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受壁虎的启发,科学家想到了清理太空垃圾的好方法

科普小知识2022-07-26 13:29:05
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受壁虎的启发,科学家想到了清理太空垃圾的好方法

斯坦福大学的研究人员28日报告称,受壁虎吸收墙壁原理的启发,他们开发出了一种能够抓取太空中漂浮物体的机械抓手,预计这种抓手将被用于清理和回收威胁越来越大的太空垃圾。

结果在同一天发表在美国科学机器人杂志的新一期上。该论文的第一作者、斯坦福大学机械学院的姜浩博士告诉新华社,近年来,空间碎片的数量迅速增加,导致现役卫星面临越来越多的威胁。抓取和回收空间碎片已经成为一个重要的研究方向。经过五年的研究,他们已经研制出一种“壁虎抓手”,原则上可以抓取各种形状、大小和材料的空间碎片,如太阳能电池板、飞行舱体、燃料箱壳、火箭壳等。

姜浩解释说,壁虎通过它们脚上的细毛和墙壁之间的分子间吸附力来吸收墙壁。他们开发的仿壁虎材料原理相同,核心在于定向吸附力,这意味着材料平时不粘,当有切向力时,它会牢牢吸附物体表面,整个过程几乎不需要挤压。当两块这样的材料组合成一个手柄时,手柄看起来就像“只需轻轻接触物体表面就能抓住手柄”。

目前,“壁虎抓手”的原型分为两种:抓平面和抓曲面。抓取平面原型可以抓取任何尺寸的平面,抓取面原型可以抓取直径为0.6至2.2米的表面。“空间的实际应用可以通过使用可变尺寸的夹具或根据特定的应用要求来决定。”姜浩说道。

实验室、零重力飞机和国际空间站的研究人员进行的测试表明,壁虎抓手原型能够抓取和操纵370公斤重的物体,以及300克以下的物体。轻的物体在零重力下很容易被推开,所以也有必要抓住小质量物体进行测试。

在此之前,已经提出了一些其他方案,例如使用大的网或磁铁,但是这些方案仅仅处于计划和模拟阶段。姜浩和其他人是第一批制造原型并把它们放入微重力环境进行测试的团队。现在,他们正在进行的一项研究课题是探索空间碎片的表面腐蚀,并确定腐蚀对吸附能力的影响。此外,他们还计划将来在舱外进行实验。

“我不能预测壁虎抓手什么时候会投入使用,”姜浩说,“但从五年的发展来看,我认为不会太远。从技术上讲,我们还将引入触觉传感器和静电吸附,以帮助提高抓手的性能。”