Сила действия: Робот с гироскопом
Здесь, на Земле почувствовать практически действие Третьего закона Ньютона (тот, который про «сила действия равна силе противодействия») можно, только приложив воображение. Но в космосе, где микрогравитация не мешает свободному движению тел, его эффект становится даже назойливым: стоит отбросить что-нибудь в сторону, как тут же начинаешь лететь в противоположную.
С этой проблемой сталкиваются не только работающие на орбите люди, но и роботы. К примеру, роботизированные манипуляторы, помогающие космонавтам на МКС одним своим движением способны сбить с трудом «настроенную» ориентацию станции.
Чтобы не приходилось все проделывать с величайшей осторожностью, ученые из Space System Design Studio предложили использовать систему гироскопов, которые позволят механическим конечностям двигаться быстрее, экономичнее и не соблюдая бесконечные предосторожности, как это делается сегодня. Прототип устройства уже протестирован в условиях микрогравитации — на летательном аппарате, выходящем в верхние слои атмосферы и временно создающим условия, схожие с теми, которые существуют на орбите.
Обычно для перемещения механических манипуляторов в таких условиях используются не роторы двигателей, а постоянно вращающиеся маховики, скорость которых, изменяясь, позволяет совершать движение и контролировать его. Однако ученые из Space System Design Studio во главе с Мейсоном Пеком (Mason Peck) предложили заменить маховики гироскопами особой конструкции.
Каждый из таких гироскопов состоит из ротора, закрепленного на силовой рамке, которая может смещать его ось в пространстве и сама реагирует на это смещение. Как только такое происходит, рамка получает «толчок». Такая технология уже используется в космосе для контроля за ориентацией спутников и самой МКС. Есть и известная наглядная демонстрация этого эффекта: удерживая быстро вращающееся колесо (ротор простейшего гироскопа) и стоя на подвижной платформе, человек способен контролировать свое положение:
Ну а само разработанное группой Пека устройство состоит из манипулятора с 3-мя сочленениями и пары гироскопов, которые, действуя согласованно, способны придавать манипулятору импульс, направленный в ту или иную сторону. При этом каждое из трех сочленений отвечает за движение только в одной плоскости, и лишь все вместе они обеспечивают «нормальное» трехмерное движение.
Такая система обеспечивает быстрые движения искусственной руки при приложении весьма небольших усилий и, по мнению разработчиков, будет особенно полезной не только для роботов на орбите, но и для управления камерой или телескопом, следящим за быстро движущимся объектом.
Гироскопы используются сегодня повсеместно — не только для практических, но и для научных задач. К примеру, чтобы экспериментально подтвердить некоторые следствия из Общей теории относительности. Для таких сверхточных гироскопов ученым пришлось отполировать самые совершенные сферы, когда-либо созданные человечеством. Читайте об этом интересном эксперименте: «Шары в космосе».
По публикации New Scientist Tech