壁虎是自然界最有技巧的攀爬者之一，它可能是清理地球周圍大量碎片的關鍵。美國宇航局（NASA）和斯坦福大學（Stanford）的科學家已經開發出一種機器人原型，這種機器人可以抓住太空中的物體，就像壁虎粘在牆上一樣。這種機器人可能是一個關鍵的工具，用於抓取和重新安置太空垃圾，幫助清理地球軌道，使其更安全的太空旅行。

這種機器人利用了壁虎用來攀爬的相同概念。動物的腳其實並不粘；它們被成千上萬的微小的毛髮所覆蓋，這些毛髮在一起就像一種柔軟的粘合劑。為了模仿壁虎的腳，這個機器人有一個特殊的墊子，上面有成千上萬根矽橡膠的細毛，比你頭上的頭髮小10倍。這使得機器人可以用同樣的力來“抓取”，只需將墊子放在物體的錶面上。

就像壁虎一樣，把手很容易開啟和關閉。壁虎腳上的毛髮是傾斜的，所以蜥蜴必須把腳放在一定的角度才能粘住。然後，它可以簡單地從另一個方向拔出它的腳。機器人上的“毛髮”也有一個傾斜角度，因此透過向不同的方向拉開，夾鉗可以很容易地從附著的物體上取下自己。

這種貼上技術對於控制不規則的太空垃圾至關重要。這些垃圾中的大部分包括已經耗盡燃料的退役衛星或火箭部件，它們都在軌道上以每小時數千英里的速度執行。這些物體經常不穩定地旋轉或移動，它們的錶面相對光滑，很難抓住。但是今天在《科學機器人學》上描述的壁虎抓手不需要把手就能抓取——任何錶面都可以。”這是一種處理這些不合作垃圾的新方法，”幫助創造這項技術的美國宇航局噴氣推進實驗室機器人工程師亞倫·帕尼斯告訴《邊緣報》。

無用的軌道

太空碎片威脅著未來的太空旅行。數十萬件廢棄的太空硬體圍繞地球旋轉。這使得地球軌道非常擁擠，並堵塞了寶貴的房地產。例如，大城市上空的地區是放置通訊衛星的最佳地點。”但如果在那個位置有一塊垃圾，那就是一塊非常昂貴的垃圾。

太空垃圾也很危險。國際空間站必須時不時地改變其在軌道上的位置，以避免與碎片發生碰撞。但隨著垃圾數量的增加，空間碰撞的概率也隨之增加，從而導致更多的碎片。這發生在2009年，當時蘇聯時代的一顆衛星與美國銥星公司的一顆衛星相撞，產生了數千塊碎片。如果這些碰撞發生的次數足夠多，最終地球軌道將充滿大量垃圾，我們將無法再安全地進入太空。

我們有規章制度來確保我們放的東西一定要下來。衛星運營商必須處理退役車輛，要麼在地球大氣層中燃燒這些物體，要麼將它們置於更高的軌道（稱為墓地軌道），在那裡它們不會妨礙衛星的執行。但是這些規定在60年代、70年代和80年代發射衛星的時候還沒有到位，所以有很多舊的垃圾要小心。

人們想出了新的方法來清除垃圾，比如用鐳射燒掉硬體。但是抓這些垃圾不是一個選擇。空間是真空的，所以吸盤不工作；大多數垃圾是沒有磁性的，所以磁鐵也沒用；斯坦福大學的工程學教授、這項研究的作者之一馬克·庫特科斯基（MarkCutkosky）說：“極端的溫度意味著大多數膠水也不會起作用。”Cutkosky說，如果你想在太空中抓取一些東西，除了壁虎的抓地力之外，幾乎沒有其他的東西能起作用。

為什麼是壁虎？

壁虎的抓地力是不尋常的：它們腳上的細小毛髮可以非常接近物體的錶面——相隔奈米級的距離。”“這是關鍵，”庫特科斯基說你需要有真正的親密接觸。”這允許頭髮中的原子與錶面上的原子混合。這些原子的電子實際上是以這樣一種方式同步的，它們在分子之間引起了吸引力。每根頭髮的力量加起來，創造了一個強大的整體吸引力超過整個腳。

機器人手爪的“腳”或墊子的工作方式完全相同。矽橡膠的頭髮直徑是人類頭髮直徑的五分之一，為20微米；它們也比人類頭髮的寬度短，只有60微米高(人類的頭髮直徑約為100微米。）這種機器人也被設計成可以像蜥蜴一樣關閉它的粘性。裡面的馬達將剎車片拉向需要抓地力的方向。當夾持器接近一個錶面時，馬達會使機器人內部的肌腱繃緊，使毛茸茸的腳墊朝著正確的方向移動，從而粘住。然後，當機器人需要鬆開時，電機會鬆開肌腱，將墊子向相反方向移動，以便輕鬆鬆開。

這種握持技術已經在太空中進行了測試。2016年，這些被稱為壁虎夾爪的毛髮被送往國際空間站，以觀察它們在微重力下的工作情況。但是研究小組想看看一個有著特殊機動運動的機器人在零重力環境下的表現。因此，他們在一架模擬零重力的飛機上搭載了一個抓握機器人——綽號為嘔吐彗星。飛機在天空中做拋物線運動以產生短暫的失重狀態。在“嘔吐彗星”上，帕內斯用機器人抓取你在太空中可能發現的各種形狀，比如球體、立方體和圓柱體。

Jiang et al., Sci. Robot. 2, eaan4545 (2017)

電動夾持器在零重力狀態下工作得很好，有時甚至比重力作用時更好。當要釋放它抓到的物體時，機器人毫不費力地做到了。”“當他放手的時候什麼都不會發生，”庫特科斯基說它不會猛拉物體，這是關鍵要求。這是一種絕對流暢、毫不費力的超然。”

抓住空間

在他們成功的基礎上，這個團隊現在希望測試機器人在太空中的能力。地球軌道變得異常寒冷，研究人員將需要建造一個新的機器人，能夠承受這種不受歡迎的環境。另外，他們還需要證明這種粘合技術在更冷的溫度下也能起到同樣的作用。

但如果機器人真的能支撐住，研究小組設想未來有兩種型別的飛行器可以用來清理太空垃圾。其中一種設計是一顆重達2000磅的大型衛星，配備有一個抓取器，可以在太空中抓取碎片並將其轉移到墓地軌道，或者最終在大氣層中燃燒。這樣的飛行器不可能清除所有的垃圾，但它可以瞄準最危險的垃圾或是軌道上有價值的地方的碎片。另一種選擇是**一顆重量不超過幾磅的微型衛星，它能到達一塊碎片並將其從軌道上移開。這輛車不會持續很長時間-因為它不會有太多的燃料-但風格是便宜得多，建立和飛行。

除了清除太空垃圾，還有其他的應用。一個握緊的機器人可能是國際空間站上的一項寶貴資產，它可以幫助在船的外部進行維修和檢查。這可能會減少宇航員進行危險且耗時的太空行走的次數。

帕內斯說，不管機器人的用途是什麼，大部分設計功勞都歸壁虎所有。”帕內斯說：“如果壁虎不存在，人類就永遠不會有這種想法。”這不是一個直觀的東西，如果不是生物學的例子，我們永遠不會發明它。”