美國斯坦福大學研究人員近日報告,受壁虎吸附墻壁原理啟發(fā),他們研制出一種能夠抓住太空漂浮物體的機械抓手,有望用來清理回收威脅日益增大的太空垃圾。
這項成果當天發(fā)表在新一期美國《科學·機器人學》雜志上。論文第一作者、斯坦福大學機械學院姜皓博士表示,近年來,太空垃圾數(shù)量迅速增長,導致現(xiàn)役衛(wèi)星承受著越來越多的威脅,抓取并回收太空垃圾成為重要的研究方向。他們經(jīng)5年研制出“壁虎抓手”,從原理上說可以抓取很多種形狀、大小、材料不同的太空垃圾,如太陽能電池板、飛船艙體、燃料箱外殼、火箭外殼等。
姜皓解釋說,壁虎吸附墻壁是靠它們腳上細微毛發(fā)與墻壁接觸的分子間吸附力,他們研發(fā)的仿壁虎材料運用了相同原理,核心在于有方向的吸附力,也就是說這種材料在平時不粘,而當有切向力的時候就會牢牢吸住物體表面,整個過程幾乎不需要進行按壓。把兩塊這樣的材料組合成一個抓手,使用時看起來“只是輕輕接觸物體表面就能粘上去”。
目前,“壁虎抓手”原型機分為抓平面和抓曲面兩類。抓平面原型機可以抓取任意大小的平面,抓曲面原型機可以抓0.6~2.2米直徑的曲面?!罢嬲龖迷谔湛梢钥紤]使用尺寸可變化的抓手,或者根據(jù)具體應用要求來確定?!苯┱f。
研究人員在實驗室、零重力飛機和國際空間站里進行的測試表明,“壁虎抓手”原型機能抓取并操作重達370千克的目標物體,也能抓取并操作質量不到300克的物體。輕的物體在零重力中很容易被推走,所以抓取小質量物體同樣有必要進行測試。
此前,曾有人提出一些其他方案,比如使用一張大網(wǎng)或者磁鐵,但這些方案都只停留在計劃和仿真階段。姜皓等人是最開始制作原型機并投入微重力環(huán)境中測試的團隊?,F(xiàn)在,他們正在開展的一個研究課題是探索太空垃圾表面的腐蝕情況,確定腐蝕問題對吸附能力的影響。此外,他們還計劃在未來開展飛船艙外的實驗。
“我現(xiàn)在不能預言‘壁虎抓手什么時候會真正投入應用,”姜皓說,“但是從這5年發(fā)展來看,我覺得離投入應用不會太久遠。在技術上我們還將引入觸覺傳感器和靜電吸附來輔助,更好地提升抓手的性能?!保ㄐ氯A網(wǎng))