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Jul 26, 2023

더 나은 우주복 만들기

인류가 처음으로 달 표면을 밟은 지 50년이 지났습니다. 그 이후로 우주비행사들은 주로 낮은 지구 궤도를 탐험해 왔습니다. NASA가 달 탐사를 준비하고 있는 지금, 전문가들은 달 탐사를 재평가하고 있습니다.

인류가 처음으로 달 표면을 밟은 지 50년이 지났습니다. 그 이후로 우주비행사들은 주로 낮은 지구 궤도를 탐험해 왔습니다. NASA가 달 탐사를 준비하고 있는 만큼 전문가들은 우주복의 실용성을 재평가하고 있다.

텍사스 A&M 대학교 항공우주공학과 조교수인 Ana Diaz Artiles와 대학원생 Logan Kluis는 선외 활동(EVA)을 위한 더 안전하고 더 나은 우주복 환경을 조성할 새로운 우주복 아키텍처인 SmartSuit 개발에 참여해 왔습니다. 행성 표면에.

SmartSuit는 현재 슈트 디자인의 세 가지 주요 개선 사항에 초점을 맞춘 Diaz Artiles가 제안한 우주복 아키텍처입니다. 증가된 이동성, 강화된 안전성 및 환경과 우주 비행사 간의 정보에 입각한 상호 작용. 가장 최근에는 Diaz Artiles와 Kluis가 코넬대학교 부교수인 Robert Shepherd와 협력하여 무릎 관절을 위한 소프트 로봇 보조 액추에이터의 프로토타입을 개발해 왔습니다.

“현재 우주복은 미세 중력 조건에 맞게 설계되었습니다. 이러한 조건에서 우주비행사는 하체를 사용하여 걷거나 이동할 필요가 없으며 일반적으로 상체를 사용하여 스스로 이동합니다.”라고 Diaz Artiles는 말했습니다. "이제 행성 표면에 있을 때 우주비행사는 걷고, 구부리고, 무릎을 꿇고, 바위를 집는 등 하체의 더 나은 이동성을 요구하는 기타 유사한 활동을 수행해야 합니다."

그들이 개발한 소프트 로봇 무릎 프로토타입은 가스 압력을 사용하여 내부 챔버를 확장하여 서로 밀어내는 방식으로 작동합니다. 각각이 확장되면 액추에이터가 구부러집니다. 또한 부드러운 소재를 사용하여 액추에이터가 인체에 밀착되어 더욱 편안한 착용감을 제공하고 잠재적으로 부상 위험을 줄여줍니다.

Kluis는 “소프트 로봇 공학은 액추에이터가 우주비행사의 신체에 맞춰져 더 단단한 단단한 표면 액추에이터에 비해 편안함을 크게 향상시킬 수 있습니다.”라고 말했습니다.

현재 우주복 안에 있는 것은 압력이 가해진 풍선 안에 있는 것과 같습니다. 우주비행사는 슈트에 맞서 싸워야 하는데 이는 어려울 뿐만 아니라 EVA 임무를 수행할 때 우주비행사가 절약하고 싶은 에너지를 소비하게 된다. 슈트를 향해 이동하는 데 소비되는 에너지는 대사 비용에 기여하며, 보조 로봇 액추에이터는 이러한 액추에이터의 효과를 조사하기 위해 특별히 개발된 시뮬레이션을 기반으로 15%까지 줄일 수 있습니다.

Kluis는 "샘플을 수집하고 테스트를 수행하는 경우 많은 에너지를 소비하게 됩니다."라고 말했습니다. “그러므로 우리가 달이나 화성과 같은 임무를 수행할 때 식량을 모두 가져오거나 재배해야 합니다. 따라서 에너지를 절약할 수 있는 모든 종류의 방법은 다음과 같습니다. 매우 도움이 되었습니다.”

최근 연구는 무릎 관절용 액추에이터에 중점을 두었지만 궁극적으로 목표는 액추에이터를 전신 레이어에 통합하여 여러 신체 관절의 동작을 향상시키는 것입니다. 그 층은 우주비행사를 상대적으로 세게 눌러 추가적인 기계적 역압(MCP)을 제공하여 이동성을 증가시킵니다.

Diaz Artiles는 "압력과 이동성은 반비례 관계에 있습니다."라고 말했습니다. “우주복을 입으면 압력이 커질수록 기동성은 낮아집니다. 압박감이 적을수록 이동이 더 쉬워집니다.”

이 압력은 우주복이 착용자를 보호하기 위해 제공하는 가스 압력을 나타냅니다. 대기압은 평방 인치당 약 14.7파운드(psi)입니다. 현재 우주복은 약 4.3psi를 제공하는데, 이는 우주비행사의 몸을 밀고 풍선 효과에 기여합니다. 그러나 예를 들어 전신 소프트 로봇 레이어가 1.0psi를 제공할 수 있다면 슈트에 필요한 양은 3.3psi로 낮아져 압력이 줄어들고 이동성이 높아집니다.

“정말 타이트한 Under Armour나 타이트한 레깅스를 입는 것을 상상해 보세요. 몸을 아래로 누르는 압력은 가스 압력을 대체하거나 추가할 것입니다.”라고 Kluis는 말했습니다. "그래서 SmartSuit의 아이디어는 기계적 압력과 가스 압력을 모두 사용한다는 것입니다."