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工业之美丨太空垃圾太多怎么办?仿生机器人来当捕手

一款身形近似于大象鼻子和章鱼触角的新型连续体仿生机器人,能有力地抓取物品。

图片来源:视觉中国

记者 | 徐宁

自前苏联发射人类第一颗人造卫星斯普特尼克1号以来,全世界各国共执行了超过4000次的发射任务,产生了大量的太空垃圾。

太空垃圾主要包括航天发射的抛弃物、火箭爆炸物、废弃航天器,以及飞行器解体产生的碎片等。

如何清理这些太空垃圾,成为一项迫在眉睫的世界性课题。

2月3日,天津大学现代机构学与机器人学中心康荣杰副教授团队研发了一款新型连续体仿生机器人。

该研究成果以《基于几何约束的记忆合金变刚度新型连续体机器人建模与分析》为题,在机器人领域国际权威期刊《机器人学研究》上发表。

这一新型连续体仿生机器人身形近似于大象鼻子和章鱼触角,既柔软可伸缩,又可以有力地抓取物品。在视野盲区,该机器人还可利用安装在末端的摄像头,绕过障碍物对目标进行抓取。

据研究团队介绍,该款仿生机器人有望成为一名出色的太空“捕手”,有效地处理失效卫星和太空碎片。

视频来源:CAAI认知系统与信息处理专委会

据中国青年网报道,康荣杰表示,传统抓捕太空垃圾的方式,基本上选用的是刚性机械臂。这些装置在与卫星或飞船外侧的机械臂及高速移动的空间碎片碰撞后,极易出现损伤。柔性机械臂则可缓冲与被捕捉物撞击时的冲击力。

天津大学这款新型连续体仿生机器人的本体,由超弹性镍钛合金制作的中央骨架和3D打印技术制作的约束盘构成。

通过均匀分布在约束盘周围的驱动丝,可控制其本体结构主动弯曲,或根据环境变化发生被动变形。

为了提高其柔性结构的负载能力,研究人员还在机器人内部设计了由记忆合金驱动的刚度调节机构。

当机器人达到预定的操作位置后,可将驱动丝与约束盘相对锁定,进而最多可提高机器人三倍的刚度,使机器人实现“刚柔并济”的效果。

视频来源:CAAI认知系统与信息处理专委会

此外,该仿生机器人还具有极强的环境适应性。

据《科技日报》报道,该机器人无需配备复杂的传感系统,就能够在未知环境下执行避障探索等动作。这突破了传统机器人通常只在规定空间内作业的局限性。

该研究团队的天津大学戴建生教授表示,该仿生机器人未来还可应用于灾难环境救援,航空发动机探修等特殊场景。

面对太空垃圾,多年来各国科学家曾尝试过各种手段。

2019年2月,英国萨里航天中心宣布,成功完成了世界首次用“鱼叉”捕获太空碎片的实验。

实验中,当捕捉的目标碎片处于1.5米外时,航天器会发射一个小型“鱼叉”,以每小时44英里的速度击穿碎片,然后将其拖到大气层中燃烧。

“鱼叉”捕获太空碎片。图片来源:欧空局官网

此前,该航天中心曾实验,在太空中先释放一颗小型立方星,再利用一张特殊的网捕获太空碎片以及该小型立方星。最后两者一起脱离轨道,进入大气层时被高温分解。

“渔网”捕获试验概念图。图片来源:欧空局官网

 

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