Τα ρομπότ πάγου θα μπορούσαν να είναι το κλειδί για τη μελλοντική εξερεύνηση του διαστήματος

«Ήταν ακριβώς γύρω στην αυγή στον παγωμένο κόσμο του Εγκέλαδου, του έκτου μεγαλύτερου φεγγαριού του Κρόνου, όταν τα ρομπότ πάγου άρχισαν να ανακατεύονται. Λαμβάνοντας τις εντολές πορείας τους από μισό δισεκατομμύριο μίλια μακριά, τα παγωμένα ρόβερ συσπάστηκαν και βουίζουν και ραγίζουν σε θερμοκρασίες εκατοντάδες βαθμούς κάτω από το σημείο μηδενός.

«Αυτά δεν ήταν ρομπότ που είχαν απλώς καλυφθεί με ένα λεπτό στρώμα πάγου, όπως ένα αυτοκίνητο που έμεινε έξω μια κρύα νύχτα του χειμώνα. Αντίθετα, κόπηκαν σχεδόν αποκλειστικά από μεγάλα κομμάτια πάγου. γιγάντια, παγωμένα γλυπτά που κινούνταν και ερεύνησαν την επιφάνεια ενός από τους πιο δελεαστικά ανεξερεύνητους κόσμους του ηλιακού συστήματος, εμψυχωμένα από την αναζήτηση της ζωής».

Ένας δραματικός, επιστημονικής φαντασίας τρόπος για να ανοίξετε ένα άρθρο σχετικά με μια νέα ιδέα για την κατασκευή ρομπότ; Πολύ πιθανό. Αν όμως ερευνητές από το

Εργαστήριο GRASP (δηλαδή Γενική Ρομποτική, Αυτοματισμός, Αίσθηση και Αντίληψη) στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια στη Φιλαδέλφεια είναι σωστά, αυτό μπορεί να μην παραμείνει επιστημονική φαντασία για πολύ περισσότερο.

Καλά, θα μπορούσε πολύ σύντομα να εμπίπτει στην κατηγορία της κοινής λογικής.

Το πρόβλημα με τη Rover

Τα τηλεκατευθυνόμενα ρόβερ έχουν χρησιμοποιηθεί ως μέρος της εξερεύνησης του διαστήματος εδώ και δεκαετίες. Η NASA συμπεριέλαβε τα Lunar Roving Vehicles σε τρεις από τις αποστολές της Apollo, ξεκινώντας με το Apollo 15, το οποίο προσγειώθηκε στη Σελήνη τον Ιούλιο του 1971. Το Mars Exploration Rover Opportunity ήταν σε ενεργή υπηρεσία στον κόκκινο πλανήτη για μιάμιση δεκαετία, από το 2004 έως τις αρχές του 2019.

Όμως, ενώ αυτά τα είδη εξερευνητικών ρομπότ είναι κατασκευασμένα για να είναι στιβαρά, υπάρχει ένα όριο στην επιβίωσή τους. ο Curiosity σε μέγεθος αυτοκινήτου αντιμετώπισε κάποια σοβαρή ζημιά στα ελαστικά ενώ διέσχιζε την επιφάνεια του Άρη, όπως είναι με αιχμηρά βράχια. «Αν υπήρχαν μηχανικοί στον Άρη, η NASA μπορεί να είχε πάρει το ρόβερ Curiosity στο κατάστημα μέχρι τώρα». γνωμοδότησε το Space.com.

Εν τω μεταξύ, η μακροχρόνια αποστολή Opportunity σκοτείνιασε οριστικά μετά από μια έντονη καταιγίδα σκόνης το 2018. Αυτό συσκότισε τα ηλιακά πάνελ του, αφήνοντάς το να ξεμείνει από μπαταρία. Η NASA παρέμεινε για άλλον ένα χρόνο προτού τελικά παραδεχτεί ότι η αποστολή είχε φτάσει σε ένα πρόωρο, ασυνήθιστο τέλος. Το πανομοιότυπο δίδυμό του, το Spirit, είχε προηγουμένως κηρυχθεί νεκρό το 2011 αφού κόλλησε στην άμμο του Άρη.

Αυτό είναι ένα πρόβλημα γιατί, ενώ η κατασκευή των ρομπότ μπορεί να κοστίσει εκατομμύρια, βρίσκονται στο επίκεντρο αποστολών που μπορεί να κοστίσουν δισεκατομμύρια δολάρια. Εάν υποστούν ζημιά ή τεχνική ατυχία, ανεξάρτητα από το αν είναι απλώς χαλασμένα ελαστικά ή σκόνη στα ηλιακά πάνελ, σημαίνει ότι όλη η προσπάθεια μέχρι τότε — η διαδικασία κατασκευής, η εκτόξευση πυραύλων, η προσγείωση — είναι για μηδέν. Είναι σαν να πρέπει να εγκαταλείψεις οριστικά το νέο σου υπεραυτοκίνητο στην άκρη του δρόμου επειδή έπαθες ένα διαμέρισμα.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι ερευνητές θέλουν να κατασκευάσουν αρθρωτά ρομπότ που μπορούν να επισκευαστούν ή με άλλο τρόπο να αυξηθούν σε σενάρια όπου η αποστολή σε αντικατάσταση απλά δεν είναι εφικτή λόγω κόστους και logistics προοπτική. Θα μπορούσαν ακόμη και, θεωρητικά, να κατασκευάσουν αντίγραφα του εαυτού τους ή άλλων ρομπότ εξ ολοκλήρου. Για να γίνει αυτό, θα χρησιμοποιούσαν τοπικά υλικά - όπως, ας πούμε, πάγο σε ένα παγωμένο φεγγάρι.

Μπείτε στο IceBot

Εδώ εμφανίζεται το έργο IceBot του εργαστηρίου GRASP. «Το IceBot είναι ένα πρώτο στο είδος του ρομπότ φτιαγμένο από πάγο» Ντέβιν Κάρολ, επικεφαλής συγγραφέας του έργου, είπε στο Digital Trends. «[Στη νέα μας δουλειά, παρουσιάζουμε] ένα δίτροχο ρομπότ με απόδειξη της ιδέας για να δείξουμε τη σκοπιμότητα κατασκευής ρομπότ από πάγο. Η πρόθεσή μας με αυτήν την τεχνολογία είναι να προωθήσουμε τις δυνατότητες αυτο-επισκευής, αυτο-αναδιαμόρφωσης και αυτοαναπαραγωγής των ρομπότ εξερεύνησης. Κατασκευάζοντας ένα ρομπότ σαν αυτό, βρισκόμαστε ένα βήμα πιο κοντά σε ένα αληθινό αυτοαναπαραγόμενο σύστημα – ένα σύστημα που μπορεί να χρησιμοποιήσει υλικά από το τοπικό περιβάλλον για να επισκευαστεί, να αυξηθεί και να αναπαραχθεί».

Carroll και συνεργάτης Mark Yim ξεκίνησαν το έργο τους εξερευνώντας τρόπους κατασκευής ρομπότ χρησιμοποιώντας υλικά που βρέθηκαν. Αυτό θα βοηθούσε στην επέκταση της ευρωστίας τέτοιων συστημάτων που λειτουργούν σε απομακρυσμένες ή εχθρικές τοποθεσίες, επιτρέποντάς τους να ανακυκλώνουν και να επαναχρησιμοποιούν εξοπλισμό που βρέθηκε στο τοπικό περιβάλλον.

«Επιλέξαμε να χρησιμοποιήσουμε τον πάγο ως το κύριο δομικό μας υλικό λόγω της ευελιξίας του σχεδιασμού του», συνέχισε ο Carroll. «Το ενδιαφέρον για τα παγωμένα περιβάλλοντα είναι σχετικά υψηλό λόγω της έρευνας που σχετίζεται με την κλιματική αλλαγή, καθώς και της εξωγήινης εξερεύνησης. Η χρήση του πάγου ως δομικού υλικού μας επιτρέπει να επισκευάσουμε το ρομπότ εν κινήσει, επεκτείνοντας τη συνολική λειτουργική ζωή του συστήματος καθώς συλλέγει δεδομένα σε αυτά τα απομακρυσμένα και σκληρά περιβάλλοντα».

Αυτό δεν θα έπρεπε να είναι κάπου τόσο μακρινό όσο ο Εγκέλαδος, φυσικά. Θα μπορούσε να είναι κάπου πιο κοντά στο σπίτι, όπως η Ανταρκτική, όπου τα τηλεκατευθυνόμενα ρομπότ μπορούν επίσης να είναι χρήσιμα για τη διεξαγωγή έρευνας. Και στις δύο περιπτώσεις, όταν τα στοιχεία αρχίζουν να φθείρονται ή να καταστρέφονται, θα μπορούσαν να δημιουργηθούν νέα ως αντικατάσταση, με τον ίδιο τρόπο που μπορούν να αναγεννηθούν τα βιολογικά σώματα.

Οι ερευνητές έχουν κατασκευάσει μέχρι στιγμής ένα ρομπότ επίδειξης απόδειξης της ιδέας που είναι σε θέση να λειτουργεί για περιόδους και στα δύο περιβάλλοντα θερμοκρασίας δωματίου και κάτω από το μηδέν, που ταξιδεύουν πάνω από σκληρές επιφάνειες από καουτσούκ και σκαρφαλώνουν σε παγωμένο, με κλίση ράμπες. Μαζί με το σώμα πάγου, χρησιμοποιεί έναν μικροελεγκτή Arduino Micro, μονάδα Bluetooth και μερικά άλλα κατασκευασμένα εξαρτήματα.

Πολύς δρόμος ακόμα

Ωστόσο, είναι ακόμη νωρίς. Η απόδειξη ότι ένα ρομπότ με σώμα κατασκευασμένο από πάγο μπορεί να λειτουργήσει είναι ένα πράγμα. Αλλά ένα μεγάλο, και πολύ δύσκολο, μέρος του έργου - η αυτόνομη κατασκευή των εξαρτημάτων πάγου - δεν έχει ακόμη αποδειχθεί. Οι ερευνητές εξετάζουν πολλαπλές προσεγγίσεις, συμπεριλαμβανομένης της τρισδιάστατης εκτύπωσης, του καλουπώματος και της μηχανικής κατεργασίας, καθεμία από τις οποίες έχει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά της.

«Ο άμεσος στόχος μας είναι να σχεδιάσουμε έναν σύνδεσμο μονάδων που θα μας επιτρέψει να αυτοματοποιήσουμε τη διαδικασία συναρμολόγησης», είπε ο Carroll. «Θα μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτοματισμό για να ενώσουμε τους ενεργοποιητές μας με τον πάγο αντί να κατασκευάσουμε το ρομπότ με το χέρι. Σε συνδυασμό με αυτό, αναπτύσσουμε έναν τελικό τελεστή για να χειριζόμαστε μπλοκ πάγου χωρίς μόνιμη παραμόρφωση, όπως θα συνέβαινε με τη χρήση παραδοσιακών συνδετήρων όπως βίδες».

Και συνέχισε: «Μια ενδιαφέρουσα σχεδιαστική πρόκληση που πρέπει να λύσουμε και με τις δύο αυτές κατευθύνσεις είναι να διασφαλίσουμε ότι εμείς μεγιστοποιήστε την αντοχή της σύνδεσης ενώ η ποσότητα ενέργειας που χρησιμοποιείται για την ένωση των εξαρτημάτων με τον πάγο είναι ελαχιστοποιούνται. Σε απομακρυσμένα περιβάλλοντα, η ενέργεια είναι ένα πολύτιμο αγαθό. Συστήματα όπως το IceBot θα είναι αποτελεσματικά μόνο εάν λάβουμε υπόψη τη χρήση ενέργειας κατά τον σχεδιασμό τους».

Έργα σαν αυτό θα γίνουν πιο σημαντικά. Στην πρωτοποριακή παράδοση, η δυνατότητα χρήσης νέων, τοπικών υλικών για τα πάντα καλλιέργεια τροφίμων προς την οικοδόμηση οικοτόπων είναι ένα κρίσιμο μέρος της επιβίωσης - και της ευημερίας - στο διάστημα. Τα ρομπότ που δεν χρειάζεται να αποσταλούν, με τεράστια έξοδα, από τη Γη σε οπουδήποτε πρέπει να πάνε είναι ένα ακόμη κομμάτι του παζλ.

Ένα έγγραφο που περιγράφει το έργο IceBot, με τίτλο «Robots Made From Ice: An Analysis of Manufacturing Techniques», παρουσιάστηκε πρόσφατα στο IROS (The International Conference on Intelligent Robotics and Systems) 2020.

Συστάσεις των συντακτών

• Τα εξελισσόμενα, αυτοαναπαραγόμενα ρομπότ είναι εδώ — αλλά μην ανησυχείτε για μια εξέγερση
• Παρακολουθήστε το SpaceX να εξασκεί μια επείγουσα απόδραση από την κάψουλα του Crew Dragon
• Η εποχή της ανθρώπινης εξερεύνησης είναι πίσω μας. Οι μηχανές θα το πάρουν από εδώ
• Το Solar Orbiter στέλνει πίσω τις πρώτες μετρήσεις από το διάστημα λίγες μέρες μετά την εκτόξευση
• Η νεότερη κεραία του Deep Space Network της NASA θα λαμβάνει σήματα λέιζερ από τον Άρη