可以在太空中自主飞行的机器人(也称为自由飞行机器人)可以很快在各种环境中协助人类。然而，大多数现有的自由飞行机器人在其周围环境中抓握和操纵物体的能力受到限制，这可能阻止它们被大规模应用。

斯坦福大学的两个实验室，即仿生与灵巧操纵实验室(BDML)和自治系统实验室(ASL)，一直在尝试开发壁虎启发的技术，以增强自由飞行机器人的操纵能力。斯坦福大学的BDML小组在制造和使用壁虎启发的粘合剂用于机器人技术方面具有专业知识，而ASL团队则专注于为自由飞行者提供自主功能的算法开发。

由这两个实验室创建的新夹具，将在i-SAIRAS会议上进行介绍，并在arXiv上预先发表的一篇论文中介绍，并已应用于由美国宇航局开发的自由飞行机器人系统Astrobee。该项目由NASA早期创新基金资助，该基金旨在支持正在开发壁虎技术的团队，这些技术可应用于国际空间站(ISS)上的自由飞行机器人。

该项目的首席研究员Abhishek Cauligi和Tony Chen告诉TechXplore：“我们的两个实验室一起工作，希望为太空中的自由飞行者配备壁虎粘合剂，以使他们能够完成一系列任务。” “例如，有一天的目标是，宇航员要求Astrobee从ISS的另一个模块中检索工具。然后，Astrobee机器人必须解释此命令，做出高层决策确定应在何处找到该工具，计算一条轨迹，了解如何到达该工具，一旦到达，就拿起该工具。”

目前，在国际空间站上使用Astrobee机器人进行物体检索的可能性很小，但Cauligi，Chen及其同事着手设计并演示了实现这种用途的关键组件的潜力。他们最近的工作目标是为自由飞行的机器人(例如Astrobee)配备壁虎粘合剂的抓手，使他们能够计算出理想的轨迹并附着在ISS的内壁上。

研究人员与美国宇航局的科学家紧密合作，设计了一种抓取器，该抓取器可以集成到当前版本的Astrobee中，并且可以安全地发射到ISS。现有的大多数机械手均基于“爪状”机制，可让它们抓紧或捏住物体以牢固地抓住它们。

对于要在太空中操作的自由飞行机器人来说，这种机制可能会受到很大限制，因为这些机器人可能需要在不利的环境条件下抓住形状和大小不同的物体。受壁虎脚如何附着在表面上的启发，夹持器可能会更加有效，因为它们还可以使机器人抓取具有异常和不利几何形状的物体。

Cauligi说：“每个壁虎脚趾都由数百个称为刚毛的微观结构组成;当向壁虎施加力时，它们会塌陷并在表面积上扩大。” “当该力保持在适当位置时，被称为范德华力的附着力会在结构与其所附着的表面之间产生附着力。要消除这种附着力，只需释放施加在结构上的力即可。”

使壁虎附着在表面上的物理过程不依赖胶水或其他粘性物质。此外，此过程还可以在真空和空间中工作，可以很好地在不同类型的光滑表面上进行泛化。

这些理想的性能已使壁虎启发型粘合剂在太空应用中成为越来越多研究的焦点。例如，过去，BDML和ASL实验室探索了使用壁虎启发的抓爪来解决空间碎片问题的潜力，使机器人能够拾取并清除在太空中波动的航天器，卫星或其他垃圾。

Cauligi说：“ BDML已经研究了壁虎启发的粘合剂在机器人技术中的广泛应用，无论是无人机还是拖船机器人。” “在过去的几年中，BDML和ASL共同合作专门研究了与诸如Astrobee之类的自由飞行机器人一起使用的应用程序，并就此主题进行了广泛的发表。”

Cauligi，Chen及其同事在最近的论文中概述了受壁虎启发的抓爪的设计，以及如何将其集成到Astrobee机器人上的详细信息。他们与NASA Ames的研究人员合作，最近完成了必要的最后步骤，开始在ISS上运行的Astrobee机器人上安装壁虎式抓爪。

2019年7月，他们的两个抓具连同第一套Astrobee机器人一起被送入了SpaceX Falcon 9火箭。pers爪将在一系列定于2021年初在国际空间站进行的在轨实验中进行测试。

Cauligi说：“作为学生研究人员，这是一个独特的机会，可以在这个项目的整个生命周期中开展工作，从一个新颖的研究思想开始，一直到今天围绕地球运行的原型。” “当然，如果没有我们在美国宇航局艾姆斯智能机器人小组的合作者的支持，这项工作就不可能实现。在此过程中，我们从他们身上学到了很多东西，参观了多个美国宇航局研究中心以证明我们的抓手，以及甚至亲自观看了SpaceX的发射。”

计划在接下来的几个月中在国际空间站上进行的实验将有助于确定Cauligi，Chen及其同事开发的机械手的有效性。此外，团队希望这些测试能够揭示他们开发的技术的主要优势和局限性，从而使他们将来能够进一步提高其性能。

“除了研究壁虎粘合剂技术本身的潜力之外，我们现在计划进行实验，探索飞弹如何从A点到达B点的问题的轨迹生成方面，并使用优化和优化领域的新颖工具机器学习，” Cauligi说。“在下一步，我们想研究一下我们先前描述的'天空中的碎片'问题，我们为Astrobee配备了所有必要的工具，使其能够与航天员一起工作并协助宇航员在国际空间站开展活动。”