Los robots de hielo podrían ser la clave para la futura exploración espacial

“Fue alrededor del amanecer en el gélido mundo de Encelado, la sexta luna más grande de Saturno, cuando los robots de hielo comenzaron a moverse. Al recibir sus órdenes de marcha desde 500 millones de kilómetros de distancia, los vehículos congelados se movieron, zumbaron y crujieron a temperaturas de cientos de grados bajo cero.

“Estos no eran robots que simplemente habían sido cubiertos por una fina capa de hielo, como un automóvil que se deja afuera en una fría noche de invierno. En cambio, fueron tallados casi exclusivamente en grandes trozos de hielo; Esculturas gigantes congeladas que se movían y exploraban la superficie de uno de los mundos más tentadores e inexplorados del sistema solar, animadas por la búsqueda de vida”.

¿Una forma dramática y de ciencia ficción de abrir un artículo sobre un nuevo concepto para construir robots? Muy posiblemente. Pero si los investigadores del

Laboratorio GRASP (es decir, Robótica General, Automatización, Sensación y Percepción) de la Universidad de Pensilvania en Filadelfia son correctas, es posible que esto no siga siendo ciencia ficción por mucho más tiempo.

Diablos, muy pronto podría caer en la categoría de sentido común.

El problema con Rover

Los rovers controlados remotamente se han utilizado como parte de la exploración espacial desde hace décadas. La NASA incluyó vehículos lunares itinerantes en tres de sus misiones Apolo, comenzando con el Apolo 15, que alunizó en julio de 1971. El Mars Exploration Rover Opportunity estuvo en servicio activo en el planeta rojo durante una década y media, desde 2004 hasta principios de 2019.

Pero si bien este tipo de robots exploratorios están diseñados para ser robustos, su capacidad de supervivencia tiene un límite. El Curiosity del tamaño de un coche sufrió graves daños en los neumáticos mientras avanzaba por la superficie marciana, salpicada de rocas afiladas. "Si hubiera mecánicos en Marte, es posible que la NASA ya hubiera llevado el rover Curiosity al taller". opinó Space.com.

Mientras tanto, la misión Opportunity, de larga duración, se apagó definitivamente luego de una intensa tormenta de polvo en 2018. Esto oscureció sus paneles solares, dejando que se quedara sin batería. La NASA aguantó un año más antes de admitir finalmente que la misión había llegar a un final temprano y sin ceremonias. Su gemelo idéntico, Spirit, fue declarado muerto anteriormente en 2011 después de quedar atrapado en la arena marciana.

Esto es un problema porque, si bien fabricar los robots puede costar millones, están en el centro de misiones que pueden costar miles de millones de dólares. Si sufren daños o problemas técnicos, ya sean neumáticos dañados o polvo en los paneles solares, significa que todo el esfuerzo hasta entonces (el proceso de construcción, el lanzamiento del cohete, el aterrizaje) es para nada. Es como tener que abandonar definitivamente tu nuevo superdeportivo al costado de la carretera porque has sufrido un pinchazo.

Es por eso que los investigadores quieren construir robots modulares que puedan repararse o mejorarse a sí mismos. en escenarios donde el envío de un reemplazo simplemente no es factible desde el punto de vista del costo y la logística perspectiva. En teoría, incluso podrían construir réplicas completas de ellos mismos o de otros robots. Para ello, utilizarían materiales locales, como, por ejemplo, hielo en una luna helada.

Introduzca IceBot

Aquí es donde entra en escena el proyecto IceBot de GRASP Lab. "IceBot es el primer robot de su tipo hecho de hielo". David Carroll, autor principal del proyecto, dijo a Digital Trends. “[En nuestro nuevo trabajo, presentamos] una prueba de concepto de robot de dos ruedas para mostrar la viabilidad de construir robots a partir de hielo. Nuestra intención con esta tecnología es avanzar en las capacidades de autorreparación, autorreconfiguración y autorreplicación de los robots de exploración. Al fabricar un robot como este, estamos un paso más cerca de un verdadero sistema autorreplicante, uno que pueda utilizar materiales del entorno local para repararse, aumentarse y replicarse a sí mismo”.

Carroll y colaborador Marcos Yim Comenzaron su proyecto explorando formas de construir robots utilizando materiales encontrados. Esto ayudaría a ampliar la solidez de dichos sistemas que operan en lugares distantes u hostiles al permitirles reciclar y reutilizar equipos que se encontraron en el entorno local.

"Elegimos utilizar hielo como nuestro principal material de construcción debido a su flexibilidad de diseño", continuó Carroll. “El interés por los entornos helados es relativamente alto debido a las investigaciones relacionadas con el cambio climático, así como a la exploración extraterrestre. El uso de hielo como material de construcción nos permite reparar el robot sobre la marcha, extendiendo la vida operativa total del sistema mientras recopila datos en estos entornos remotos y hostiles”.

Por supuesto, esto no tendría que ser un lugar tan lejano como Encelado. Podría ser algún lugar más cercano a casa, como la Antártida, donde los robots controlados a distancia también pueden resultar útiles para realizar investigaciones. En cualquier caso, cuando los elementos comienzan a desgastarse o descomponerse, se podrían crear otros nuevos como reemplazo, de la misma manera que los cuerpos biológicos pueden regenerarse.

Hasta ahora, los investigadores han construido un robot de demostración de prueba de concepto que puede operar durante períodos en ambos ambientes a temperatura ambiente y bajo cero, viajar sobre superficies de goma dura y escalar superficies heladas e inclinadas. rampas. Junto con el cuerpo de hielo, utiliza un microcontrolador Arduino Micro, un módulo Bluetooth y algunos otros componentes fabricados.

Aún queda un largo camino por recorrer

Sin embargo, todavía es pronto. Demostrar que un robot con un cuerpo hecho de hielo puede funcionar es una cosa. Pero aún queda por demostrar una parte importante y muy difícil del proyecto: fabricar los componentes del hielo de forma autónoma. Los investigadores están considerando múltiples enfoques, incluida la impresión, el moldeado y el mecanizado en 3D, cada uno de los cuales tiene sus ventajas y desventajas.

"Nuestro objetivo inmediato es diseñar una unión modular que nos permita automatizar el proceso de ensamblaje", dijo Carroll. “Podremos utilizar la automatización para unir nuestros actuadores al hielo en lugar de construir el robot a mano. Junto con esto, estamos desarrollando un efector final para manipular bloques de hielo sin deformarlos permanentemente, como sucedería con el uso de sujetadores tradicionales como tornillos”.

Continuó: “Un desafío de diseño interesante que debemos resolver en ambas direcciones es garantizar que maximizar la fuerza de la conexión mientras que la cantidad de energía utilizada para unir los componentes con el hielo es minimizado. En entornos remotos, la energía es un bien valioso. Sistemas como IceBot sólo serán efectivos si consideramos el uso de energía al diseñarlos”.

Proyectos como este sólo van a volverse más importantes. En la tradición pionera, poder utilizar materiales locales nuevos para todo, desde el cultivo de alimentos a construyendo hábitats es una parte crucial para sobrevivir y prosperar en el espacio. Los robots que no tienen que ser enviados, a un costo enorme, desde la Tierra a donde necesiten ir son una pieza más del rompecabezas.

Un artículo que describe el proyecto IceBot, titulado “Robots hechos de hielo: un análisis de las técnicas de fabricación”, se presentó recientemente en IROS (Conferencia Internacional sobre Robótica y Sistemas Inteligentes) 2020.

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