الروبوتات الجليدية يمكن أن تكون المفتاح لاستكشاف الفضاء في المستقبل

"كان ذلك عند الفجر في عالم إنسيلادوس المتجمد، سادس أكبر قمر لكوكب زحل، عندما بدأت الروبوتات الجليدية في التحرك. عند تلقي أوامر السير من على بعد نصف مليار ميل، ارتعشت المركبات المتجولة المتجمدة وهمهمة وتشققت في درجات حرارة وصلت إلى مئات الدرجات تحت نقطة التجمد.

"لم تكن هذه الروبوتات مغطاة بطبقة رقيقة من الجليد، مثل السيارة التي تُركت في ليلة شتاء باردة. وبدلا من ذلك، تم قطعها بشكل حصري تقريبا من قطع كبيرة من الجليد؛ منحوتات عملاقة متجمدة تحركت وسبرّت سطح أحد أكثر العوالم غير المستكشفة في النظام الشمسي، والتي يحركها البحث عن الحياة.

طريقة مثيرة من الخيال العلمي لفتح مقال عن مفهوم جديد لبناء الروبوتات؟ من المحتمل جدا. ولكن إذا كان الباحثون من مختبر غراسب (أي الروبوتات العامة، والأتمتة، والاستشعار، والإدراك) في جامعة بنسلفانيا في فيلادلفيا صحيحة، وقد لا يظل هذا خيالًا علميًا لفترة أطول.

تبا، يمكن أن تندرج قريبا ضمن فئة الفطرة السليمة.

المشكلة مع روفر

تم استخدام المركبات الجوالة التي يتم التحكم فيها عن بعد كجزء من استكشاف الفضاء منذ عقود مضت. أدرجت ناسا المركبات القمرية الجوالة في ثلاث من بعثات أبولو، بدءًا من أبولو 15، التي هبطت على القمر في يوليو 1971. كانت مركبة Mars Exploration Rover Opportunity في الخدمة الفعلية على الكوكب الأحمر لمدة عقد ونصف، من عام 2004 حتى أوائل عام 2019.

ولكن في حين أن هذه الأنواع من الروبوتات الاستكشافية مصممة لتكون قوية، إلا أن هناك حدًا لقدرتها على البقاء. ال فضول بحجم السيارة التقطت بعض الأضرار الجسيمة في الإطارات أثناء شق طريقها عبر سطح المريخ، المليء بالصخور الحادة. "لو كان هناك ميكانيكيون على المريخ، لربما أخذت وكالة ناسا المركبة الفضائية كيوريوسيتي إلى المتجر الآن". افتتح Space.com.

وفي الوقت نفسه، اختفت مهمة أوبورتيونيتي طويلة الأمد إلى الأبد بعد عاصفة ترابية شديدة في عام 2018. أدى هذا إلى حجب الألواح الشمسية، مما أدى إلى نفاد البطارية. تشبثت ناسا لمدة عام آخر قبل أن تعترف أخيرًا بوجود المهمة تصل إلى نهاية مبكرة وغير رسمية. وكان توأمه المتماثل سبيريت قد أعلن وفاته في عام 2011 بعد أن علق في رمال المريخ.

وهذه مشكلة، لأنه على الرغم من أن تصنيع الروبوتات قد يتكلف الملايين، إلا أنها في قلب المهام التي يمكن أن تكلف مليارات الدولارات. إذا تعرضوا لأضرار أو مشاكل فنية، بغض النظر عما إذا كان الأمر يتعلق فقط بإطارات تالفة أو غبار على الألواح الشمسية، وهذا يعني أن كل الجهد المبذول حتى ذلك الحين – عملية البناء، وإطلاق الصاروخ، والهبوط – قد تم من أجله لا شيء. إنه مثل الاضطرار إلى التخلي عن سيارتك الخارقة الجديدة إلى الأبد على جانب الطريق لأنك عانيت من شقة.

ولهذا السبب يرغب الباحثون في بناء روبوتات معيارية يمكنها إصلاح نفسها أو تعزيز نفسها في السيناريوهات التي لا يكون فيها الشحن البديل ممكنًا من حيث التكلفة والخدمات اللوجستية وجهة نظر. بل ويمكنهم، من الناحية النظرية، بناء نسخ طبق الأصل من أنفسهم أو الروبوتات الأخرى بالكامل. وللقيام بذلك، سيستخدمون مواد محلية، مثل الجليد الموجود على قمر جليدي، على سبيل المثال.

أدخل آيس بوت

هذا هو المكان الذي يظهر فيه مشروع IceBot الخاص بـ GRASP Lab. "IceBot هو الروبوت الأول من نوعه المصنوع من الجليد" ديفين كارولوقال المؤلف الرئيسي للمشروع، للاتجاهات الرقمية. "[في عملنا الجديد، نقدم] إثباتًا للمفهوم، وهو روبوت ذو عجلتين لإظهار جدوى بناء الروبوتات من الجليد. هدفنا من هذه التكنولوجيا هو تعزيز قدرات الإصلاح الذاتي وإعادة التشكيل والتكرار الذاتي لروبوتات الاستكشاف. ومن خلال صنع روبوت مثل هذا، فإننا نقترب خطوة واحدة من نظام حقيقي للتكاثر الذاتي - نظام يمكنه استخدام مواد من البيئة المحلية لإصلاح نفسه وتعزيزه وتكراره.

كارول والمتعاون مارك يم بدأوا مشروعهم باستكشاف طرق لبناء الروبوتات باستخدام المواد الموجودة. وهذا من شأنه أن يساعد في توسيع قوة هذه الأنظمة العاملة في مواقع بعيدة أو معادية من خلال السماح لها بإعادة تدوير وإعادة استخدام المعدات الموجودة في البيئة المحلية.

وتابع كارول: "لقد اخترنا استخدام الثلج كمواد البناء الأساسية لدينا بسبب مرونته في التصميم". "إن الاهتمام بالبيئات الجليدية مرتفع نسبيًا بسبب الأبحاث المتعلقة بتغير المناخ، فضلاً عن الاستكشاف خارج كوكب الأرض. إن استخدام الثلج كمادة بناء يسمح لنا بإصلاح الروبوت بسرعة، مما يزيد من العمر التشغيلي الإجمالي للنظام أثناء قيامه بجمع البيانات في هذه البيئات النائية والقاسية.

ولا ينبغي أن يكون هذا في مكان بعيد مثل إنسيلادوس بالطبع. ويمكن أن يكون في مكان أقرب إلى الوطن، مثل القارة القطبية الجنوبية، حيث يمكن للروبوتات التي يتم التحكم فيها عن بعد أن تكون مفيدة أيضًا في إجراء الأبحاث. وفي كلتا الحالتين، عندما تبدأ العناصر في التآكل أو الانهيار، يمكن إنشاء عناصر جديدة كبدائل، بنفس الطريقة التي يمكن أن تتجدد بها الأجسام البيولوجية.

لقد قام الباحثون حتى الآن ببناء روبوت تجريبي لإثبات المفهوم قادر على العمل لفترات في كليهما درجة حرارة الغرفة والبيئات تحت الصفر، والسفر فوق الأسطح المطاطية الصلبة وتسلق الجليد، مائل سلالم. إلى جانب الجسم الجليدي، فإنه يستخدم وحدة التحكم الدقيقة Arduino Micro ووحدة Bluetooth وبعض المكونات المصنعة الأخرى.

لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه

ومع ذلك، لا تزال الأيام الأولى. إن إثبات أن الروبوت بجسم مصنوع من الجليد يمكن أن يعمل هو شيء واحد. لكن جزءًا كبيرًا وصعبًا للغاية من المشروع، وهو تصنيع مكونات الجليد بشكل مستقل، لم يتم إثباته بعد. ويدرس الباحثون أساليب متعددة، بما في ذلك الطباعة ثلاثية الأبعاد، والقولبة، والتصنيع الآلي، ولكل منها إيجابياته وسلبياته.

وقال كارول: "إن هدفنا المباشر هو تصميم وحدة مشتركة تسمح لنا بأتمتة عملية التجميع". "سنكون قادرين على استخدام الأتمتة لربط مشغلاتنا بالثلج بدلاً من بناء الروبوت يدويًا. وبالتزامن مع هذا، نقوم بتطوير مؤثر نهائي للتعامل مع كتل الجليد دون تشويهها بشكل دائم، كما يحدث من خلال استخدام أدوات التثبيت التقليدية مثل البراغي.

وتابع: "أحد تحديات التصميم المثيرة للاهتمام التي يجب علينا حلها في كلا الاتجاهين هو التأكد من أننا تعظيم قوة الاتصال بينما تكون كمية الطاقة المستخدمة لربط المكونات بالثلج مصغر. وفي البيئات النائية، تعتبر الطاقة سلعة ذات قيمة. لن تكون أنظمة مثل IceBot فعالة إلا إذا أخذنا في الاعتبار استخدام الطاقة عند تصميمها.

مثل هذه المشاريع سوف تصبح أكثر أهمية. في التقليد الرائد، القدرة على استخدام مواد محلية جديدة لكل شيء زراعة الغذاء ل بناء الموائل يعد جزءًا مهمًا من البقاء والازدهار في الفضاء. الروبوتات التي لا يلزم شحنها، بتكلفة كبيرة، من الأرض إلى أي مكان يحتاجون للذهاب إليه هي قطعة أخرى من اللغز.

ورقة تصف مشروع IceBot بعنوان “الروبوتات المصنوعة من الجليد: تحليل لتقنيات التصنيع"، تم تقديمه مؤخرًا في IROS (المؤتمر الدولي للروبوتات والأنظمة الذكية) 2020.

توصيات المحررين

• لقد أصبحت الروبوتات المتطورة ذاتية التكاثر موجودة هنا، لكن لا تقلق بشأن حدوث انتفاضة
• شاهد SpaceX وهي تتدرب على الهروب في حالات الطوارئ من كبسولة Crew Dragon
• لقد أصبح عصر الاستكشاف البشري وراءنا. سوف تأخذها الآلات من هنا
• ترسل Solar Orbiter القياسات الأولى من الفضاء بعد أيام قليلة من إطلاقها
• سيستقبل أحدث هوائي لشبكة الفضاء العميق التابعة لناسا إشارات الليزر من المريخ