このヤモリにヒントを得たロボットは宇宙ゴミ問題の解決に役立つかもしれない

数十年にわたる宇宙旅行で、私たちが必ずしも後始末をしてきたわけではないことは周知の事実です。宇宙ゴミは、機能停止した衛星、空のロケット燃料容器、2009 年のロシアの衛星衝突のような過去の衝突による破片など、地球の軌道上に徐々に蓄積しています。地球外からのゴミは、現在の宇宙飛行士にとって深刻な問題を引き起こしています。新しいミッションでは、障害物を追跡して回避するための慎重な計算が必要だからです。国際宇宙ステーションは、そのような宇宙ゴミとの悲惨な衝突を避けるために、年に数回調整を行っています。

しかし、ゴミを引っ掛けて処分する方法を誰も知らない。持ち手があれば引っ掛けられるゴミもあるが、ゴミの多くはアクセスポイントのない滑らかな表面でできている。このため、スタンフォード大学のマーク・カトコスキー氏は水曜日のフェイスブックライブストリームで「これは未解決の問題のようなものだ」と述べた。しかし、今週サイエンス・ロボティクス誌に発表された論文で、カトコスキー氏と彼の同僚は、最も大きくて危険なゴミを捕らえるために特別に設計された新しいタイプのグリッパーを明らかにした。

空気圧ポンプやダクトテープのような接着剤を使用する他のグリッパーとは異なり、このグリッパーはヤモリの足からヒントを得た素材のタイルを使用しています。このグリッパーは、15ミクロンの幅（頭の毛の10分の1）の毛のような極小のマイクロウェッジを備えており、一定方向に押すと曲がり、ファンデルワールス力でくっつきます。タイルに取り付けてペアで使用すると、共通の紐を引っ張ることで素材が活性化し、垂直に持ち上げると解放されます。このようにして、粘着性を簡単にオン/オフにすることができ（再利用が可能）、ソーラーパネルや宇宙船の窓などの表面にも優しい製品となっています。

次に、一対のタイルを滑車システムで連結し、張力を均等に分散します。表面ベースのグリップは表面の欠陥 (小さな破片による穴や日焼けによる塗装の剥がれなど) の影響を受けやすいため、これによりグリッパーの信頼性が高まります。変化によって 1 つのパッドの張力が失われても、残りのパッドで安全に補うことができます。また、負荷分散システムにより、これらのグリッパーは、登山ロボットの足のようなパッドから、スペース シャトルのドッキング スタビライザーまで、さまざまな用途に合わせて拡張できます。

再利用可能で拡張可能であることに加え、グリッパーは余分な動作なしで取り付けたり取り外したりできるという点でユニークです。グリッパーはタッチセンサーによって起動し、物体に接触すると自動的に掴みます。宇宙飛行士はリリースボタンで物体を放すことができ、グリッパーは物体を乱すことなくきれいに取り外します。このきれいな取り外しは、物体の慣性により制御不能に転がる可能性がある無重力状態では非常に重要です。研究者は、以下に示すような平面と湾曲した円筒用のグリッパーを設計し、よりしっかりと保持し、より不確実性を抑えて取り外しできるようにしました。

大気の抵抗がないため、これらのグリッパーは衛星や宇宙船のような巨大な物体にも使用できます。地球では物体を持ち上げるのに握力が必要ですが、宇宙では物体を掴んで操作するだけで済みます。そのため、NASA の微小重力をシミュレートする「ロボドーム」(「巨大なエアホッケー テーブル」と表現される) では、1 つのグリッパーで 850 ポンドのロボットに取り付けて牽引することができました。

「グリッパーは、宇宙でも地球上でも（ニュートン単位で）同じグリップ力を発揮します」と、研究著者のスタンフォード大学のハオ・ジャン氏はPopSciにメールで語った。「違いは用途です。地球上では物を持ち上げようとしますが、宇宙では物をゆっくりと加速したり減速したりします…私たちのグリッパーの1つは（地球上では）木箱を持ち上げることができますが、浮遊環境では車を掴んで操作することができます。」

制御された方法で取り扱い、移動できるようになれば、宇宙ゴミは大気圏に押し出して安全に燃やすか、宇宙船に引き寄せて分解し、リサイクルすることができます。研究者たちは、これらのロボットが今後 4 ～ 5 年以内に宇宙で惑星以外のゴミを収集することを期待しています。それまでは、ロボットの活動をご覧ください。