Американские разработчики продемонстрировали манипуляторы, способные захватывать и удерживать объекты даже в условиях микрогравитации, действуя как лапки геккона, ползущего по стене.

По состоянию на середину 2016 г. на околоземной орбите отслеживалось 17852 крупных искусственных тела, из которых только 1419 были действующими спутниками. Количество искусственных объектов размерами более 1 см здесь оценивается уже под 200 млн – и чем острее стоит проблема космического мусора, тем очевиднее, что решить ее будет непросто, особенно с мелкими фрагментами.

Традиционные способы «уборки» на орбите не помогут. Здесь практически полный вакуум, и засосать мусор, как это делает пылесос или воздушный фильтр, не получится. Собрать фрагменты на липкую поверхность тоже невозможно: существующие адгезивные материалы не выдерживают резких перепадов температуры и деградируют под действием космических частиц и излучения. Однако помощь может прийти с неожиданной стороны – от живой природы.

В журнале Science Robotics Марк Каткоски (Mark Cutkosky) и команда возглавляемой им в Стэнфордском университете Лаборатории биомиметики представили проект роботизированной системы сбора космического мусора, которая использует подход, заимствованный у гекконов. Усеянные микроузором лапки этих ловких ящериц создают огромную площадь контакта с поверхностью опоры, позволяя проявляться обычно слабым силам Ван-дер-Ваальса, которые удерживают зверька даже на вертикальной поверхности стены.

Один из авторов работы демонстрирует возможности нового материала / ©Kurt Hickman

Этой темой команда Каткоски занимается уже больше десяти лет, и теперь им удалось получить прототипы роботизированных манипуляторов, оснащенных «гекконовыми лапками». Авторы показали, что такая система легко захватывает и удерживает предметы, многократно превосходящие ее по размерам и массе. Подобно лапкам настоящего геккона, силы Ван-дер-Ваальса действуют лишь при приложении небольшого усилия в определенном направлении, что позволяет точно регулировать захват целей, сжимая ее с двух сторон или снова освобождая.

Это удалось продемонстрировать в Robo-Dome – тестовой площадке Лаборатории реактивного движения NASA, похожей на покрытое льдом хоккейное поле, на котором отрабатывают координацию движений роботов в условиях «двумерной микрогравитации», когда перемещения машин на плоскости почти свободно. Здесь манипуляторы смогли удержать вместе пару 370-килограммовых аппаратов.

Позднее эксперименты были проведены и в условиях реальной микрогравитации, на борту самолета NASA. Они показали способность манипулятора улавливать предметы разной формы, кубические, цилиндрические, сферические – имитирующие спутник, отработанную ступень ракеты и баллоны высокого давления. Наконец, успешные испытания прошли на МКС – и готовятся за ее пределами.

Ученые отмечают, что применение их система может найти гораздо шире, чем «орбитальная уборка»: она подойдет и для других задач, в которых требуется взаимодействие со спутниками, будь то их ремонт и заправка или даже формирование сложных многомодульных структур.

©Stanford University