فضا و نجوم

مارمولک‌ها چگونه به جمع‌آوری زباله‌های فضایی کمک می‌کنند؟

نوشته شده توسط مریم فخیمی

پژوهش جدید نشان می‌دهد که گیره‌های رباتیک الهام گرفته از مارمولک‌های گِکو می‌تواند به جمع‌آوری زباله در فضا کمک کند.
اینکه انسان بعد از فتح فضا موجب آلودگی آن شده یک راز نیست! ماهواره‌های غیرفعال، قطعات کپسول‌های سوخت موشک و بقایای برخوردهای گذشته مانند تصادف ماهواره روسی روسیه در سال ۲۰۰۹، از عوامل ایجاد آلودگی در فضا است.
این زباله‌های سرگردان فضایی باعث ایجاد مشکلاتی برای فضانوردان می‌شوند. زیرا مأموریت‌های جدید به محاسبه دقیق برای ردیابی زباله‌ها و جلوگیری از برخورد با آن‌ها نیاز دارند. مدار ایستگاه فضایی بین‌المللی چندین بار در سال تغییر می‌کند تا از برخوردهای فاجعه بار با زباله‌های فضایی جلوگیری شود.
چالش اصلی این است که چگونه این زباله‌ها باید جمع‌آوری شود؟ برخی از این اجرام را در صورتی که دارای دستگیره باشد می‌توان گرفت. اما بسیاری از زباله‌ها دارای سطوح صاف و بدون نقاط دسترسی هستند.
برای رهایی از این زباله‌های سرگردان محققان ناسا با همکاری محققان دانشگاه استنفورد در کالیفرنیا گیره‌هایی برای جمع‌آوری زباله‌های فضایی ساخته‌اند. این گیره‌ها با الهام از پاهای چسبناک مارمولک گکو (Gecko) ساخته شده‌اند.

طبق گزارش ناسا، در حال حاضر بیش از ۵۰۰ هزار زباله ریز و درشت در مدار زمین قرار دارند. این زباله‌های سرگردان از سرعتی در  حدود ۲۸ هزار کیلومتر در ساعت برخوردارند که یک خطر بزرگ برای فضانوردان، ماهواره‌ها و فضاپیماها است.
در گذشته برخورد زباله‌های سرگردان به ماهواره‌ها خسارات چند میلیون دلاری به بار آورد. از طرفی، چنین برخوردهایی به تخریب اشیاء و تولید زباله‌های بیشتر و ریزتر در فضا منجر می‌شود که به واکنش زنجیره فاجعه‌آمیزی به نام «سندرم کسلر» معروف است. سندرم کسلر به حدود ۲۳ هزار قطعه زباله پراکنده در فضای بالای جو گفته می‌شود که به تهدیدی جدی برای جهان تبدیل شده است.
علیرغم خطرات ناشی از زباله‌های فضایی، این بقایا جمع‌آوری نمی‌شود. زیرا تکنولوژی‌های مورد استفاده در دستگاه‌های جمع‌آوری زباله‌های زمینی کاربردی در فضا ندارند. به طور مثال:

  • بازوهای روباتیک متعارف برای نگه داشتن قطعات بزرگ و صاف زباله‌های فضایی مناسب نیستند.
  • آهنربا شیشه یا آلومینیوم را جذب نمی‌کند.
  • دستگاه‌های مکنده در فضای فاقد اتمسفر، کارایی ندارد.
  • مواد چسبنده سنتی، مانند نوار، عمدتا بی‌فایده هستند. زیرا مواد شیمیایی کارشده در آن‌ها در برابر نوسانات شدید دما در فضا مقاوم نیستند.

در حال حاضر، دانشمندان گیره‌های رباتیک را با الهام از مارمولک‌های گکو برای کمک به جمع‌آوری زباله‌های فضایی توسعه داده‌اند. این دستگاه در فضا نیز آزمایش شد و توانست با موفقیت اشیاء شناور در ایستگاه فضایی بین‌المللی و پروازهای میکروگرانشی را بگیرد.
بر خلاف گیره‌هایی که از پمپ‌های بادی یا چسب‌هایی مایع یا نواری استفاده می‌کنند، این گیره از نوارهای مربعی با مواد الهام گرفته از پاهای مارمولک گکو ساخته شد.
مارمولک‌های گکو خزندگانی هستند که می‌توانند با انگشتان پا به  سقف بچسبند. انگشتان پای این گونه از صدها موی میکروسکوپی پوشیده شده و نوعی نیروی الکتریکی تولید می‌کند که کمک می‌کند این خزنده روی سطوح عمودی چسبیده و سقوط نکند.
این گیره جدید چون پای مارمولک گکو پیچیده نیست. چسبندگی آن با استفاده از تیغه‌هایی که حدود ۴۰ میکرومتر عرض دارند ایجاد می‌شود. در حالی‌که عرض ساختارهای چسبناک پای مارومولک گکو حدود ۲۰۰ نانومتر است.
با این حال، این چسب مصنوعی همانند پای مارمولک عمل می‌کند. توانایی این گیره‌ها در اتصال و جداشدن از اشیا، بدون حرکت اضافی بسیار منحصربه فرد است. گیره با حسگر لمسی فعال و هنگامی که تماس با آنها برقرار می‌شود.
به طور خودکار به اشیا متصل می‌شود. در نبود گرانش، از این گیره‌ها برای جابجایی اشیا بزرگ چون ماهواره‌ها و سفینه‌ها می‌توان استفاده کرد. گیره‌ها قادرند اشیایی با وزن ۴۰۰  کیلوگرم را جابه‌جا کنند.
یکی از چالش هایی که محققان با آن روبرو بودند، طراحی یک سیستم قرقره بود تا اطمینان حاصل شود بار بر روی نوارهای چسب به طور مساوی توزیع می‌شود. بدون این سیستم، فشارهای نامتوازن بر روی چسب‌ها وارد شده و موجب می‌شد که نوارها از روی جسم سر خورده قادر به اتصال نباشند.
این دستگاه دارای شبکه‌ای از مربع‌های چسبناک با نوارهای حاوی چسب است. این نوارهای چسبناک می‌توانند به اشیایی با سطح خمیده و صاف بچسبند. به همین دلیل  قادرند زباله‌های مختلفی را از فضا جمع‌آوری کنند.

این گیره‌ها در پروازهای میکروگرانشی ناسا که توسط هواپیمای C-9B صورت می‌گیرد آزمایش شدند. این شرایط گیره‌ها توانستند اشیا مکعبی، سیلندرها و توپ‌های ساحلی را با ملایمت و بدون فشار اضافی لمس و بگیرند.
این گیره‌هابرای آزمایش به ایستگاه فضایی بین المللی ارسال و نتایج امید بخشی دریافت شد.  هدف بعدی ارسال گیره‌ها به فضا برای آزمایش در فضای بیرون از ایستگاه برای تست مقاومت چسب در برابرحرارت و تابش زیاد است.
تیم سازنده معتقد است در آینده با استفاده از این فناوری جدید می‌توان روبات‌هایی با پاهای چسبناک ساخت که وظایف مربوط به تعمیر، نگهداری و بازرسی ماهواره‌های مخابراتی، تلسکوپ‌های فضایی و ایستگاه‌های فضایی را انجام دهد، در اینصورت نیاز به راهپیمایی فضایی توسط فضانوردان و احتمال وقوع خطرات ناشی از آن کاهش می‌یابد.
پژوهشگران امیدوارند در چهار تا پنج سال آینده از این ربات‌ها برای جمع‌آوری زباله‌های فضایی استفاده کنند.

درباره نویسنده

مریم فخیمی

دیدگاه شما چیست