Робот-геккон для космической станции

Ученые NASA разработали якоря для роботов и космонавтов (+ видео)

Ученые из Лаборатории реактивного движения (JPL) американского космического агентства (NASA) дорабатывают сделанный по принципу геккона механизм захвата, намереваясь сделать немного менее хаотичной жизнь для тех, кто работает на борту Международной космической станции (МКС).

Неистощимые на выдумки сотрудники JPL придумали серию «якорей для космонавтов», которые можно использовать как внутри, так и снаружи станции, и даже оснастили этой технологией робота, что может обеспечить ему более безопасную работу на внешней обшивке космической станции.

Жизнь в космосе значительно сложнее, чем на Земле. Дело в том, что в космосе все становится более легким, при этом космонавты имеют внушительный арсенал приспособлений и ограждений, чтобы держаться за них.

Обратите внимание

Но, это неизбежно, общий недостаток тяжести серьезно сокращает производительность.

Используя биомиметический подход, ученые NASA планирует дать космонавтам новый и весьма универсальный инструмент, который позволит управлять непослушными условиями микрогравитации.

Замысел конструкции новых якорей сотрудники JPL подсмотрели, наблюдая за гекконом. В естественных условиях геккон имеет врожденную склонность к восхождениям. Благодаря замечательной эволюционной особенности, ноги рептилии покрыты миллионами волосков, которые обеспечивают сцепление на основе эффекта, известного как силы Ван-дер-Ваальса.

Силы Ван-дер-Ваальса являются необычной физической особенностью, которая возникает, когда электроны, вращающиеся вокруг ядра атома, распределяются неравномерно, что создает электрическое поле с положительным и отрицательным полюсами. Это электрическое поле создает соответствующую полярность в соседних молекулах, образуя временный, клеящийся эффект между ногами геккона и всем, к чему они прикасаются.

Создав синтетический материал, состоящий из крошечных волосков, намного тоньше, чем человеческий волос, ученые JPL смогли имитировать такие же впечатляющие способности закрепления на поверхности, как у геккона. Результатом является мощный и гибкий якорь, который можно размещать на любой плоской поверхности МКС и прикреплять, просто прижимая его к поверхности.

Ученые создали к настоящему времени якоря трех размеров: 2,5х10 см, 5х15 см и 7,6х20 см. Но теперь у специалистов из JPL начинают возникать еще более амбициозные замыслы по применению этой технологии.

Одним из возможных применений будет использование захватов геккона для сбора крупных предметов космического мусора, например, верхних ступеней ракет-носителей или заброшенных спутников, чтобы способствовать усилиям по наведению порядка на низкой околоземной орбите.

Рассматривается также применение этой технологии для будущих задач по обслуживанию спутников. А один из вариантов даже предполагает использование захватов, чтобы позволить роботам, таким как LEMUR (Limbed Excursion Mechanical Utility Robot), карабкаться по корпусу МКС и будущих космических станций, выполняя текущее обслуживание и занимаясь ремонтом.

«LEMUR может стать обезьянкой для космонавтов», – говорит инженер JPL Бретт Кеннеди, руководитель проекта. «Он может выполнять задачи, которые слишком малы и вызывают затруднения для космонавтов. Он создан для проникновения в укромные уголки космических конструкций».

Важно

Предполагается, что LEMUR по существу будет универсальным роботом, разработанным в виде многоцелевой конструкции с конечностями, пригодными для выполнения разнообразных задач.

Круглый корпус робота позволяет ему двигаться в любом направлении, без необходимости переориентации.

Возможно, в один прекрасный день мы увидим изучающего марсианский ландшафт Лемура, чему способствуют вездеходные возможности за счет сцепления с поверхностью.

Источник: http://www.robogeek.ru/kosmicheskie-roboty/uchenye-nasa-razrabotali-yakorya-dlya-robotov-i-kosmonavtov

Робот-уборщик с лапками геккона наведёт на орбите порядок

В настоящее время вокруг Земли совершают вращение уже больше 500 тыс. единиц космического мусора, к которому относят главным образом элементы космических аппаратов, век которых уже закончился. Такой мусор может представлять опасность для космических кораблей и их пассажиров.

Ученые постоянно ведут разработки, призванные избавить пространство вокруг нашей планеты от космического загрязнения.

Самый многообещающий проект начался еще три года назад, в нем приняли участие NASA, Стэндфордский университет и Агентство передовых оборонных исследовательских проектов DARPA.

В результате получилась не имеющая аналогов технология, при помощи которой можно вскарабкиваться по гладкой стеклянной поверхности.

Тогда специалисты вдохновились гекконами, которые без труда висят на гладких стеклах и потолке. Удивительная особенность этих ящериц состоит в том, что они могут продолжать висеть так и после своей смерти. Все дело в покрытии лапок геккона, состоящем из множества микроскопических волосков, которые при помощи ван-дер-ваальсовых сил скрепляются с поверхностью.

Лаборатория реактивного движения NASA решила применить разработанную технологию для утилизации космического мусора, скапливающегося на земной орбите.

Инженеры придумали специальные захваты, где идеально имитируется структура лапок ящериц, наделенная пучками маленьких синтетических волос, которые также именуются стебельками. Кончики этих стебельков являются по своей сути крошечными присосками.

В момент, когда захваты начинают ощущать некую силу, контакт между волосками и объектом усиливается, они крепко сцепляются. При уменьшении силы надавливания волоски и объект медленно расцепляются.

Совет

Ученые показали, как функционирует их разработка на деле. Их маленький робот, размеры которого не превосходят размеры тостера, многое перенял у своих вдохновителей – гекконов.

Устройство без труда захватывает, удерживает и перемещает объекты даже при микрогравитационных условиях, поэтому форма и гладкость здесь никакой роли не играют. Это становится возможным благодаря личному изобретению стэндфордских ученых – сухому клею.

Один из разработчиков, Хао Цзян, рассказал, что в космических условиях обычный клей действует плохо. Некоторые виды клея замораживаются или плавятся в зависимости от окружающей космической температуры.

Кроме того, они способны закипеть, испариться, высохнуть или денатурироваться в вещества, не обладающими нужными свойствами.

Согласно первому закону Ньютона два прижатых предмета могут отталкиваться, и здесь действие клея нарушается.

Новый робот-уборщик оснащен захватами, покрытыми миллиметровыми шипами, которые исполняют функцию волосков на лапах гекконов. Контактируя с объектом, он сцепляются с его гладкой поверхностью.

Также ученые включили в свою разработку шкивы, которые представляют из себя фрикционные колёсики, передающие движение природному ремню или канату.

С помощью шкивов шипастые захваты распределяют нагрузку равномерно.

Небольшой робот способен удержать не только мелкие обломки мусора.

Устройство успешно прошло тестирование в невесомости, которую удалось воссоздать NASA, и его первый экземпляр уже отправлен на МКС, дабы оценить его работу в реальности.

Обратите внимание

Испытание показало, что робот может захватить и переместить кубические, цилиндрические и даже сферические объекты. Также робот сумел успешно закрепиться на объектах, многократно превышающих его по массе и габаритам.

Следующим шагом станет тестирование захватов в вакууме, но для этого устройство отправится на доработку: нужно заменить его материалы на более долговечные, не боящиеся радиации и высокой температуры. В будущем такое устройство может помогать космическим аппаратам пристыковаться.

Источник: http://mirkosmosa.ru/news/robot-uborschik-s-lapkami-gekkona-navedet-na-orbite-poryadok

NASA разработало «лапку геккона» для захвата космического мусора

Hao Jiang et al. / Science Robotics, 2017

Инженеры из NASA и из Стэнфордского университета разработали систему захвата объектов в космосе, которая по принципу действия похожа на лапу геккона.

Устройство, основанное на предыдущих разработках NASA, способно захватывать объекты различной формы. Специалисты планируют использовать доработанную версию системы для очистки орбиты Земли от космического мусора.

Работа, посвященная изобретению опубликована в журнале Science Robotics.

Количество отслеживаемых искусственных объектов на орбите вокруг Земли составляет практически 20 тысяч, а их общее число оценивается сотнями тысяч. Среди них есть как работающие спутники, так и различный «космический мусор», к примеру, отработавшие ступени ракет.

Несмотря на то, что они находятся на разных орбитах, периодически между ними происходят столкновения.

Иногда они не несут сильной опасности, как в случае столкновения с небольшими частицами, в других случаях может происходить полное уничтожение космических аппаратов, как произошло в 2009 году.

Однако главная опасность засорения околоземного пространства заключается не в потере отдельных спутников, а в гипотетической возможности так называемого синдрома Кесслера.

Читайте также:  Трактор будущего вышел на поля татарстана

Он был описан специалистом NASA еще в 1978 году, и заключается в том, что при достижении критического количества объектов на околоземных орбитах может возникнуть цепная реакция из их столкновений, при которой количество объектов будет лавинообразно возрастать.

Важно

В таком случае безопасный вывод космических аппаратов в космическое пространство будет очень затруднен или вовсе невозможен. Для того, чтобы избежать этого, ученые разрабатывают и тестируют различные аппараты.

В начале этого года Японское агентство аэрокосмических исследований пыталось провести эксперимент по очистке орбиты Земли от космического мусора, но он закончился неудачей из-за технической ошибки.

Инженеры NASA занимаются поиском путей решения проблемы космического мусора на протяжении последних лет. Поскольку аппарат должен работать в условиях невесомости и безвоздушного пространства, сразу несколько концепций оказываются непригодными. К примеру, объекты в космосе нельзя захватить с помощью классической присоски.

В новом аппарате исследователи решили использовать адгезию, но не в виде поверхностей с клейким веществом. Вместо этого ученые создали искусственный аналог лапы геккона, известного своей способностью ловко перемещаться по вертикальным поверхностям. Созданный материал состоит из множества небольших волосков диаметром около 20 микрометров.

На основе материала с волосками был создан прототип прибора для захвата объектов в условиях открытого космоса. Изначально, при контакте с каким-либо предметом ворсинки адгезивной поверхности слабо контактируют с поверхностью предмета.

Для того, чтобы обеспечить нужную адгезию, инженеры разработали тросовый механизм, который смещает контактные поверхности вбок, наклоняя таким образом ворсинки и значительно увеличивая площадь контакта и силу прилипания. Соответственно, чтобы отлепить устройство от объекта, необходимо просто ослабить натяжение троса.

Также инженеры встроили в устройство похожую конструкцию, но предназначенную для прилипания к кривым поверхностям. Они провели множество тестов, в том числе в условиях низкой гравитации.

В прошлом году сингапурский стартап представил концепцию спутника для очистки околоземного пространства. На его поверхности были размещены листы со специальным клеем, которые должны цеплять мусор, после чего спутник будет снижаться и сгорать в атмосфере. Существует сайт, визуализирующий положение спутников и обломков вокруг Земли в реальном времени.

Григорий Копиев

Источник: https://nplus1.ru/news/2017/07/03/gecko-grasper

Космические роботы в космосе

Использование роботов в космосе на сегодняшний день – это конечно же очень здорово и важно! Революция космических роботов неизбежна, так как прогресс невозможно остановить. За последние десятилетия человечество узнало о космосе больше, чем за тысячи лет до этого.

Мы сделали множество открытий внутри нашей Солнечной системы и за её пределами, обнаружили сотни экзопланет и научились определять их характеристики.

Большей частью этих успехов мы обязаны космическим аппаратам, находящимся на орбите Земли или отправленным к другим космическим телам.

Виды космических роботов

Роботы, которые изучают космос сегодня разделяются на несколько видов. И каждый из таких аппаратов является автономным роботом, способным самостоятельно принимать решения и выполнять достаточно сложные действия. Давайте познакомимся с самыми интересными космическими роботами поближе.

Розетта

Совсем недавно, осенью 2014 года, внимание научного сообщества было приковано к аппарату «Розетта», более 10 лет летевшему к своей цели – комете Чурюмова-Герасименко. Это была совместная миссия ESA и NASA, в составе которой присутствовал зонд «Филы». Он должен был спуститься на ядро кометы, детально изучить его химический состав и физические свойства.

Несмотря на ряд неудач в ходе миссии, со своими основными задачами зонд справился. Осенью 2016 года миссия завершилась, а сама «Розетта» была разбита о поверхность кометы, сделав напоследок серию высококачественных снимков.

Своё название аппарат получил в честь Розеттского камня – артефакта из II века до нашей эры, представляющего собой каменную скрижаль с текстами на трёх разных языках: древнегреческом и двух формах древнеегипетского.

Совет

Поскольку все три текста были идентичными, Розеттский камень позволил разгадать письменность Древнего Египта.

«Розетта» была названа в честь камня, поскольку должна был ответить на вопросы, связанные с возникновением Солнца и планет.

Кассини-Гюйгенс

Это проект НАСА и ЕКА по изучению Сатурна. Запуск был произведен в 1997 году. «Кассини» вышел на орбиту Сатурна летом 2004 года, а в начале 2005 отделяемый зонд «Гюйгенс» совершил посадку на Титане – крупнейшем спутнике окольцованного гиганта.

Миссия завершилась осенью 2017 года, когда «Кассини» напоследок прислал серию высококачественных снимков Сатурна перед столкновением с ним.

Изначально стоимость миссии оценивалась в 3,25 миллиарда долларов, но поскольку она продлилась дольше запланированного, итоговая сумма превысила расчетное значение.

Мангальян

Эту межпланетную станцию запустила Индия для исследования Марса. В свете обострившегося интереса к колонизации Красной планеты Индия не хочет отставать от лидеров, поэтому основная цель данной миссии – подробное изучение условий на планете.

Полученные данные помогут разработать технологии для дальнейших посадок на планету. Научная аппаратура на борту аппарата позволит исследовать поверхность, произвести детальную картографию, изучить атмосферу и минеральный состав приповерхностных пород.

Для Индии это первая космическая миссия такого масштаба.

Космический телескоп Хаббл

О космическом телескопе Хаббл, запущенном НАСА и ЕКА, знают все. Это целая космическая обсерватория с большим количеством аппаратуры, позволяющей получать снимки отдаленных уголков Вселенной в разных диапазонах длин волн. Станция названа в честь известного астронома Эдвина Хаббла.

Вопреки частым заблуждениям, зеркало Хаббла относительно небольшое – 240 см в диаметре. Главное преимущество космического телескопа перед наземными аналогами – отсутствие атмосферы. Благодаря этому его разрешение примерно в 10 раз выше, кроме того, он способен работать в инфракрасном и ультрафиолетовом спектрах, включая непрозрачные для атмосферы диапазоны.

Но самые главные открытия осуществляются Хабблом не благодаря высокой разрешающей способности, а благодаря возможности фотографировать участки пространства со сколь угодно большой выдержкой. При наблюдениях с поверхности Земли большие выдержки не имеют смысла из-за атмосферных явлений, а Хаббл делает некоторые фотографии с выдержкой в десятки часов.

Интересно, что впервые идею орбитального телескопа ещё в 20-х годах XX века высказал Герман Оберт – немецкий ученый и инженер, внесший существенный вклад в развитие ракетной отрасли. В 1946 году Лайман Спитцер также опубликовал работу о том, какие преимущества может дать обсерватория, находящаяся за пределами земной атмосферы.

Орбитальный телескоп Хаббл был запущен в 1990 году, но к полноценной работе смог приступить только спустя 3 года. В оптической системе была обнаружена ошибка, практически полностью нивелировавшая его преимущества перед наземными аналогами.

Чтобы исправить дефект, была создана система COSTAR, которую установили на аппарат в 1993 году. В 2009 году надобность в системе коррекции отпала, поскольку новые приборы имели встроенные корректоры.

Благодаря этому на телескопе освободилось место для дополнительного прибора, а COSTAR был спущен на Землю и выставлен в Национальном музее авиации и астронавтики США.

Миссию Хаббла продляли несколько раз. На данный момент планируется снять его с орбиты в 2021 году. Сейчас же он доступен для любой организации или человека. Даже простой астроном-любитель может воспользоваться Хабблом, если убедительно опишет важность своего исследования. Правда, шансов не так много, поскольку конкуренция высока, и из поданных заявок одобряется всего около 10%.

Хаябуса-2

Это японская межпланетная станция, принадлежащая агентству JAXA. Она создавалась для забора грунта с астероида класса C. Более конкретно цель была определена незадолго до запуска, ей оказался астероид 1999 JU3 Рюгу (диаметр – 0,92 км). Ранее Японское агентство аэрокосмических исследований уже доставляло образец грунта с астероида Итокава при помощи первой версии аппарата Хаябуса.

Марсоход Curiosity

Название этого марсохода придумано школьниками. Среди множества вариантов было выбрано слово Curiosity («любознательность»).

Читайте также:  Искусственный интеллект предсказывает развитие младенцев в первый год жизни

Аппарат представляет собой полноценную химическую лабораторию, позволяющую проводить сложные анализы на месте. Запуск миссии состоялся в 2011 году, спустя год автономная лаборатория спустилась на поверхность Марса.

Изначально планировалось, что она проработает 1 марсианский год (примерно 686 дней), но потом миссия была продлена.

Обратите внимание

Кстати! Curiosity – самый романтичный из космических роботов, поскольку раз в год поёт себе песенку «Happy Birthday». А ещё сразу после прибытия он сделал селфи на фоне марсианских ландшафтов.

При посадке впервые была использована технология «Небесный кран». Сначала модуль спускается на парашюте вместе с дополнительной платформой. На небольшой высоте парашют отстреливается, и запускаются реактивные двигатели на самой платформе.

На высоте нескольких десятков метров над поверхностью «Небесный кран» зависает и спускает марсоход на канатах, после чего отлетает в сторону.

Эта технология позволила сделать посадку максимально мягкой, что было важно для исследовательского оборудования.

Марс-Экспресс

Данная межпланетная станция была запущена в 2003 году с космодрома Байконур. В её составе присутствует орбитальный аппарат, который вышел на орбиту Марса, а также спускаемый аппарат «Бигль-2». Посадка произошла успешно, но связь с аппаратом установить не удалось.

Несмотря на это, миссия оказалась плодотворной, орбитальная станция функционирует до сих пор. За это время она смогла получить большое количество уникальных данных и передать на Землю.

Были получены уникальные снимки поверхности Марса и его спутников, обнаружено 20 километровое озеро, в котором под шапкой льда существует вода в жидком виде.

Робонавт-2

Этот робот отличается от предыдущих героев данной статьи, поскольку его задача – быть среди людей и всячески им помогать. Он находится на МКС и сильно напоминает человека с белом скафандре и золотистом шлеме.

В 2014 году ему прикрепили ноги, после чего схожесть сильно уменьшилась, поскольку его ноги с семью сочленениями не особо похожи на человеческие.

Но команду МКС это не смущает, поскольку эти манипуляторы расширяют функционал Робонавта-2, делая его ещё более полезным членом экипажа.

Робот напичкан современной электроникой. В его шлеме находится четыре обычных видеокамеры и одна инфракрасная, а всего в нём более 350 разных сенсоров. Кроме того, он оснащен небольшим суперкомпьютером с 38 процессорами на архитектуре PowerPC.

Благодаря мощной начинке робот хорошо ориентируется в обстановке, помогает астронавтам в их работе. На его руках по 5 пальцев с хорошо развитой моторикой, благодаря чему он умеет писать.

В дальнейшем в рамках проекта «Робонавт» планируется создать робота, способного работать на Луне, проводя исследовательские работы и осуществляя настройку оборудования.

Робот Декстр

Данный робот также работает на МКС, правда, он не такой общительный, как Робонавт-2. Декстр (он же «Ловкий») – это двурукий манипулятор, позволяющий производить различные действия в открытом космосе без участия космонавтов. Данный робот полностью собран в Канаде, благодаря чему его иногда называют «Канадская рука».

Марсоход Оппортьюнити

Данный марсоход необычен тем, что превзошел срок предполагаемой службы в 40 с лишним раз и продолжает работать. В честь “героического” марсохода даже назван астероид 39382.

Запущен он был в июле 2003 года, а в январе 2004 спускаемый модуль достиг поверхности Марса.

Он был спущен в районе кратера Гусева, чтобы найти осадочные породы, подтверждающие предположение, что ранее там находилось море.

Марс Одиссей

Задача этого аппарата – изучение поверхности Марса с детальным исследованием минерального состава. Миссия продолжается с 2001 года. Данному аппарату приписывается первенство в открытии крупных залежей воды.

Станция Юнона

Основная задача этой межпланетной станции – детальное изучение Юпитера, самой крупной планеты нашей системы. Она была запущена в 2011 году, а в 2016 вышла на орбиту гиганта. Оборудование, установленное на борту Юноны, позволит ученым исследовать магнитное поле планеты и ответить на вопрос, есть ли у Юпитера твердое ядро.

Также она изучит химический состав верхних слоев атмосферы и построит детальную карту ветров. Движения газовых масс на планете – загадка, которая давно беспокоит не только астрономов, но и физиков, пытающихся объяснить Большое красное пятно и другие необычные атмосферные явления.

Из-за большого расстояния от Солнца эффективная мощность солнечных батарей составляет всего 4% от той, которая доступна на земной орбите. Но благодаря современным технологиям разработчикам удалось сделать достаточно эффективные солнечные панели с приемлемыми габаритами и обойтись без установки РИТЭГ.

Вояджер-1

На данный момент Вояджер – наиболее удаленный космический аппарат. Весной 2015 года он отлетел на 131 астрономическую единицу (почти 20 млрд. км) от Солнца. Световому излучению или радиосигналу для преодоления такого расстояния потребуется порядка 18 часов.

Вояджер был запущен в 1977 году и до сих пор сохраняет работоспособность, продолжая удаляться, исследуя границы Солнечной системы и передавая данные ученым.

Источником энергии служат три атомных установки РИТЭГ на Плутонии-238 (суммарная мощность в начале эксплуатации составляла 470 Вт, а к данному моменту сохраняется на уровне 55%).

Новые горизонты (New Horizons)

Аппарат New Horizons был запущен в 2006 году для изучения окраин Солнечной системы. В 2015 году он приблизился к Плутону и прислал качественные фотографии “разжалованной” планеты, а также её спутника-компаньона Харона. Ожидается, что аппарат сможет получить ценные данные об одном из объектов пояса Койпера.

New Horizons интересен тем, что ещё в окрестностях Земли поставил несколько рекордов. Он развил рекордную скорость в 16,26 км/с и долетел до Луны всего за восемь с половиной часов, что на данный момент является рекордом. Здесь важной учитывать, что Луна не была целью аппарата, поэтому не требовалось снижать скорость на подлете к естественному спутнику Земли.

Advanced Composition Explorer

Этот аппарат чаще называют просто ACE или Explorer. Его главная особенность заключается в том, что он рассчитан на самые экстремальные условия, поскольку в его задачи входит исследование окрестностей Солнца.

Ученые планируют с его помощью более детально изучить состав солнечного ветра у поверхности нашей звезды, чтобы лучше понять процессы, происходящие внутри. Есть у «Эксплорера» и более практичное применение.

Он передаёт информацию в реальном времени, благодаря чему можно заблаговременно и более точно предсказывать всплески солнечной активности.

Источник: https://robroy.ru/kosmicheskie-robotyi

Ящерицы расширяют возможности космического шпионажа

Холдинг «Российские космические системы» (РКС) освоил экспериментальное производство действующих образцов микроробототехнической шагающей платформы для работы в космосе. По сообщению портала Lenta.

ru, платформа весит 70 миллиграммов, но при столь скромной массе и размерах способна удерживать нагрузку в 1,5 грамма и перемещать почти полуграммовый груз. Скорость движения — 14 миллиметров в минуту.

Платформа не имеет традиционных для перемещающихся роботизированных систем элементов — колес, роликов, шарниров. Движение обеспечивают «ножки», которые сгибаются и разгибаются под действием изменения температуры в результате включения и выключения электрических микротоков.

Важно

Перспективное изделие холдинга РКС ориентировано на эксплуатацию в открытом космосе и способно работать в диапазоне температур от минус 200 до плюс 200 градусов Цельсия. Оно устойчиво к радиации и тяжелым частицам, обладающим высокими энергиями.

«Вся подвижная платформа — это одна многослойная деталь, технология производства которой похожа на изготовление микросхемы. Это единый технологический процесс без сборочных операций.

В основе устройства всего два материала — кремний и полиимид, которые мы получаем от российских поставщиков», — рассказал изданию руководитель сектора микромеханики «Российских космических систем» Игорь Смирнов.

Предполагается, что на базе данных платформ будут создаваться сложные робототехнические комплексы различного назначения. Они будут заниматься инспектированием внешней оболочки космических аппаратов, проникать в недоступные для человека места станций и ракет, производить ремонтные и монтажные работы, проводить исследования и эксперименты.

Читайте также:  Маленький робот следит за порядком в германии

РКС не сообщает подробностей о строении «ножек» шагающей платформы.

Однако известно, что в космосе в условиях невесомости и абсолютного вакуума добиться надежного контакта с гладкой поверхностью традиционными способами невозможно.

Кинетику взаимодействия опоры и шагающей инженерной конструкции определяет третий закон Ньютона — действие равно противодействию. То есть, оттолкнувшись «ногой» от поверхности, робот устремится в открытый космос.

Но существует «эффект геккона», с помощью которого можно решить эту проблему. Гекконы — это разновидность ящериц, обладающих уникальными способностями. Во-первых, они способны удерживать и переносить грузы, масса которых многократно превышает их собственный вес. Так, новозеландские гекконы, весящие до 50 граммов, свободно удерживают в лапках 2-килограммовые предметы.

Во-вторых, эти ящерицы с легкостью перемещаются как по вертикальной стене, так и по потолку. Это возможно благодаря множеству тончайших волосков, расположенных у них на лапках. При соприкосновении их с предметами начинают проявляться ван-дер-ваальсовы силы взаимного притяжения. Это силы межмолекулярного взаимодействия, обладающие высокой энергией.

В связи с чем во всех робототехнических средствах в качестве механизмов фиксации на поверхности используют «лапки геккона». Именно поэтому такие технические системы зачастую называют «роботами-гекконами».

Однако все такие разработки пока еще не вышли за пределы исследовательских лабораторий и цехов опытного производства.

Порой в общем доступе появляются ролики, на которых «циркулярные метелки» или же «многочленные каракатицы» карабкаются на отвесные стены.

Совет

Российская платформа РКС в этом смысле уникальна — у нее отсутствуют механически подвижные элементы. Поэтому для перемещения она должна потреблять меньше энергии.

Работу по созданию роботизированной платформы инженеры и ученые РКС начали в 2008 году. Примерно столько же времени проблемой роботов-гекконов занимается и NASA. Разработки проводятся в Лаборатории изучения реактивного движения. Пока действующих моделей для испытаний в реальных космических условиях нет.

Но уже создан «гекконовый пластырь», который проходит испытание на Международной космической станции, во внутренних ее отсеках. Однако данная технология более подходит для использования в зонах, где отсутствует человек.

Поскольку при отрывании пластыря от поверхности, как и при переступании робота-геккона обламываются окончания тысяч волосков, что создает в пространстве космического аппарата чрезмерную запыленность.

Американцы много и охотно рассказывают о самых разнообразных областях применения космических роботов-гикконов. Вот какими планами на будущее делится инженер-робототехник из лаборатории NASA Яакко Каррас: «Нам еще не удавалось ранее уделить внимание исследованиям подземных полостей на других планетах, это чрезвычайно трудная с точки зрения технической реализации задача.

Однако эти места интересны тем, что там можно будет найти жидкую воду, и эти места могут обеспечить защиту от излучения, пронизывающего все на поверхности. Кроме этого, в недрах пещер могут сохраниться подсказки относительного прошлого исследуемых планет.

Так что если мы в ближайшем времени займемся „космической спелеологией“, то у нас уже имеются роботы, способные сделать все необходимое для этого».

Для роботов-гекконов в NASA придумали еще одну пусть и непрестижную, но крайне полезную в космосе профессию — робота-мусорщика. На активно эксплуатируемых околоземных орбитах постоянно накапливаются «продукты жизнедеятельности» спутников и ракет-носителей.

Обратите внимание

Постоянно снижается безопасность околоземного космоплавания. В настоящий момент вокруг Земли вращаются 170 миллионов фрагментов различной величины.

Однако применение манипуляторов для захвата фрагментов спутников и мешков с бытовыми отходами крайне неэффективно опять-таки из-за действия фундаментального закона Ньютона. Поэтому предполагается оснастить манипуляторы мощной порослью микроскопических волосков.

Данный проект находится в стадии создания манипулятора, к построению конкретного мусоросборочного робота пока не приступали. Потому что задача существенно шире, чем создание «манипуляторов-липучек».

Вполне понятно, что такие космические мусорщики могут использоваться и военными для военно-промышленного шпионажа. Потому что обломки инженерных систем способны многое рассказать о секретах противника.

Рассмотренные нами системы способны перемещаться по гладким поверхностям и нужным образом контактировать с ними. Если же робот используется на исследуемой планете или крупном астероиде, то для его передвижения используются более традиционные способы. Так, например, серия советских «Луноходов» перемещалась при помощи колес.

Однако возможны и иные принципы, когда робот должен взбираться на крутые стены или спускаться по отвесным скалам.

Интересный проект реализуется в той же самой Лаборатории изучения реактивного движения NASA под руководством профессора Аарона Парнесса.

Сравнительно недавно американцы продемонстрировали на Международной конференции по вопросам интеллектуальных систем и роботов действующий макет робота-скалолаза LEMUR IIB. Это первая в мире такая разработка.

Робот имеет несколько удерживающих систем, похожих на лапы, каждая из которых состоит из 750 небольших «коготков».

Важно

Они способны цепляться за любые неровности, шероховатости и трещины скал и пород, которые в больших количествах имеются на других планетах и космических телах.

Во время демонстрации LEMUR IIB уверенно передвигался по рельефной стене с отрицательной крутизной и даже по потолку, облицованному грубой породой.

Однако для практической работы космического скалолаза его необходимо доработать, чем сейчас и занимаются инженеры НАСА. Дело в том, что LEMUR IIB из-за ограниченности степеней свободы своих «лап» может передвигаться только по относительно плоской поверхности. Но реальные условия далеких планет значительно отличаются от лабораторных.

Источник: https://svpressa.ru/society/article/161366/

Адгезивное покрытие на основе строения конечностей геккона позволит астронавтам и роботам свободно действовать в космосе

Обычная липкая лента может быть использована несколько раз, прежде чем она теряет свои адгезионные свойства. Кроме этого все такие ленты оставляют на поверхности липкие следы, на которые оседает пыль и прочие загрязнители.

Но исследователи из Лаборатории НАСА по изучению реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory, JPL) работают над системой, которая лишена недостатков, присущих липкой ленте, и достигается это использованием принципов, за счет которых гекконы могут удерживаться и перемещаться по вертикальным поверхностям.

Благодаря наличию на их конечностях огромного количества тончайших волосков, эти ящерицы могут передвигаться по стенам и вообще по любым поверхностям с полной непринужденностью. При этом, адгезионные свойства их конечностей абсолютно не убывают со временем.

Аарон Парнесс (Aaron Parness), инженер JPL, вместе с его коллегами, используя такой же принцип, создали материал, покрытый синтетическими волосками, толщина которых намного меньше толщины человеческого волоса.

Когда такой материал с некоторой силой прикладывается к поверхности, волоски изгибаются и “прилипают” к ней, в точности повторяя то, что происходит при контакте с поверхностью конечности геккона.

За явление “прилипания” несут ответственность так называемые силы Ван-дер-Ваальса, возникающие за счет дипольной природы молекул различных материалов. Все дело заключается в том, что электроны, вращающиеся вокруг ядер атомов, входящих в молекулу, располагаются неравномерно по всей площади молекулы.

В результате у молекулы образуются области, имеющие ярко выраженную положительную и отрицательную полярность, хотя вся молекула целиком имеет нейтральный электрический заряд.

Положительно заряженная область молекулы притягивается к отрицательной области соседней молекулы и силы этого притяжения возникают даже при чрезвычайных температурах, при высоком давлении, радиации и т.п.

Совет

Последние варианты захватов, снабженных “гекконовой липучкой” способны вырабатывать силу в 150 Ньютонов и удерживать до 16 килограмм груза.

Во время испытаний, проведенных в условиях микрогравитации, материал использовался для фиксации куба, весом 10 килограмм, и удержания человека, весом около 100 килограмм.

Кроме этого, “гекконовая липучка” демонстрирует высокую надежность, она не теряет своих адгезивных качеств даже после 30 тысяч циклов контакта и отделения от поверхности.

Сейчас исследователи изготовили три типа “якоря” для страховки астронавтов, работающих в открытом космосе. Каждый тип имеет разные размеры, от 2.5 на 10 до 7.6 на 20 сантиметров, и они могут обеспечить разные силы удержания. Кроме этого, подобные пластыри могут послужить для фиксации на внутренних поверхностях различных переносимых предметов на борту Международной Космической Станции.

А в настоящее время Аарон Парнесс и его группа занимаются испытаниями робота Lemur 3, конечности которого имеют покрытие из “гекконовой липучки”.

Пока испытания проводятся в условиях микрогравитации на модели некоторых модулей космических аппаратов, но в недалеком будущем такой робот может быть отправлен на борт космической станции, где ему выпадет возможность произвести некоторые действия в открытом космосе.

Источник

Источник: https://uchitel-program.ru/adgezivnoe-pokrytie-na-osnove-stroeniya-konechnostej-gekkona-pozvolit-astronavtam-i-robotam-svobodno-dejstvovat-v-kosmose/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector