых они сделаны, не выдерживают экстремальных температурных колебаний. Магниты работают только на магнитных объектах. Большинство предлагаемых решений, в том числе мусорных артерий, требуют или приводят к сильному взаимодействию с обломками, которые могут подтолкнуть эти объекты к непреднамеренным и непредсказуемым направлениям.

Чтобы справиться с беспорядком, исследователи из Стэнфордского университета и Лаборатории реактивного движения НАСА разработали новый вид роботизированного захвата для захвата и утилизации обломков, описанных в выпуске Science Robotics от 27 июня.

«То, что мы разработали, — это захват, в котором используется та же структура, которая имеется на лапах у гекконов», — сказал Марк Каткоски, профессор машиностроения и старший автор статьи. «К этому выбору мы пришли около 10 лет назад, когда тестировали скалолазающих роботах, которые использовали адгезивы, вдохновленные тем, как гекконы прилипает к стенам».

Группа проверила их захват и меньшие версии в своей лаборатории и в нескольких экспериментальных пространствах с невесомостью, включая Международную космическую станцию. Перспективные результаты этих ранних тестов заставили исследователей задуматься о том, как их захватчики будут стоять за пределами станции.

«Есть много задач, которые можно решить, например, стыковка и уменьшение орбитального мусора», — сказал Аарон Парнесс, лидер группы Extreme Environment Robotics Group в JPL. «Мы также могли бы в конечном итоге разработать помощника по скалолазанию, который мог бы ползать на космическом корабле, делать ремонт, снимать и проверять дефекты».

Клеи, разработанные лабораторией Cutkosky, ранее использовались в скалолазающих роботах и даже в системе, которая позволяла людям подниматься на определенные поверхности. Они были вдохновлены гекконами, которые могут подниматься по стенам, потому что их ноги имеют микроскопические лоскуты, которые при полном контакте с поверхностью создают силу Ван-дер-Ваальса между ногами и поверхностью. Это слабые межмолекулярные силы, которые возникают из-за тонких различий в положениях электронов на внешних поверхностях молекул.

Захват не такой сложный, как нога геккона — заслонки клея составляют около 40 микрометров, в то время как гекконы — 200 нанометров, — но клей с эффектом геккона работает практически так же. Как нога геккона, она только липкая, если створки выдвинуты в определенном направлении, но для ее приклеивания требуется только легкий толчок в правильном направлении. Это полезная функция для задач, выполняемых космическим захватом.

«Если бы я вошел и попытался надавить чувствительный к давлению адгезив на плавающий объект, то он улетит», — сказал Эллиот Хокс, приглашенный профессор-профессор Калифорнийского университета, Санта-Барбара . «Вместо этого я очень осторожно прикасаюсь к адгезивным подушечкам к плавающему объекту, сжимаю подушки друг к другу, чтобы они были заперты, а затем я могу перемещать объект».

Прокладки разблокируются с таким же мягким движением, создавая очень мало силы против объекта.

Захват, созданный исследователями, имеет сетку клеящих квадратов спереди и руки с тонкими липкими полосками, которые могут складываться и перемещаться к середине робота с обеих сторон, как будто он обнимает. Сетка может прилипать к плоским объектам, как солнечная панель, и руки могут захватывать изогнутые объекты, как ракетоноситель.

Одна из самых больших проблем в работе заключалась в том, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки на адгезивы, что было достигнуто исследователями путем соединения небольших квадратов через систему шкивов, которая также служит для блокировки и разблокировки прокладок. Без этой системы неравномерный стресс заставляет квадраты отклеиваться один за другим, пока весь захват не отпустится. Эта система распределения нагрузки также позволяет захвату работать на поверхностях с дефектами, которые препятствуют прилипанию некоторых квадратов.

Группа также разработала захват для переключения между расслабленным и жестким состоянием.

«Представляя, что вы пытаетесь схватить плавающий объект, вы хотите соответствовать этому объекту, будучи максимально гибким, чтобы не удилть объект от себя», — объяснил Хао Цзян, аспирант в лаборатории Cutkosky и Ведущий автор статьи. «После схватывания вы хотите, чтобы ваши манипуляции были очень жесткими, очень точными, чтобы вы не чувствовали задержек или провисания между рукой и вашим объектом».

Группа сначала проверила захват в лаборатории Cutkosky. Они тщательно измерили, сколько нагрузки захват может обрабатывать, что произойдет, если применить различные силы и крутящие моменты.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить