ตุ๊กแกสามารถปรับปรุงการเดินทางในอวกาศได้อย่างไร

เมื่อการแข่งขันอวกาศยุคสงครามเย็นเริ่มขึ้นในปี 1950 ไม่มีใครคิดเกี่ยวกับปัญหาขยะในอนาคต แต่ตอนนี้มีวงโคจรมากกว่า 21, 000 ชิ้นในวงโคจรของโลกรวมถึงกลุ่มที่กำลังเติบโตในวงโคจร geosynchronous ซึ่งมีดาวเทียมจำนวนมากที่มีค่าอยู่ใกล้กับสถานีอวกาศนานาชาติในวงโคจรโลกต่ำ

ในปี 2009 มีการปะทะกันโดยไม่ได้ตั้งใจซึ่งนำดาวเทียมสื่อสารออกมาและสถานการณ์ก็เริ่มเลวร้ายลงเท่านั้น ยังมีคณะกรรมการประสานงานการจัดการเศษซากอวกาศระหว่างหน่วยงานโดยมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันจากโครงการอวกาศของหลายประเทศเช่นสหรัฐอเมริกาอินเดียเยอรมนีรัสเซียเกาหลีและจีน

ดร. Aaron Parness หัวหน้ากลุ่มวิทยาการหุ่นยนต์ที่ห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion ของนาซ่ามีทางออก ทีมของเขาสร้างระบบยึดที่ทำความสะอาดร่างกายจรวดที่ถูกทอดทิ้งและดาวเทียมที่ไม่สามารถใช้งานได้ ส่วนที่น่าสนใจ? มันจำลองมาจากตุ๊กแก (ใช่แล้วสัตว์ที่มีเท้าเหนียว)

Parness เริ่มต้นการวิจัยนี้เมื่อเขามาถึง Stanford สำหรับบัณฑิตวิทยาลัย "เดิมทีเรากำลังคิดเกี่ยวกับหุ่นยนต์ปีนกำแพงดังนั้นฉันจึงสนใจที่จะเพิ่มความคล่องตัวให้พวกเขามากขึ้น" Parness กล่าวกับ PCMag "นั่นคือตอนที่ฉันหันไปหาโลกธรรมชาติเพื่อเป็นแรงบันดาลใจ Geckos เป็นนักปีนเขาที่ดีที่สุดในโลกพวกเขาสามารถแขวนน้ำหนักทั้งหมดของร่างกายได้จากนิ้วเท้าเดียวและวิธีที่พวกเขาสามารถทำได้คือใช้โครงสร้างจุลภาคที่น่าทึ่งนี้: มีขนเล็ก ๆ จำนวนมาก "

“ ดังนั้นฉันจึงเริ่มค้นคว้าเกี่ยวกับการสร้างขนสังเคราะห์เหล่านี้และนำไปใช้กับหุ่นยนต์ของเราเพื่อให้สามารถปีนเขาในแนวดิ่งได้” เขากล่าวต่อ "เมื่อฉันไปถึง JPL ฉันเริ่มคิดถึงแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์ซึ่งเป็นปัญหาการปีนเขามากกว่าปัญหาการเดินหากคุณไม่ได้แขวนบนพื้นผิวที่คุณร่วงหล่นคุณจะลอยไปในอวกาศ"

ขนสังเคราะห์เหล่านี้หรือ "ก้าน" เป็นเวอร์ชั่นย่อของผู้ที่อยู่บนเท้าของตุ๊กแกในชีวิตจริง รูปลิ่มที่มีฝาเป๋รูปเห็ด (ดังภาพด้านบน) เมื่อแผ่นยึดเกาะจับชิ้นส่วนของวัตถุเบา ๆ เพียงปลายขนที่สัมผัสกับพื้นผิวนั้นมาก ความหนืดจะเปิดและปิดขึ้นอยู่กับทิศทางของเส้นขนในแต่ละครั้ง

การยึดติดชั่วคราวอธิบายโดย Van der Waals Forces (ชื่อสำหรับนักฟิสิกส์ที่ได้รับรางวัลโนเบลโยฮันเนสเดอริคแวนเดอร์วาลส์) ซึ่งอิเล็กตรอนที่โคจรรอบนิวเคลียสของอะตอมจะไม่เว้นระยะเท่ากันสร้างประจุไฟฟ้าเล็กน้อยและสร้างแรง แรงถูกนำไปใช้เพิ่มพื้นที่ติดต่อระหว่าง "ก้าน" และพื้นผิวให้การยึดเกาะมากขึ้น เมื่อแรงผ่อนคลาย "ก้าน" จะปิงกลับไปยังตำแหน่งตั้งตรงและความหนืดจะถูกปิด

กริปเปอร์จะมีประโยชน์มากที่สุดเมื่อยึดติดกับหน่วยหุ่นยนต์ในฐานะเอฟเฟ็กต์สุดท้าย (มือ) เพื่อเข้าร่วมในทีมการทำงานร่วมกันระหว่างมนุษย์และหุ่นยนต์ในอวกาศ

"นักบินอวกาศมีข้อ จำกัด มากมายในสภาพแวดล้อมที่พวกเขากำลังทำงานอยู่" Parness อธิบาย "พวกเขามีถุงมือแรงดันสูงดังนั้นความคล่องแคล่วของพวกเขาจึงไม่ใช่สิ่งที่เป็นไปได้ดังนั้นการให้หุ่นยนต์เพื่อช่วยให้พวกเขามีประสิทธิภาพนั้นสำคัญยิ่งเทคโนโลยีกริปเปอร์ของเราสามารถถูกใช้โดยหุ่นยนต์ที่คลานเคลื่อนตัวไปด้านนอกสถานีอวกาศนานาชาติ เพื่อทำการตรวจสอบตามปกติทำความสะอาดงานตรวจสอบอุปกรณ์ดังนั้นมนุษย์ไม่จำเป็นต้องสวมใส่และออกไปที่นั่นจนกว่าหุ่นยนต์จะพบปัญหาร้ายแรง "

มันทำงานได้อย่างสวยงามในแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์ กริปเปอร์ได้รับการทดสอบที่ JPL ในวัสดุทั่วไปมากกว่า 30 ชนิดที่ใช้กับยานอวกาศและได้รับการทดสอบภายในห้องสุญญากาศความร้อนที่อุณหภูมิลบ 76 องศาฟาเรนไฮต์เพื่อจำลองสภาพของพื้นที่ พวกเขายังขึ้นทดสอบเที่ยวบินผ่านโปรแกรม Flight Opportunities Program ของคณะผู้แทนด้านเทคโนโลยีอวกาศของนาซ่า

"เราทำการทดสอบในระนาบแรงโน้มถ่วงของนาซ่าและไม่มีใครโยนได้ซึ่งเป็นการบรรเทาเพราะมันมีชื่อเสียงในการให้ความเจ็บป่วยจากการเคลื่อนไหวของมนุษย์" P เปิลเหน็บแนม "เราสาธิตกริปเปอร์ในหลาย ๆ ภารกิจเช่นการรวบรวมเศษซากและหุ่นยนต์เพื่อตรวจสอบดาวเทียมเพื่อการบำรุงรักษาเรามีลูกบาศก์ลอยที่น้ำหนัก 10 กก. ที่มีพื้นผิวแตกต่างกันที่ใช้กับยานอวกาศและเราสามารถคว้ามันจัดการได้ และปล่อยมันตามที่คุณอาจหยิบเศษขยะลากมันแล้วปล่อยให้มันไหม้เมื่อเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลกส่วนที่ยากที่สุดคือการได้รับซากที่ลอยอยู่และผู้ปฏิบัติงานอยู่ในที่เดียวกันในเวลาเดียวกัน ในกรณีนั้นหุ่นยนต์ก็ดีกว่ามนุษย์ "

ลองใช้งานได้เลยในวิดีโอด้านล่าง