Ledoví roboti by mohli být klíčem k budoucímu průzkumu vesmíru

„Na mrazivém světě Enceladus, šestém největším měsíci Saturnu, bylo těsně kolem úsvitu, když se ledoví roboti začali hýbat. Zmrzlá vozítka přijímala rozkazy k pochodu ze vzdálenosti půl miliardy mil a při teplotách stovky stupňů pod bodem mrazu sebou škubala, bzučela a praskala.

„Nebyli to roboti, kteří byli jednoduše pokryti tenkou vrstvou ledu, jako auto, které bylo opuštěno během chladné zimní noci. Místo toho byly téměř výhradně vytesány z velkých kusů ledu; obří, zmrzlé sochy, které se pohybovaly a zkoumaly povrch jednoho z nejpůsobivějších neprozkoumaných světů sluneční soustavy, oživené hledáním života.“

Dramatický, sci-fi způsob, jak otevřít článek o novém konceptu stavby robotů? Dost možná. Pokud ale výzkumníci z Laboratoř GRASP (to je General Robotics, Automation, Sensing and Perception) na Pensylvánské univerzitě ve Filadelfii jsou správné, nemusí to zůstat sci-fi příliš dlouho.

Sakra, mohlo by to brzy spadat do kategorie zdravého rozumu.

Problém s Roverem

Dálkově ovládaná vozítka byla používána jako součást průzkumu vesmíru sahajícího desítky let do minulosti. NASA zahrnula Lunar Roving Vehicles do tří svých misí Apollo, počínaje Apollem 15, které přistálo na Měsíci v červenci 1971. Mars Exploration Rover Opportunity byl v aktivní službě na rudé planetě deset a půl, od roku 2004 do začátku roku 2019.

Ale i když jsou tyto druhy průzkumných robotů stavěny tak, aby byly robustní, existuje omezení jejich přežití. The Curiosity velikosti auta při své cestě po marťanském povrchu utrpěl vážné poškození pneumatiky, jak to bývá, poseté ostrými kameny. "Kdyby na Marsu byli mechanici, NASA už možná vzala vozítko Curiosity do dílny," uvedl Space.com.

Mezitím dlouhotrvající mise Opportunity po intenzivní prachové bouři v roce 2018 nadobro ztmavla. To zakrylo jeho solární panely, takže mu došla baterie. NASA se držela další rok, než konečně přiznala, že mise ano dojít k brzkému, bezobřadnému konci. Jeho identické dvojče, Spirit, bylo dříve prohlášeno za mrtvé v roce 2011 poté, co uvízlo v marťanském písku.

To je problém, protože i když výroba robotů může stát miliony, jsou v centru misí, které mohou stát miliardy dolarů. Pokud utrpí poškození nebo technické neštěstí, ať už jde jen o poškozené pneumatiky nebo prach na solárních panelech, to znamená, že veškeré úsilí do té doby – stavební proces, start rakety, přistání – je pro nic. Je to jako muset nadobro opustit své nové superauto na kraji silnice, protože jste utrpěli defekt.

To je důvod, proč vědci chtějí stavět modulární roboty, kteří se mohou sami opravovat nebo jinak rozšiřovat ve scénářích, kdy dodání náhradního zboží jednoduše není možné z důvodu nákladů a logistiky perspektivní. Dokonce by teoreticky mohli postavit repliky sebe nebo jiných robotů úplně. K tomu by využili místní materiály – například led na ledovém měsíci.

Zadejte IceBot

Zde přichází na scénu projekt IceBot společnosti GRASP Lab. „IceBot je první robot svého druhu vyrobený z ledu,“ Devin Carroll, hlavní autor projektu, řekl Digital Trends. „[V naší nové práci představujeme] dvoukolového robota osvědčeného konceptu, který ukazuje proveditelnost stavby robotů z ledu. Naším záměrem s touto technologií je posunout možnosti samoopravy, seberekonfigurace a sebereplikace průzkumných robotů. Při výrobě takového robota jsme o krok blíže skutečnému sebereplikujícímu systému – systému, který může využívat materiály z místního prostředí k opravě, rozšíření a replikaci.“

Carroll a spolupracovník Mark Yim začali svůj projekt zkoumáním způsobů, jak postavit roboty pomocí nalezených materiálů. To by pomohlo rozšířit odolnost takových systémů provozovaných ve vzdálených nebo nepřátelských lokalitách tím, že by jim umožnilo recyklovat a znovu používat zařízení, která byla nalezena v místním prostředí.

„Zvolili jsme použití ledu jako našeho primárního stavebního materiálu kvůli jeho flexibilitě designu,“ pokračoval Carroll. „Zájem o ledová prostředí je relativně vysoký kvůli výzkumu souvisejícímu se změnou klimatu a také mimozemským průzkumem. Použití ledu jako stavebního materiálu nám umožňuje opravovat robota za chodu, čímž se prodlužuje celková provozní životnost systému, protože sbírá data v těchto vzdálených a drsných prostředích.“

To by samozřejmě nemuselo být někde tak daleko jako Enceladus. Mohlo by to být někde blíže k domovu, jako je Antarktida, kde mohou být dálkově ovládaní roboti užiteční pro provádění výzkumu. V každém případě, když se prvky začnou opotřebovávat nebo se rozpadat, mohou být vytvořeny nové jako náhrady, velmi stejným způsobem, jakým se mohou regenerovat biologická těla.

Výzkumníci zatím postavili demo robota, který je schopen pracovat po určitou dobu v obou prostředí s pokojovou teplotou a pod nulou, cestování po tvrdých gumových površích a lezení po ledu, nakloněné rampy. Spolu s ledovým tělem využívá mikrokontrolér Arduino Micro, modul Bluetooth a několik dalších vyrobených komponent.

Ještě dlouhá cesta

Stále je však brzy. Dokázat, že robot s tělem vyrobeným z ledu může fungovat, je jedna věc. Ale velká a velmi obtížná část projektu – autonomní výroba ledových komponent – ​​musí být ještě předvedena. Výzkumníci zvažují několik přístupů, včetně 3D tisku, lisování a obrábění, z nichž každý má své výhody a nevýhody.

„Naším bezprostředním cílem je navrhnout modulový spoj, který nám umožní automatizovat proces montáže,“ řekl Carroll. „Budeme moci využít automatizaci ke spojení našich aktuátorů s ledem, než abychom robota sestavovali ručně. Ve spojení s tím vyvíjíme koncový efektor pro manipulaci s bloky ledu bez jejich trvalé deformace, jak by se stalo při použití tradičních spojovacích prvků, jako jsou šrouby.

Pokračoval: „Zajímavou výzvou v oblasti designu, kterou musíme vyřešit oběma těmito směry, je zajistit, že my maximalizovat pevnost spojení, zatímco množství energie použité ke spojení součástí s ledem je minimalizováno. Ve vzdálených prostředích je energie ceněnou komoditou. Systémy jako IceBot budou efektivní pouze tehdy, pokud při jejich navrhování vezmeme v úvahu spotřebu energie.“

Projekty jako tento budou jen nabývat na významu. V pionýrské tradici možnost využívat nové, místní materiály na vše od rostoucí jídlo na budování biotopů je klíčovou součástí přežití – a prosperity – ve vesmíru. Roboti, kteří se nemusejí dopravovat za obrovské náklady ze Země kamkoli potřebují, jsou dalším kouskem skládačky.

Článek popisující projekt IceBot s názvem „Roboti z ledu: Analýza výrobních technik“, byl nedávno představen na IROS (The International Conference on Intelligent Robotics and Systems) 2020.

Doporučení redakce

• Vyvíjející se, samoreprodukující se roboti jsou tady – ale nebojte se povstání
• Sledujte, jak SpaceX cvičí nouzový únik ze své kapsle Crew Dragon
• Věk lidského zkoumání je za námi. Odsud to vezmou stroje
• Solar Orbiter posílá zpět první měření z vesmíru jen několik dní po startu
• Nejnovější anténa NASA Deep Space Network bude přijímat laserové signály z Marsu