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爽8国际娱乐app下载·科学家研制壁虎仿生机器人,欲上九天粘垃圾

时间:2020-01-08 12:12:22来源:网上老虎机真钱 点击:2457次

爽8国际娱乐app下载·科学家研制壁虎仿生机器人,欲上九天粘垃圾

爽8国际娱乐app下载,如何清理太空中漫天飞舞的各种垃圾?

人们已经为此构思出了各种各样的解决办法,其中最新的一个来自美国斯坦福大学(stanford university)和美国宇航局喷气推进实验室(jpl)的研究人员。他们基于壁虎具有粘性的脚垫构想出了一款机器人抓爪。不同于帮助壁虎粘在窗玻璃上的脚垫,这款抓爪能够轻柔地抓取失灵的人造卫星和其他太空垃圾。

cutkosky实验室研究生郝江展示一颗被粘合剂牢牢粘住的篮球,该粘合剂的灵感源于壁虎

也许你想象不到,目前大约有50万块各种碎片残骸(或“太空垃圾”)围绕着地球旋转,大的有废弃的运载火箭和失灵的卫星,小的有各种航天器涂层或围壳碎屑。它们的时速高达数万公里,即使尺寸最小的碎屑也具有流星那样的冲击力。如果一块个头较大的垃圾撞上了卫星——或者更糟糕的是,一艘载人飞船——那么结果只会是一场凌空爆炸,以及由此而来的更多危险碎片。

管理这种危险的一个主要难题在于,要想移除某些东西,比如一颗失灵的卫星,你首先得抓住它。然而,失灵的航天器很有可能是在不停翻滚,变成了奇形怪状,而且肯定不会配合清理工作。如果使用套索、网兜或是鱼叉,结果可能是捕捉者反而被猎物制造的巨大惯性带离轨道,而磁力拖船只对磁性材料有效。

粘合剂似乎是一个很好的选择,但斯坦福大学/喷气推进实验室的研究团队称,粘性物质在太空中的表现并不理想。一些粘合剂会在冰冷的太空中冻结成固体,或者会在太阳光照射下消融。此外,它们还可能汽化、蒸发、干硬或变性,成为无用的糊状物或粉末。更糟糕的是,很多粘合剂只有在用力粘住物体时才能发挥作用。在太空中,牛顿第一运动定律意味着,用力过猛的话可能反而会将那颗失灵的卫星推开。

研究人员把灵感源于壁虎的粘合剂跟定制的机器人抓爪组合在一起,制造出一款用于抓取太空垃圾的设备

斯坦福大学研究团队想出的办法是使用壁虎脚垫式的粘合剂,这种粘合剂在大约10年前问世,最初被用于爬壁机器人实验。类似于壁虎的脚垫,这种粘合剂是一片橡胶状聚合物,上面有细小的纤毛。虽然这些纤毛的直径达到了40微米(相比之下,壁虎脚垫上的纤毛只有200纳米),但它们仍然具有惊人的强大吸附力,这得益于分子外部电子位置差异产生的弱分子间作用力,亦称为范德华力。

总而言之,这意味着当我们把粘合剂轻轻地置于物体之上并朝特定方向挤压纤毛时,它就能在纤毛跟物体被压在一起时产生吸附力。再用另一个轻柔的动作,粘合剂就能干净利落地跟物体分开。这里面的诀窍在于,我们要均匀地用力把粘合剂压在物体上。否则,不均匀的压力会导致粘合剂脱落,无法吸附物体。

这就是为什么该研究团队研发的太空垃圾捕集器是一个机器手,而不仅仅是一个粘性垫子。机器人抓爪的前部是由粘合剂方垫组成的网格,而机械臂的运动则由电脑控制。这让抓爪能够以拥抱的方式均匀地施力去按压平直和弯曲的物体,最终把它们牢牢抓住。

截至目前,这款抓爪一直在实验室接受测试,以测量它在不同力量和扭矩下处理各种载荷的能力。此外,喷气推进实验室还在robodome对抓爪进行了测试——robodome基本上就是一个巨大的气垫曲棍球台,模拟的是二维失重环境。

“我们让一个机器人去追逐另一个机器人,抓住它,然后把它拉到我们希望它去的地方。”访问教授埃利奥特·霍克斯(elliot hawkes)说,“我认为,看到我们一块相对较小的粘垫能够牵动一个重量达300公斤的机器人,那绝对会让人大开眼界。”

接着,研究人员又在一架沿着抛物线轨迹飞行的专门飞机上测试了这款抓爪,飞机的运动短暂地制造了自由落体条件,让抓爪得以在零重力状态下抓取并放开了一个立方体和一颗沙滩球。在这之后,研究人员把实验场地搬到了国际空间站(iss)。

现在,该团队希望把抓爪安装在空间站的一条机械臂末端,在太空的真空环境下进行测试。不过,这需要研究人员打造出经过改进的抓爪,因为目前所使用的胶合板和橡胶带无法经受太空的恶劣环境,设备会很快失灵。

与此同时,这支团队还将专注于粘合剂的工业化生产问题,让这种粘合剂在未来能够像如今的尼龙搭扣一样常见。

“这项(技术)将会惠及很多太空任务,比如航天器会合、对接,以及轨道垃圾清理。”喷气推进实验室极端环境机器人研究团队(extreme environment robotics group)的负责人亚伦·帕内斯(aaron parness)说,“此外,我们最终也可以开发一种能够在航天器上爬来爬去的爬壁机器人助手,让它从事修理、拍摄以及检查漏洞的任务。”

该研究报告发表在《科学-机器人学》杂志(science robotics)。

翻译:何无鱼

来源:new atlas

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