Wie Geckos die Raumfahrt verbessern können

Als das Weltraumrennen zur Zeit des Kalten Krieges in den 1950er Jahren begann, dachte niemand wirklich über das zukünftige Müllproblem nach. Mittlerweile befinden sich mehr als 21.000 Teile von Trümmerteilen in der Erdumlaufbahn, darunter ein wachsender Cluster in der geosynchronen Umlaufbahn, in der sich viele wertvolle Satelliten befinden, sowie in der Nähe der Internationalen Raumstation in der erdnahen Umlaufbahn.

Im Jahr 2009 kam es zu einer versehentlichen Kollision, bei der ein Kommunikationssatellit abgeschossen wurde, und die Situation verschlechtert sich weiter. Es gibt sogar ein interinstitutionelles Koordinierungskomitee für Weltraummüll, an dem eine Reihe von Raumfahrtprogrammen der Nationen aktiv teilnimmt, darunter die USA, Indien, Deutschland, Russland, Korea und China.

Dr. Aaron Parness, Gruppenleiter für Robotik im Jet Propulsion Laboratory der NASA, hat eine Lösung. Sein Team baute ein Verankerungssystem, das die weggeworfenen Raketenkörper und nicht betriebsbereiten Satelliten aufräumt. Der interessante Teil? Es ist einem Gecko nachempfunden (ja, das Tier mit den klebrigen Füßen).

Parness begann diese Forschung, als er zur Graduiertenschule nach Stanford kam. "Ursprünglich dachten wir über Wandkletterroboter nach, daher war ich daran interessiert, ihnen eine erweiterte Mobilität zu bieten", sagte Parness gegenüber PCMag. "Damals habe ich mich der Natur zugewandt, um mich inspirieren zu lassen. Geckos sind die weltbesten Kletterer. Sie können ihr gesamtes Körpergewicht an einem Zeh aufhängen. Und die Art und Weise, wie sie dies tun können, ist die Verwendung dieser erstaunlichen Mikrostruktur, die an ihren Füßen ist: viele kleine Härchen."

"Also habe ich angefangen, synthetische Versionen dieser Haare zu entwickeln und sie auf unsere Roboter anzuwenden, um vertikales Klettern zu ermöglichen", fuhr er fort. "Als ich zu JPL kam, begann ich über Schwerelosigkeit nachzudenken, die viel eher ein Problem beim Klettern als beim Gehen ist. Wenn man sich nicht an der Oberfläche festhält, fällt man ab - man schwebt weg in den Weltraum."

Diese synthetischen Haare oder "Stiele" sind eine vereinfachte Version der eines echten Geckofußes. keilförmig mit einer abgeschrägten, pilzförmigen Kappe (siehe Abbildung oben). Wenn die Greiffläche einen Teil eines Objekts leicht berührt, berühren nur die Haarspitzen diese Oberfläche. Die Klebrigkeit wird je nach Richtung der Haare zu einem bestimmten Zeitpunkt ein- und ausgeschaltet.

Die vorübergehende Haftung wird von Van der Waals Forces (benannt nach dem Nobelpreisträger Johannes Diderik van der Waals) erklärt, bei dem Elektronen, die die Atomkerne umkreisen, nicht gleichmäßig verteilt sind, eine leichte elektrische Ladung erzeugen und die Kraft erzeugen. Es wird eine Kraft ausgeübt, die den Kontaktbereich zwischen den "Stielen" und der Oberfläche vergrößert und für eine bessere Haftung sorgt. Wenn die Kraft nachlässt, klopfen die "Stiele" in eine aufrechte Position zurück und die Klebrigkeit wird ausgeschaltet.

Der Greifer wird am nützlichsten sein, wenn er an Robotereinheiten als Endeffektoren (Hände) angebracht wird, um an Teams zur Zusammenarbeit von Mensch und Roboter im Weltraum teilzunehmen.

"Astronauten haben viele Einschränkungen in der Umgebung, in der sie arbeiten", erklärte Parness. "Sie haben zum Beispiel Druckhandschuhe, deshalb ist ihre Fingerfertigkeit nicht das, was es sein könnte. Daher ist es von größter Wichtigkeit, dass Roboter ihnen helfen, effektiv zu sein. Unsere Greifertechnologie könnte von einem Kriechroboter verwendet werden, der sich an der Außenseite der Internationalen Raumstation entlangbewegt routinemäßige Inspektionen, Reinigungsaufgaben und die Überprüfung der Ausrüstung, damit der Mensch sich nicht anziehen und dorthin gehen muss, bis der Roboter ein ernstes Problem findet."

Es funktioniert alles wunderbar in der Schwerelosigkeit. Die Greifer wurden bei JPL erfolgreich an über 30 gängigen Materialien für Raumfahrzeuge getestet und auch in einer thermischen Vakuumkammer bei Temperaturen von minus 76 Grad Fahrenheit getestet, um die Bedingungen im Weltraum zu simulieren. Sie nahmen auch an einem Testflug durch das Flight Opportunities Program der NASA-Direktion für Weltraumtechnologie-Missionen teil.

"Wir haben in der Schwerelosigkeitsebene der NASA getestet und niemand hat sich übergeben, was eine Erleichterung war, da sie den Ruf hat, Menschen Reisekrankheit zuzufügen", witzelte Parness. "Wir haben die Greifer in verschiedenen Missionsszenarien vorgeführt, z. B. beim Sammeln von Trümmern und auf einem Roboter, der einen Satelliten auf Wartung inspiziert. Wir hatten einen schwimmenden Würfel von 10 kg mit verschiedenen strukturierten Oberflächen, die üblicherweise auf Raumfahrzeugen verwendet werden, und wir konnten ihn greifen, manipulieren, und lassen Sie es los, so wie Sie ein Stück Abfall ergreifen, abschleppen und es beim Eintritt in die Erdatmosphäre zum Abbrennen bringen könnten. Das Schwierigste war, dass sich der schwimmende Abfall und der Bediener zur selben Zeit am selben Ort befanden. In diesem Fall ist ein Roboter besser als ein Mensch."

Schauen Sie sich diese im Video unten in Aktion an.