DinámicA | Design by Nature
The Challenge | Design by Nature
Arañas en cadena jerárquica
Una cadena jerárquica de nodos cada vez más livianos y conectados por cables, con capacidad de orientarse, permite acceder a zonas ciegas para su inspección mediante instrumentos en busca de daño.
Uno de los principales problemas que presenta la inspección de la superficie externa de la ISS y otros vehículos espaciales es la presencia de 'zonas ciegas'. La inspección de éstas zonas actualmente se realiza con actividades extravehículares de los astronautas o utilizando cámaras de video que toman imágenes desde muy lejos y/o con ángulos muy desventajosos para la resolución de las imágenes.
Brazos robóticos como el de la ISS resultan muy útiles cuando se colocan cámaras en sus extremos. Sin embargo, como estos brazos fueron diseñados originalmente con el fin de manipular objetos, resultan demasiado pesados, voluminosos y de corto alcance para la aplicación específica de inspeccionar.
Por estas razones resulta interesante una especie de brazo robótico lo más liviano y pequeño posible, pero con la capacidad de mover una cámara y/o otros sensores de inspección de daño, aunque no con la capacidad de manipular objetos. Para esto se propone construir una cadena jerárquica de ´arañas´, cada una con la capacidad de hacer 'saltar' a la siguiente mediante la compresión y posterior liberación de un resorte (catapulta). A su vez, cada 'araña' (nodo) puede recuperar a la siguiente mediante una 'tela' (cable). Mas aún, el mismo cable que sirve para recuperar al nodo siguiente, sirve para comprimir el resorte.
Los procesos de compresión y liberación del resorte, frenado en la posición deseada y posterior recupero del nodo siguiente son ejecutados por un motor paso a paso (o similar) comandado por un sistema de control autónomo. Para el frenado se propone que el motor ejerza una fuerza proporcional a la velocidad, de manera que se comporte como un amortiguador viscoso ideal. Este frenado puede tener poca precisión en el posicionamiento. Sin embargo, esto no es problema pues el objetivo del sistema es sólo acercar los instrumentos hasta las zonas ciegas.
El sistema así descrito permite un posicionamiento aproximado unidimensional. Para cubrir todos los grados de libertad espacial en el posicionamiento, se propone que cada nodo tenga la posibilidad de orientarse en los tres ejes de rotación utilizando ruedas de reacción clásicas (o un domo en el caso del primer nodo). Así, utilizando 3 nodos se puede cubrir una superficie esférica donde la esfera puede tener centro y radio arbitrarios.
Por supuesto, debido a la conservación de la cantidad de movimiento lineal, los nodos deben ser cada vez más livianos para que no retrocedan demasiado luego de catapultar al siguiente. Por otro lado, los cables se enrollan usando dos carreteles que giran en sentidos opuestos de manera de evitar que induzcan momento de giro sobre cada nodo.
Referencias:
SpaceApps is a NASA incubator innovation program.