Eisroboter könnten der Schlüssel zur zukünftigen Weltraumforschung sein

„Es war kurz vor Tagesanbruch auf der kalten Welt von Enceladus, dem sechstgrößten Saturnmond, als die Eisroboter zu rühren begannen. Die gefrorenen Rover empfingen ihre Marschbefehle aus einer Entfernung von einer halben Milliarde Meilen und zuckten, summten und knackten bei Temperaturen, die Hunderte von Grad unter dem Gefrierpunkt lagen.

„Das waren keine Roboter, die einfach mit einer dünnen Eisschicht bedeckt waren, wie ein Auto, das man in einer kalten Winternacht stehengelassen hatte. Stattdessen wurden sie fast ausschließlich aus großen Eisbrocken gehauen; Riesige, gefrorene Skulpturen, die sich bewegten und die Oberfläche einer der verlockendsten unerforschten Welten des Sonnensystems erforschten, beseelt von der Suche nach Leben.“

Eine dramatische Science-Fiction-Art, einen Artikel über ein neues Konzept zum Bau von Robotern zu eröffnen? Gut möglich. Aber wenn Forscher aus der

GRASP-Labor (das ist General Robotics, Automation, Sensing, and Perception) an der University of Pennsylvania in Philadelphia korrekt sind, wird dies möglicherweise nicht mehr lange Science-Fiction bleiben.

Verdammt, es könnte ziemlich bald in die Kategorie des gesunden Menschenverstandes fallen.

Der Ärger mit Rover

Ferngesteuerte Rover werden seit Jahrzehnten im Rahmen der Weltraumforschung eingesetzt. Die NASA hat Mondfahrzeuge in drei ihrer Apollo-Missionen einbezogen, beginnend mit Apollo 15, das im Juli 1971 auf dem Mond landete. Der Mars Exploration Rover Opportunity war anderthalb Jahrzehnte lang, von 2004 bis Anfang 2019, im aktiven Dienst auf dem Roten Planeten.

Obwohl diese Art von Erkundungsrobotern auf Robustheit ausgelegt sind, sind ihrer Überlebensfähigkeit Grenzen gesetzt. Der autogroße Curiosity erlitt auf seinem Weg über die mit scharfen Steinen übersäte Marsoberfläche einen schweren Reifenschaden. „Wenn es Mechaniken auf dem Mars gäbe, hätte die NASA möglicherweise inzwischen den Rover Curiosity in die Werkstatt gebracht.“ meinte Space.com.

Unterdessen scheiterte die langjährige Opportunity-Mission nach einem heftigen Staubsturm im Jahr 2018 endgültig. Dadurch wurden die Sonnenkollektoren verdeckt, sodass die Batterie leer war. Die NASA hielt noch ein Jahr durch, bevor sie schließlich zugab, dass die Mission erfolgreich war ein frühes, unfeierliches Ende finden. Sein eineiiger Zwilling, Spirit, wurde bereits 2011 für tot erklärt, nachdem er im Marssand steckengeblieben war.

Dies stellt ein Problem dar, denn auch wenn die Herstellung der Roboter Millionen kosten kann, stehen sie doch im Zentrum von Missionen, die mehrere Milliarden Dollar kosten können. Wenn sie einen Schaden oder ein technisches Unglück erleiden, sei es nur beschädigte Reifen oder Staub auf den Solarpaneelen, es bedeutet, dass die ganze Mühe bis dahin – der Bauprozess, der Raketenstart, die Landung – für … ist Nichts. Es ist, als ob Sie Ihren neuen Supersportwagen wegen einer Reifenpanne endgültig am Straßenrand stehen lassen müssten.

Deshalb wollen Forscher modulare Roboter bauen, die sich selbst reparieren oder auf andere Weise erweitern können in Fällen, in denen der Versand eines Ersatzes aus Kosten- und Logistikgründen einfach nicht möglich ist Perspektive. Theoretisch könnten sie sogar vollständige Nachbildungen von sich selbst oder anderen Robotern bauen. Dazu würden sie lokale Materialien nutzen – wie zum Beispiel Eis auf einem Eismond.

Betreten Sie IceBot

Hier kommt das IceBot-Projekt des GRASP Lab ins Spiel. „IceBot ist der erste Roboter seiner Art aus Eis“ Devin Carroll, Hauptautor des Projekts, sagte gegenüber Digital Trends. „[In unserer neuen Arbeit präsentieren wir] einen zweirädrigen Proof-of-Concept-Roboter, um die Machbarkeit des Baus von Robotern aus Eis zu demonstrieren. Unser Ziel mit dieser Technologie ist es, die Selbstreparatur-, Selbstrekonfigurations- und Selbstreplikationsfähigkeiten von Erkundungsrobotern voranzutreiben. Mit der Herstellung eines Roboters wie diesem kommen wir einem wirklich selbstreplizierenden System einen Schritt näher – einem System, das Materialien aus der lokalen Umgebung nutzen kann, um sich selbst zu reparieren, zu erweitern und zu replizieren.“

Carroll und Mitarbeiter Mark Yim begannen ihr Projekt mit der Erforschung von Möglichkeiten, Roboter aus gefundenen Materialien zu bauen. Dies würde dazu beitragen, die Robustheit solcher Systeme zu erhöhen, die an entfernten oder feindlichen Standorten betrieben werden, indem es ihnen ermöglicht wird, Geräte, die in der lokalen Umgebung gefunden wurden, zu recyceln und wiederzuverwenden.

„Wir haben uns aufgrund seiner Designflexibilität für Eis als primäres Baumaterial entschieden“, fuhr Carroll fort. „Das Interesse an eisigen Umgebungen ist aufgrund der Forschung zum Klimawandel und der außerirdischen Erforschung relativ groß. Durch die Verwendung von Eis als Baumaterial können wir den Roboter im Handumdrehen reparieren und so die Gesamtlebensdauer des Systems verlängern, während es in diesen abgelegenen und rauen Umgebungen Daten sammelt.“

Das müsste natürlich nicht so weit entfernt sein wie Enceladus. Es könnte ein Ort sein, der näher an der Heimat liegt, etwa in der Antarktis, wo ferngesteuerte Roboter auch für die Durchführung von Forschungsarbeiten nützlich sein können. In beiden Fällen könnten, wenn sich die Elemente abnutzen oder zerfallen, neue als Ersatz geschaffen werden, ähnlich wie biologische Körper sich regenerieren können.

Bisher haben die Forscher einen Proof-of-Concept-Demoroboter gebaut, der in beiden Fällen zeitweise eingesetzt werden kann Umgebungen mit Raumtemperatur und Minusgraden, Fahren über harte Gummioberflächen und Klettern auf eisigem Untergrund Rampen. Neben dem Eiskörper werden ein Arduino Micro-Mikrocontroller, ein Bluetooth-Modul und einige andere hergestellte Komponenten verwendet.

Es ist noch ein langer Weg

Es ist jedoch noch früh. Zu beweisen, dass ein Roboter mit einem Körper aus Eis funktionieren kann, ist eine Sache. Aber ein großer und sehr schwieriger Teil des Projekts – die autonome Herstellung der Eiskomponenten – muss noch demonstriert werden. Die Forscher erwägen mehrere Ansätze, darunter 3D-Druck, Formen und Bearbeitung, von denen jeder seine Vor- und Nachteile hat.

„Unser unmittelbares Ziel ist es, eine Modulverbindung zu entwerfen, die es uns ermöglicht, den Montageprozess zu automatisieren“, sagte Carroll. „Wir werden in der Lage sein, unsere Aktuatoren automatisiert mit dem Eis zu verbinden, anstatt den Roboter von Hand zu bauen. In diesem Zusammenhang entwickeln wir einen Endeffektor, um Eisblöcke zu manipulieren, ohne sie dauerhaft zu verformen, wie dies bei der Verwendung herkömmlicher Befestigungselemente wie Schrauben der Fall wäre.“

Er fuhr fort: „Eine interessante Designherausforderung, die wir in beiden Richtungen lösen müssen, besteht darin, sicherzustellen, dass wir Maximieren Sie die Verbindungsstärke, während die Energiemenge, die zum Verbinden der Komponenten mit dem Eis aufgewendet wird, gering ist minimiert. In abgelegenen Gegenden ist Energie ein wertvolles Gut. Systeme wie IceBot werden nur dann effektiv sein, wenn wir bei ihrer Entwicklung den Energieverbrauch berücksichtigen.“

Projekte wie dieses werden nur noch wichtiger. Ganz in der Tradition der Pioniere, neue, lokale Materialien für alles nutzen zu können Anbau von Nahrungsmitteln Zu Lebensräume bauen ist ein entscheidender Teil des Überlebens – und Gedeihens – im Weltraum. Roboter, die nicht mit enormen Kosten von der Erde dorthin verschifft werden müssen, wo sie hin müssen, sind ein weiterer Teil des Puzzles.

Ein Artikel, der das IceBot-Projekt beschreibt, mit dem Titel „Roboter aus Eis: Eine Analyse der Herstellungstechniken„wurde kürzlich auf der IROS (The International Conference on Intelligent Robotics and Systems) 2020 vorgestellt.

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