Comment les geckos peuvent améliorer les voyages dans l'espace

Lorsque la course à l'espace de la guerre froide a commencé dans les années 50, personne ne s'est vraiment soucié du futur problème des déchets. Mais maintenant, il y a plus de 21 000 débris orbitaux en orbite terrestre, y compris un groupe croissant en orbite géosynchrone où se trouvent de nombreux satellites de valeur, ainsi que près de la Station spatiale internationale en orbite terrestre basse.

En 2009, une collision accidentelle a emporté un satellite de communication et la situation ne fait qu'empirer. Il existe même un comité de coordination interinstitutions sur les débris spatiaux, auquel participent activement plusieurs programmes spatiaux, dont les États-Unis, l'Inde, l'Allemagne, la Russie, la Corée et la Chine.

Le Dr Aaron Parness, chef de groupe de la robotique au laboratoire de propulsion par jet de la NASA, a une solution. Son équipe a construit un système d’ancrage qui nettoie les corps de fusée et les satellites non opérationnels. La partie intéressante? Il est modelé sur un gecko (oui, l'animal aux pieds collants).

Parness a commencé cette recherche quand il est arrivé à Stanford pour des études supérieures. "À l'origine, nous pensions à des robots qui grimpaient aux murs, donc je souhaitais leur donner une mobilité plus avancée", a déclaré Parness à PCMag. "C'est à ce moment-là que je me suis tourné vers le monde naturel pour m'inspirer. Les geckos sont les meilleurs grimpeurs au monde. Ils peuvent suspendre tout leur poids corporel à un seul orteil. Pour ce faire, ils utilisent cette incroyable microstructure qui se dresse sur leurs pieds: beaucoup de petits poils."

"J'ai donc commencé à faire des recherches sur la création de versions synthétiques de ces poils et à les appliquer à nos robots pour permettre l'escalade verticale", a-t-il poursuivi. "Quand je suis arrivé à JPL, j'ai commencé à penser à l'apesanteur en microgravité, qui est beaucoup plus un problème d'escalade qu'un problème de marche. Si vous ne restez pas accroché à la surface, vous tombez, vous flottez dans l'espace."

Ces poils synthétiques, ou "tiges", sont une version simplifiée de ceux sur un pied de gecko réel; en forme de coin avec un capuchon incliné en forme de champignon (photo ci-dessus). Lorsque le tampon de préhension touche légèrement une partie d'un objet, seules les pointes des cheveux entrent en contact avec cette surface. La viscosité s'active et se désactive, en fonction de la direction des poils à un moment donné.

L'adhérence temporaire est expliquée par Van der Waals Forces (nommé d'après le physicien Johannes Diderik van der Waals, lauréat du prix Nobel), où les électrons gravitant autour des noyaux des atomes ne sont pas répartis de manière égale, créant une légère charge électrique et générant la force. La force est appliquée, augmentant la zone de contact entre les "tiges" et la surface, offrant une plus grande adhésion. Lorsque la force est relâchée, les "tiges" reviennent en position verticale et le caractère collant est désactivé.

La pince va être plus utile lorsqu'elle est attachée à des unités de robot en tant qu'effecteur final (mains) pour participer à des équipes de collaboration homme / robot dans l'espace.

"Les astronautes ont beaucoup de contraintes dans l'environnement dans lequel ils travaillent", a expliqué Parness. "Ils ont des gants pressurisés, par exemple, donc leur dextérité n’est pas ce qu’elle pourrait être. Il est donc primordial de faire appel à des robots pour les aider à être efficaces. Notre technologie de préhension pourrait être utilisée par un robot rampant se déplaçant le long de la Station spatiale internationale faire des inspections de routine, des tâches de nettoyage, vérifier l'équipement, pour que l'homme ne soit pas obligé de s'habiller et de sortir jusqu'à ce que le robot trouve un problème sérieux."

Tout fonctionne à merveille en apesanteur. Les préhenseurs ont été testés avec succès par JPL sur plus de 30 matériaux couramment utilisés dans les engins spatiaux. Ils ont également été testés dans une chambre à vide thermique à des températures de moins 76 degrés Fahrenheit pour simuler les conditions de l’espace. Ils ont également effectué un vol d'essai dans le cadre du programme Opportunités de vol de la Direction de mission de la technologie spatiale de la NASA.

"Nous avons testé dans un avion en microgravité de la NASA et personne n'a vomi, ce qui était un soulagement, car il a la réputation de donner le mal des transports à l'homme", a plaisanté Parness. "Nous avons présenté les préhenseurs dans plusieurs scénarios de mission, tels que la collecte de débris et l'inspection par un robot d'un satellite à des fins de maintenance. Nous avions un cube flottant de 10 kg avec différentes surfaces texturées couramment utilisées sur des engins spatiaux et nous avons pu le saisir, le manipuler, et relâchez-le au moment même où vous pourriez attraper un débris, le remorquer et le laisser brûler en entrant dans l'atmosphère terrestre. Le plus difficile était d'obtenir les débris flottants et que l'opérateur soit au même endroit au même moment, dans ce cas, un robot est meilleur qu'un humain."

Découvrez-les en action dans la vidéo ci-dessous.