En este momento, alrededor de 500,000 piezas de escombros hechos por humanos están volando alrededor del espacio, orbitando nuestro planeta a velocidades de hasta 27,500 millas por hora. Estos escombros representan una amenaza para los satélites, vehículos espaciales y astronautas a bordo de esos vehículos.
Lo que hace que ordenar sea especialmente difícil es que los desechos existen en el espacio. Las ventosas no funcionan en el vacío. Las sustancias pegajosas tradicionales, como la cinta, son en gran medida inútiles porque los productos químicos de los que dependen no pueden soportar los cambios extremos de temperatura.Los imanes solo funcionan en objetos que son magnéticos. La mayoría de las soluciones propuestas, incluidos los arpones de escombros, requieren o provocan una interacción contundente con los escombros, lo que podría empujar esos objetos en direcciones impredecibles e involuntarias.
Para abordar el lío, los investigadores de la Universidad de Stanford y el Laboratorio de Propulsión a Chorro JPL de la NASA han diseñado un nuevo tipo de pinza robótica para agarrar y eliminar los escombros, que aparece en la edición del 27 de junio de Ciencia robótica .
"Lo que hemos desarrollado es una pinza que utiliza adhesivos inspirados en los gecos", dijo Mark Cutkosky, profesor de ingeniería mecánica y autor principal del artículo. "Es una consecuencia del trabajo que comenzamos hace unos 10 años en robots trepadores queutilizaron adhesivos inspirados en cómo los geckos se adhieren a las paredes ".
El grupo probó su pinza y versiones más pequeñas en su laboratorio y en múltiples espacios experimentales de gravedad cero, incluida la Estación Espacial Internacional. Los resultados prometedores de esas primeras pruebas han llevado a los investigadores a preguntarse cómo les iría a sus pinzas fuera de la estación.un próximo paso probable.
"Hay muchas misiones que se beneficiarían de esto, como el encuentro y el atraque y la mitigación de desechos orbitales", dijo Aaron Parness, MS '06, PhD '10, líder del grupo Extreme Environment Robotics Group en JPL. "También podríamoseventualmente desarrollará un asistente de robot trepador que pueda gatear en la nave espacial, hacer reparaciones, filmar y verificar defectos ".
Creación de una pinza gecko
Los adhesivos desarrollados por el laboratorio de Cutkosky se han utilizado anteriormente en robots trepadores e incluso en un sistema que permitía a los humanos trepar por ciertas superficies. Se inspiraron en los geckos, que pueden trepar paredes porque sus pies tienen solapas microscópicas que, cuando están completamentecontacto con una superficie, crea una fuerza de Van der Waals entre los pies y la superficie. Estas son fuerzas intermoleculares débiles que resultan de diferencias sutiles en las posiciones de los electrones en el exterior de las moléculas.
La pinza no es tan intrincada como el pie de un gecko: las solapas del adhesivo miden aproximadamente 40 micrómetros de ancho, mientras que las de un gecko tienen aproximadamente 200 nanómetros, pero el adhesivo inspirado en el gecko funciona de la misma manera. Como el pie de un gecko, solo es pegajoso si las solapas se empujan en una dirección específica, pero hacer que se pegue solo requiere un ligero empujón en la dirección correcta. Esta es una característica útil para los tipos de tareas que realizaría una pinza espacial.
"Si entro y trato de empujar un adhesivo sensible a la presión sobre un objeto flotante, se alejaría", dijo Elliot Hawkes, MS '11, PhD '15, profesor asistente visitante de la Universidad de California, SantaBarbara y coautora del artículo: "En cambio, puedo tocar las almohadillas adhesivas con mucha suavidad sobre un objeto flotante, apretar las almohadillas entre sí para que queden bloqueadas y luego puedo mover el objeto".
Las almohadillas se desbloquean con el mismo movimiento suave, creando muy poca fuerza contra el objeto.
La pinza que crearon los investigadores tiene una cuadrícula de cuadrados adhesivos en el frente y brazos con tiras adhesivas delgadas que se pueden plegar y moverse hacia el centro del robot desde cualquier lado, como si estuviera ofreciendo un abrazo. La cuadrícula se puede pegarobjetos planos, como un panel solar, y los brazos pueden agarrar objetos curvos, como el cuerpo de un cohete.
Uno de los mayores desafíos del trabajo fue asegurar que la carga de los adhesivos se distribuyera uniformemente, lo que los investigadores lograron conectando los pequeños cuadrados a través de un sistema de poleas que también sirve para bloquear y desbloquear las almohadillas. Sin este sistema,Una tensión desigual haría que los cuadrados se despegaran uno por uno, hasta que se soltara toda la pinza. Este sistema de reparto de carga también permite que la pinza trabaje en superficies con defectos que impiden que se peguen algunos cuadrados.
El grupo también diseñó la pinza para cambiar entre un estado relajado y rígido.
"Imaginando que estás tratando de agarrar un objeto flotante, quieres ajustarte a ese objeto siendo lo más flexible posible, para no empujar ese objeto", explicó Hao Jiang, un estudiante de posgrado en Cutkoskylaboratorio y autor principal del artículo. "Después de agarrar, desea que su manipulación sea muy rígida, muy precisa, para que no sienta retrasos o holgura entre su brazo y su objeto".
Adhesivo inspirado en Gecko en zero-G
El grupo probó por primera vez la pinza en el laboratorio de Cutkosky. Midieron de cerca cuánta carga podía soportar la pinza, qué sucedió cuando se aplicaron diferentes fuerzas y pares y cuántas veces se podría atascar y despegar. A través de su asociación con JPL,los investigadores también probaron la pinza en entornos de gravedad cero.
En el Robodome de JPL, unieron pequeños brazos rectangulares con el adhesivo a un robot grande, luego colocaron ese robot modificado en un piso que se parecía a una mesa gigante de hockey de aire para simular un entorno 2D de gravedad cero. Luego intentaron conseguir su robotpara deslizarse por el suelo sin fricción y capturar y mover un robot similar.
"Hicimos que un robot persiguiera al otro, lo atrapara y luego lo empujara hacia donde queríamos que fuera", dijo Hawkes. "Creo que definitivamente fue una revelación, ver cómo un parche relativamente pequeño de nuestroel adhesivo podría tirar de un robot de 300 kilogramos. "
A continuación, Jiang y Parness realizaron un vuelo en avión parabólico para probar la pinza en gravedad cero. Durante dos días, volaron una serie de 80 ascensos e inmersiones, que crearon una experiencia alterna de aproximadamente 20 segundos de 2G y 20 segundos deCondiciones de gravedad cero en la cabina. La pinza agarró y soltó con éxito un cubo y una pelota de playa grande con un toque lo suficientemente suave como para que los objetos apenas se movieran cuando se soltaba.
Por último, el laboratorio de Parness desarrolló una pequeña pinza que se instaló en la Estación Espacial Internacional ISS, donde probaron qué tan bien funcionaban las pinzas dentro de la estación.
Los siguientes pasos para la pinza implican prepararla para probarla fuera de la estación espacial, incluida la creación de una versión hecha de materiales más duraderos capaces de soportar altos niveles de radiación y temperaturas extremas. El prototipo actual está hecho de madera contrachapada cortada con láser yincluye bandas de goma, que se volverían frágiles en el espacio. Los investigadores tendrán que fabricar algo más resistente para realizar pruebas fuera de la EEI, probablemente diseñado para sujetarse al extremo de un brazo robótico.
De vuelta en la Tierra, Cutkosky también espera que puedan fabricar grandes cantidades del adhesivo a un costo menor. Se imagina que algún día el adhesivo inspirado en los gecos podría ser tan común como el velcro.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford . Original escrito por Taylor Kubota. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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