Ледените роботи могат да бъдат ключът към бъдещото изследване на космоса

„Беше точно около зори в студения свят на Енцелад, шестата по големина луна на Сатурн, когато ледените роботи започнаха да се размърдат. Получавайки заповедите си за поход от половин милиард мили разстояние, замръзналите роувъри потрепваха, бръмчаха и пукаха при температури стотици градуси под точката на замръзване.

„Това не бяха роботи, които просто бяха покрити с тънък слой лед, като кола, която е била оставена навън в студена зимна нощ. Вместо това те бяха изсечени почти изключително от големи парчета лед; гигантски, замръзнали скулптури, които се движеха и изследваха повърхността на един от най-примамливо неизследваните светове на Слънчевата система, оживени от търсенето на живот.

Драматичен, научнофантастичен начин да отворите статия за нова концепция за изграждане на роботи? Напълно възможно. Но ако изследователи от Лаборатория GRASP (това е обща роботика, автоматизация, усещане и възприятие) в Университета на Пенсилвания във Филаделфия са верни, това може да не остане научна фантастика твърде дълго.

По дяволите, скоро може да попадне в категорията на здравия разум.

Проблемът с Rover

Дистанционно управляваните роувъри са били използвани като част от изследването на космоса отпреди десетилетия. NASA включи Lunar Roving Vehicles в три от своите мисии Apollo, като се започне с Apollo 15, който кацна на Луната през юли 1971 г. Mars Exploration Rover Opportunity беше в активна експлоатация на Червената планета в продължение на десетилетие и половина, от 2004 г. до началото на 2019 г.

Но въпреки че тези видове изследователски роботи са създадени да бъдат здрави, има ограничение за тяхната оцеляване. The Curiosity с размерите на кола получи сериозна повреда на гумата, докато си проправяше път през марсианската повърхност, осеяна с остри камъни. „Ако имаше механици на Марс, НАСА може да е взела марсохода Curiosity в магазина досега,“ мнение Space.com.

Междувременно дългогодишната мисия Opportunity потъна в мрак завинаги след интензивна прашна буря през 2018 г. Това закрива слънчевите му панели, оставяйки го без батерия. НАСА продължи още една година, преди най-накрая да признае, че мисията е имала свърши ранно, безцеремонен край. Неговият идентичен близнак, Spirit, беше обявен за мъртъв през 2011 г., след като се заби в марсиански пясък.

Това е проблем, тъй като макар че производството на роботите може да струва милиони, те са в центъра на мисии, които могат да струват милиарди долари. Ако претърпят повреда или техническа повреда, без значение дали става въпрос само за повредени гуми или прах по слънчевите панели, това означава, че всички усилия дотогава - процесът на изграждане, изстрелването на ракетата, кацането - са за нищо. Все едно трябва да изоставите новия си суперавтомобил завинаги отстрани на пътя, защото сте претърпели плосък автомобил.

Ето защо изследователите искат да изградят модулни роботи, които могат да се ремонтират или по друг начин да се увеличават в сценарии, при които доставката на заместител просто не е осъществима от цената и логистиката перспектива. Те дори биха могли, на теория, да изградят реплики на себе си или изцяло на други роботи. За да направят това, те ще използват местни материали - като, да речем, лед върху ледена луна.

Въведете IceBot

Тук се появява проектът IceBot на GRASP Lab. „IceBot е първият по рода си робот, направен от лед,“ Девин Карол, водещ автор на проекта, каза пред Digital Trends. „[В нашата нова работа представяме] двуколесен робот с доказателство за концепцията, за да покажем осъществимостта на изграждането на роботи от лед. Нашето намерение с тази технология е да усъвършенстваме възможностите за самовъзстановяване, самореконфигуриране и самовъзпроизвеждане на изследователските роботи. Създавайки робот като този, ние сме една крачка по-близо до истинска самовъзпроизвеждаща се система – такава, която може да използва материали от местната среда, за да поправя, увеличава и възпроизвежда себе си.“

Карол и сътрудник Марк Йим започнаха своя проект, като изследваха начини за изграждане на роботи, използвайки намерени материали. Това би помогнало за разширяване на устойчивостта на такива системи, работещи на отдалечени или враждебни места, като им позволи да рециклират и използват повторно оборудване, което е намерено в местната среда.

„Избрахме да използваме леда като наш основен строителен материал поради неговата гъвкавост на дизайна“, продължи Карол. „Интересът към ледената среда е относително висок поради изследванията, свързани с изменението на климата, както и извънземните изследвания. Използването на лед като строителен материал ни позволява да ремонтираме робота в движение, удължавайки общия експлоатационен живот на системата, тъй като тя събира данни в тези отдалечени и сурови среди.“

Това не би трябвало да е някъде толкова далеч като Енцелад, разбира се. Може да е някъде по-близо до дома, като Антарктика, където дистанционно управляваните роботи също могат да бъдат полезни за провеждане на изследвания. И в двата случая, когато елементите започнат да се износват или разграждат, могат да бъдат създадени нови като заместители, почти по същия начин, по който биологичните тела могат да се регенерират.

Изследователите досега са изградили демонстрационен робот с доказателство за концепцията, който може да работи за периоди и в двете стайна температура и минусови среди, пътуване по твърди гумени повърхности и катерене по ледени, наклонени рампи. Заедно с леденото тяло, той използва микроконтролер Arduino Micro, Bluetooth модул и няколко други произведени компонента.

Все още има дълъг път

Все още е рано обаче. Едно е да се докаже, че робот с тяло, направено от лед, може да функционира. Но голяма и много трудна част от проекта - автономното производство на ледените компоненти - все още не е демонстрирана. Изследователите обмислят множество подходи, включително 3D печат, формоване и механична обработка, всеки от които има своите плюсове и минуси.

„Нашата непосредствена цел е да проектираме модулна връзка, която ще ни позволи да автоматизираме процеса на сглобяване“, каза Карол. „Ще можем да използваме автоматизация, за да съединим нашите задвижващи механизми с леда, вместо да изграждаме робота на ръка. Във връзка с това ние разработваме краен ефектор за манипулиране на ледени блокове, без да ги деформираме постоянно, както би се случило чрез използването на традиционни крепежни елементи като винтове.

Той продължи: „Интересно предизвикателство при дизайна, което трябва да решим и с двете посоки, е да гарантираме, че ние увеличете максимално здравината на връзката, докато количеството енергия, използвано за свързване на компонентите с леда, е минимизиран. В отдалечени среди енергията е ценна стока. Системи като IceBot ще бъдат ефективни само ако вземем предвид потреблението на енергия, когато ги проектираме.

Проекти като този ще стават все по-важни. В пионерската традиция възможността да се използват нови, местни материали за всичко от отглеждане на храна да се изграждане на местообитания е решаваща част от оцеляването - и процъфтяването - в космоса. Роботи, които не трябва да бъдат изпращани, срещу огромни разходи, от Земята до където трябва да отидат, са още едно парче от пъзела.

Документ, описващ проекта IceBot, озаглавен „Роботи, направени от лед: анализ на производствените техники”, наскоро беше представен на IROS (Международната конференция за интелигентна роботика и системи) 2020.

Препоръки на редакторите

• Развиващи се, самовъзпроизвеждащи се роботи са тук, но не се тревожете за въстание
• Гледайте как SpaceX практикува аварийно бягство от своята капсула Crew Dragon
• Ерата на човешкото изследване е зад нас. Машините ще го вземат от тук
• Solar Orbiter изпраща първите измервания от космоса само дни след изстрелването
• Най-новата антена на Deep Space Network на НАСА ще получава лазерни сигнали от Марс