Làm thế nào tắc kè có thể cải thiện du hành không gian

Khi Cuộc đua không gian thời Chiến tranh Lạnh bắt đầu vào những năm 1950, không ai thực sự nghĩ về vấn đề rác trong tương lai. Nhưng hiện nay, có hơn 21.000 mảnh vỡ quỹ đạo trên quỹ đạo Trái đất, bao gồm một cụm đang phát triển trên quỹ đạo không đồng bộ địa lý nơi có rất nhiều vệ tinh có giá trị, cũng như gần Trạm vũ trụ quốc tế trên quỹ đạo Trái đất thấp.

Vào năm 2009, đã có một vụ va chạm vô tình lấy ra một vệ tinh liên lạc và tình hình chỉ trở nên tồi tệ hơn. Thậm chí còn có một Ủy ban điều phối các mảnh vỡ không gian liên cơ quan, với sự tham gia tích cực từ một số chương trình không gian của các quốc gia bao gồm Mỹ, Ấn Độ, Đức, Nga, Hàn Quốc và Trung Quốc.

Tiến sĩ Aaron Parness, Trưởng nhóm Robotics tại Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA, có một giải pháp. Nhóm của ông đã xây dựng một hệ thống neo giúp làm sạch các thân tên lửa bị loại bỏ và các vệ tinh không hoạt động. Phần thú vị? Nó được mô phỏng theo một con tắc kè (vâng, con vật có bàn chân dính).

Parness bắt đầu nghiên cứu này khi anh đến Stanford để học cao học. "Ban đầu chúng tôi đã nghĩ về robot leo tường, vì vậy tôi quan tâm đến việc mang đến cho chúng khả năng di động tiên tiến hơn", Parness nói với PCMag. "Đó là khi tôi chuyển sang thế giới tự nhiên để lấy cảm hứng. Tắc kè là người leo núi giỏi nhất thế giới, họ có thể treo toàn bộ trọng lượng cơ thể từ một ngón chân. Và cách họ có thể làm điều này là sử dụng cấu trúc vi mô tuyệt vời này trên đôi chân của họ: rất nhiều sợi lông nhỏ xíu. "

"Vì vậy, tôi bắt đầu nghiên cứu về việc tạo ra các phiên bản tổng hợp của những sợi tóc này và áp dụng chúng cho robot của chúng tôi để cho phép leo thẳng đứng", ông tiếp tục. "Khi tôi đến JPL, tôi bắt đầu nghĩ về trọng lực không trọng lực vi mô, đó là vấn đề leo trèo nhiều hơn là vấn đề đi bộ. Nếu bạn không treo lơ lửng trên bề mặt, bạn sẽ rơi ra ngoài không gian."

Những sợi lông tổng hợp này, hay "cuống", là một phiên bản đơn giản của những cái trên bàn chân của con tắc kè ngoài đời thực; hình nêm với nắp nghiêng hình nấm (hình trên). Khi miếng kẹp giữ chạm nhẹ vào một phần của vật thể, chỉ có các đầu của sợi lông tiếp xúc với bề mặt đó. Độ dính bật và tắt, tùy thuộc vào hướng của lông bất cứ lúc nào.

Độ bám dính tạm thời được giải thích bởi Lực lượng Van der Waals (được đặt theo tên của nhà vật lý đoạt giải Nobel, ông Julian Diderik van der Waals), trong đó các electron quay quanh hạt nhân của các nguyên tử không cách đều nhau, tạo ra một điện tích nhẹ và tạo ra lực. Lực được áp dụng, làm tăng diện tích tiếp xúc giữa "cuống" và bề mặt, tạo độ bám dính cao hơn. Khi lực được thả lỏng, "cuống" ping trở lại vị trí thẳng đứng và độ dính bị tắt.

Bộ kẹp sẽ hữu dụng nhất khi được gắn vào các đơn vị robot dưới dạng bộ phận đầu cuối (tay) để tham gia vào các nhóm hợp tác giữa người và robot trong không gian.

"Các phi hành gia có rất nhiều ràng buộc trong môi trường họ đang làm việc, " Parness giải thích. "Chẳng hạn, họ có găng tay điều áp, vì vậy sự khéo léo của họ không phải là điều có thể. Vì vậy, việc giúp robot có hiệu quả là điều tối quan trọng. Công nghệ kẹp của chúng tôi có thể được sử dụng bởi một robot bò di chuyển dọc bên ngoài Trạm vũ trụ quốc tế để kiểm tra định kỳ, làm sạch nhiệm vụ, kiểm tra thiết bị, vì vậy con người không cần phải mặc quần áo và đi ra ngoài cho đến khi robot tìm thấy một vấn đề nghiêm trọng. "

Tất cả đều hoạt động tuyệt đẹp trong không trọng lực. Các dụng cụ kẹp đã được thử nghiệm thành công tại JPL trên hơn 30 vật liệu phổ biến được sử dụng trên tàu vũ trụ, và cũng đã được thử nghiệm trong buồng chân không nhiệt ở nhiệt độ âm 76 độ F để mô phỏng các điều kiện của không gian. Họ cũng đã đi lên trong một chuyến bay thử nghiệm thông qua Chương trình Cơ hội Chuyến bay của Ban Giám đốc Sứ mệnh Công nghệ Vũ trụ của NASA.

"Chúng tôi đã thử nghiệm trên máy bay vi trọng lực của NASA và không ai ném lên, đó là một sự giải thoát, bởi vì nó có tiếng là mang lại cho con người chứng say tàu xe", Parness châm biếm. "Chúng tôi đã thử nghiệm các dụng cụ kẹp trong một số tình huống nhiệm vụ, như thu thập các mảnh vỡ và trên robot kiểm tra vệ tinh để bảo trì. Chúng tôi có một khối lập phương nổi 10kg với các bề mặt có kết cấu khác nhau thường được sử dụng trên tàu vũ trụ và chúng tôi có thể lấy nó, điều khiển nó, và giải phóng nó giống như bạn có thể lấy một mảnh vụn, kéo nó xuống và giải phóng nó để đốt cháy khi đi vào bầu khí quyển Trái đất. Phần khó nhất là đưa các mảnh vỡ trôi nổi và người vận hành ở cùng một vị trí cùng một lúc, trong trường hợp đó, robot tốt hơn con người. "

Kiểm tra chúng trong hành động trong video dưới đây.