Generale

Ovaj robotski hvatač nadahnut Gecko-om mogao bi pomoći u čišćenju svemirskog otpada


Inženjeri sa Univerziteta Stanford nedavno su dizajnirali robotski hvatač s ljepilom inspirisanim gekonom koji se koristi za sakupljanje svemirskog otpada. Istraživači su uspješno završili preliminarna ispitivanja u nekoliko okruženja nulte gravitacije, uključujući brod na Međunarodnoj svemirskoj stanici.

Posljednjih godina, Gecko su pratili glavne vijesti zbog svojih izvanrednih biotehnoloških sposobnosti. Istraživači oponašaju besprimjerne gripne noge gekona koje im omogućavaju skaliranje gotovo bilo koje površine pod gotovo bilo kojim uglom. Sada inženjeri Stanforda koriste tehnologiju gecko za rješavanje još jednog ljudskog problema, svemirskog smeća.

Preko 500.000 komada umjetnog otpada ostaje u svemiru

Otkako je Sputnjik I, prvi veštački satelit lansiran u orbitu 1957. godine, postojao je stalni priliv orbitalnih satelita - od kojih su mnogi u međuvremenu napušteni. Trenutno više od 500,000 komadi umjetnih svemirskih ostataka ostaju u orbiti oko Zemlje.

Stotine hiljada napuštenih satelita ostaje u svemiru. [Izvor slike: NASA Space Place]

U surovim svemirskim uvjetima životni vijek svakog satelita je ograničen. Sateliti ostaju funkcionalni toliko dugo prije nego što njihovi dijelovi ostare i istroše se. Na kraju će svi umjetni sateliti umrijeti i postat će dijelom sve većeg broja svemirskog otpada koji okružuje Zemlju. Trenutno više od 95% satelita koji su ostali u orbiti više nisu funkcionalni.

Svemirski otpad predstavlja prijetnju drugim satelitima i instrumentima u orbiti oko Zemlje. Putujući hiljadama kilometara na sat, udar komadića nevaljalog svemirskog otpada mogao bi uništiti drugi satelit ili potencijalno ubiti astronauta na svemirskoj stanici. Svake godine se u svemir pošalje mnogo više satelita koji pretrpavaju prolaze. Inženjeri iz Stanforda žele ublažiti situaciju prije nego što ona pređe u glavni problem. Njihovo predloženo rješenje je upotreba hvatača gekona za vađenje svemirskog otpada.

Robotski hvatač inspirisan gekonom

Čišćenje svemirskog otpada predstavlja jedinstveni problem koji tradicionalne tehnologije ne mogu postići. U svemiru su uslovi surovi. Nema zraka, a ludo je hladno.

Tipična ljepila poput trake ne mogu izdržati ekstremne promjene temperature. Toplina uzrokuje fizičke promjene kemikalija, a hladnoća čini sve krhkim.

Iz očiglednih razloga, ni gumenjaci nisu održivo rješenje. Bez atmosfere koja stvara vakuum, usisavanje je nemoguće.

Stoga, kako to vide istraživači sa Univerziteta Stanford i NASA-inog laboratorija za mlazni pogon (JPL), postoji samo jedno jasno rješenje: hvataljke za gekon.

"Ono što smo razvili je hvatač koji koristi ljepila inspirisana gekonom", kaže Mark Cutkosky, profesor strojarstva i viši autor članka. "To je izdanak rada koji smo započeli prije desetak godina na penjačkim robotima koji su koristili ljepila inspirisani kako se gekoni lijepe za zidove."

Ljepljiva situacija

Gekoni se hvataju uz pomoć mikroskopskih dlačica koje se na vrhu dijele na još manje segmente. Krajevi su se podijelili na milijarde dodirnih tačaka. Kako se približavaju površini, vrhovi se hvataju za ono što je poznatoVan der Waalsove snage.

Elektroni u velikoj mjeri određuju polaritet molekula. Međutim, oni se također kreću nevjerovatno brzo, što trenutno može promijeniti polaritet atoma ili molekula. Trenutni pomak daje molekulu taman toliko vremena da se veže za drugi. AsNaukaopisuje;

"Ova sila dolazi od fluktuacija raspodjele naboja između susjednih molekula, koje ne moraju biti polarne; njihove fluktuacije naboja prirodno se sinhroniziraju, stvarajući privlačnu silu."

Sila je nevjerovatno slaba. Međutim, korišćenje milijardi kontaktnih tačaka eksponencijalno povećava prihvat. Obično veće opterećenje kontaktnih točaka povećava prijanjanje. Zbog toga se smanjenjem opterećenja rukohvat lako otpušta jer nema fizičke veze.

[Izvor slike:Kurt Hickman / Univerzitet Stanford]

Istraživači sa Stanforda koriste ovaj efekat ugrađujući milione mikroskopskih preklopa duž fleksibilne ploče. Kada su u dodiru i pod teretom, zaklopke se savijaju stvarajući kontaktne točke i dopuštajući materijalu da zaskoči na predmet.

"Mnogo misija koje bi imale koristi od toga, poput sastajanja i pristajanja te ublažavanja ostataka orbite", kaže Aaron Parness, MS '06, PhD '10, vođa grupe Robotics Extreme Environment pri JPL. "Na kraju bismo mogli razviti i pomoćnog penjačkog robota koji bi mogao puzati po svemirskoj letjelici, popravljati, snimati i provjeravati nedostatke."

Snalaženje s gekonima

Mikrokrilci koji su se koristili za sastavljanje kontaktnih tačaka mnogo su puta veći od dlaka na stopalu gekona.

"Prekrivači ljepila imaju oko 40 mikrometara, dok su gekoni oko 200 nanometara - ali ljepilo nadahnuto gekonom djeluje na približno isti način", izvještava Univerzitet Stanford.

Fleksibilna svojstva ljepila omogućuju mu prilagođavanje neravnom predmetu bez ometanja sile njegovog hvatanja. Fleksibilnost je imperativ robota kojem je suđeno da sakuplja mnoge satelite izrađene od mnogo materijala različitih oblika.

"Zamišljajući da pokušavate uhvatiti plutajući objekt, želite se prilagoditi tom objektu, a da budete što fleksibilniji, kako ga ne biste odgurnuli", objašnjava Hao Jiang, apsolvent u laboratoriju Cutkosky i vodeći autor rada. "Nakon hvatanja, želite da vaša manipulacija bude vrlo kruta, vrlo precizna, tako da ne osjećate kašnjenje ili mlitavost između ruke i predmeta."

Rezultati

Na Zemlji su uslovi nevjerovatno različiti u odnosu na ekstremne uvjete svemira. Ipak, istraživači Stanforda koji stoje iza projekta osmislili su genijalne eksperimente kako bi testirali svog robota na Zemlji.

Robotski hvataljke su testirani u vakuumskoj komori kako bi dokazali svoje sposobnosti hvatanja u uvjetima blizu vakuuma. Rezultati su u velikoj mjeri postigli veliki uspjeh, što je navelo istraživače da poduzmu sljedeće korake u ispitivanju mogućnosti robota u situacijama nulte gravitacije.

Tim je robota uveo u posebno modifikovani avion koji je letio na veliku visinu. Tada je, kontroliranjem brzine spuštanja i usklađivanjem njegovog ubrzanja sa gravitacijom, sve u avionu postalo "bestežinsko".

"[U avionu] smo imali da jedan robot juri drugog, uhvati ga, a zatim povuče prema mjestu gdje smo željeli da ide", kaže Hawkes. „Mislim da je to definitivno otvorilo oči kako bih vidio kako relativno mali dio ljepila može povući oko sebe Robot od 300 kilograma.”

NASA, zainteresirana za tehnologiju, odnijela je nekoliko malih dijelova ljepila do ISS-a kako bi testirala materijal u okruženju sličnom ekstremnim uvjetima koji se očekuju daleko u Zemljinoj orbiti. Slično kao i ispitivanja na Zemlji, NASA je zaključila da hvataljke rade izvanredno dobro.

Možda će uskoro uskoro NASA i druge agencije možda početi čistiti ostatke satelitskog groblja koje okružuje Zemlju koje svake godine raste malo veće.

Gdje sateliti odlaze na Die

Što se tiče rastavljanja neaktivnog satelita, inženjeri obično imaju jedan od dva izbora.

Za satelite u maloj orbiti rezerve goriva koriste se za usporavanje satelita, prisiljavajući ga da podlegne Zemljinom gravitacionom povlačenju. Na kraju će ispasti iz orbite. Satelit se vraća u Zemljinu atmosferu tamo gdje izgara. Kako satelit pada, toplota koja nastaje trenjem vazduha brzo spaljuje metal i druge materijale pre nego što padne nazad.

Zabavna činjenica: Predmeti preveliki da bi mogli potpuno spaliti na putovanju nazad vode se u područje poznato kao Groblje svemirskih brodova. Lokacija je otprilike onoliko koliko možete dobiti od bilo koje civilizacije - smack tob u središtu južnog Tihog okeana. Fragmenti koji se potpuno ne spaljuju i sruše se u vodenom grobu, daleko od dometa bilo kojeg ljudskog života.

[Izvor slike: NASA Space Place]

Nažalost, za usporavanje orbite satelita potrebna je velika količina goriva - goriva koje možda više ne postoji u rezervi starih i istrošenih satelita. Ponekad je lakše minirati satelit dalje nego što ga je poslati natrag na Zemlju.

Orbiti oko groblja

Sateliti u visokoj orbiti često se šalju u orbitu groblja. Koristeći ono malo goriva što preostaje, inženjeri mogu eksplodirati satelit u orbitu 300 km iznad svih preostalih aktivnih. Ovi sateliti ostaju u orbiti zauvijek, skoro 40.000 km iznad površine Zemlje.

"Pa je li to kraj za ove daleke satelite? Što se vas i mene tiče! Međutim, neki od ovih satelita ostat će u orbiti vrlo, jako dugo. Možda jednog dana u budućnosti, ljudi će možda trebati poslati "svemirske kamione za smeće" kako bi ih očistili. Ali zasad će se maknuti s puta ", komentira NASA na njihovoj web stranici.

Sa stotinama hiljada satelita koji su ostali u orbiti, naučnici sada rade na "svemirskim kamionima za smeće" kako bi očistili nered koji je ostao u svemiru. Konačno, postoji treća i etičnija opcija zbrinjavanja nevaljalih satelita: vađenje i recikliranje.

Iako su još uvijek u ranoj fazi prototipa, novi hvataljke inspirisane gekonom Stanforda konačno mogu pomoći istraživačima da se uhvate u koštac sa zemljinim svemirskim otpadom.

Izvor istaknute slike:NASA Space Place i Stanford / YouTube

Izvori: Univerzitet Stanford, NASA

POGLEDAJTE I: Ovi hvataljke aktivirani svjetlom inspirirani su Geckosom

Napisao Maverick Baker


Pogledajte video: Velika naknada za iznošenje smeća (Oktobar 2021).