Jäärobotid võivad olla tulevaste kosmoseuuringute võti

„Saturni suuruselt kuuenda kuu Enceladuse külmas maailmas oli koidikul, kui jäärobotid segama hakkasid. Saanud poole miljardi miili kauguselt oma marssikäske, tõmblesid ja sumisesid ja mõranesid külmumistemperatuurid sadade kraadide võrra madalamal.

"Need ei olnud robotid, mis olid lihtsalt kaetud õhukese jääkihiga, nagu auto, mis on külmal talveööl välja jäetud. Selle asemel raiuti need peaaegu eranditult suurtest jäätükkidest; hiiglaslikud külmunud skulptuurid, mis liigutasid ja uurisid Päikesesüsteemi ühe kõige ahvatlevamalt uurimata maailma pinda, eluotsingutest inspireerituna.

Dramaatiline ulmeline viis avada artikkel robotite ehitamise uuest kontseptsioonist? Täiesti võimalik. Aga kui teadlased alates GRASP Lab (see on üldrobootika, automatiseerimine, tajumine ja taju) Pennsylvania ülikoolis Philadelphias on õiged, see ei pruugi kauaks ulmeks jääda.

Pagan, see võib üsna pea kuuluda terve mõistuse kategooriasse.

Probleem Roveriga

Kaugjuhitavaid kulgureid on aastakümneid tagasi kasutatud kosmoseuuringute osana. NASA kaasas Lunar Roving Vehicles kolme oma Apollo missiooni, alustades Apollo 15-ga, mis maandus Kuule 1971. aasta juulis. Mars Exploration Rover Opportunity oli punasel planeedil tegevteenistuses poolteist aastakümmet, 2004. aastast 2019. aasta alguseni.

Kuid kuigi seda tüüpi uurimusrobotid on ehitatud vastupidavaks, on nende ellujäämisel piir. The autosuurune Curiosity sai tõsiseid rehvikahjustusi, kui ta läbis Marsi pinnast, teravate kividega kaetud. "Kui Marsil oleks mehaanikuid, oleks NASA võib-olla praeguseks poodi võtnud kulguri Curiosity," arvas Space.com.

Vahepeal jäi pikaajaline Opportunity missioon pärast 2018. aasta intensiivset tolmutormi lõplikult hämaraks. See varjas selle päikesepaneelid, jättes selle aku tühjaks. NASA klammerdus veel aasta, enne kui lõpuks tunnistas, et missioon oli jõudma varakult, tseremooniata lõpuni. Selle identne kaksik Spirit kuulutati varem surnuks 2011. aastal pärast Marsi liiva kinnijäämist.

See on probleem, sest kuigi robotite valmistamine võib maksta miljoneid, on need missioonide keskmes, mis võivad maksta miljardeid dollareid. Kui nad saavad kahjustusi või tehnilist ebaõnne, olenemata sellest, kas need on lihtsalt kahjustatud rehvid või tolm päikesepaneelidel, see tähendab, et kogu selle ajani tehtud pingutus – ehitusprotsess, raketi start, maandumine – on selle jaoks mitte midagi. See on sama, nagu peaksite oma uue superauto teeservas lõplikult maha jätma, kuna olete saanud tühjaks.

Sellepärast tahavad teadlased ehitada modulaarseid roboteid, mis suudavad end parandada või muul viisil täiendada stsenaariumides, kus asendusena tarnimine lihtsalt ei ole kulude ja logistika tõttu teostatav perspektiivi. Nad võiksid isegi teoreetiliselt ehitada enda või teiste robotite koopiaid. Selleks kasutaksid nad kohalikke materjale - näiteks jääd jääkuul.

Sisestage IceBot

Siin tuleb pildile GRASP Labi projekt IceBot. "IceBot on esimene omataoline jääst valmistatud robot," Devin Carroll, projekti juhtiv autor, rääkis Digital Trendsile. „[Meie uues töös esitleme] kontseptsiooni tõestust, kaherattalist robotit, et näidata jääst robotite ehitamise teostatavust. Meie eesmärk on selle tehnoloogiaga edendada uurimisrobotite iseparandus-, ise-ümberkonfigureerimise ja -paljundamise võimalusi. Sellise roboti valmistamisel oleme sammukese lähemal tõelisele isepaljunevale süsteemile – süsteemile, mis saab kasutada kohalikust keskkonnast pärit materjale, et ennast parandada, täiendada ja paljundada.

Carroll ja kaastöötaja Mark Yim alustasid oma projekti, uurides võimalusi robotite ehitamiseks leitud materjalidest. See aitaks laiendada selliste kaugetes või vaenulikes kohtades töötavate süsteemide töökindlust, võimaldades neil ringlusse võtta ja taaskasutada kohalikus keskkonnas leitud seadmeid.

"Me otsustasime kasutada jääd oma peamise ehitusmaterjalina selle disaini paindlikkuse tõttu," jätkas Carroll. "Huvi jäise keskkonna vastu on kliimamuutustega seotud uuringute ja ka maavälise uurimise tõttu suhteliselt suur. Jää kasutamine ehitusmaterjalina võimaldab meil robotit käigu pealt parandada, pikendades süsteemi kogu tööiga, kuna see kogub andmeid nendes kaugetes ja karmides keskkondades.

See ei pea muidugi olema kuskil nii kaugel kui Enceladus. See võib asuda kuskil kodule lähemal, näiteks Antarktikas, kus kaugjuhitavad robotid võivad samuti uurimistöö läbiviimiseks kasulikud olla. Mõlemal juhul, kui elemendid hakkavad kuluma või lagunema, võidakse asendusena luua uusi, samamoodi nagu bioloogilised kehad saavad taastuda.

Teadlased on seni ehitanud kontseptsiooni tõestava demoroboti, mis on võimeline mõlemas perioodis töötama toatemperatuuri ja miinuskraadidega keskkonnad, sõitmine üle kõvade kummipindade ja ronimine jääs, kaldu kaldteed. Koos jääkorpusega kasutab see Arduino mikrokontrollerit, Bluetoothi ​​moodulit ja mõnda muud valmistatud komponenti.

Sinna on veel pikk tee

Siiski on alles algusaeg. Üks asi on tõestada, et jääst kerega robot suudab toimida. Kuid projekti suurt ja väga rasket osa – jääkomponentide autonoomne valmistamine – tuleb veel demonstreerida. Teadlased kaaluvad mitmeid lähenemisviise, sealhulgas 3D-printimist, vormimist ja töötlemist, millest igaühel on oma plussid ja miinused.

"Meie vahetu eesmärk on kujundada mooduli ühendus, mis võimaldab meil monteerimisprotsessi automatiseerida, " ütles Carroll. "Me saame kasutada automatiseerimist, et ühendada oma täiturmehhanismid jääga, mitte ehitada robotit käsitsi. Koos sellega töötame välja lõppefektori, et töödelda jääplokke ilma neid püsivalt deformeerimata, nagu see juhtuks traditsiooniliste kinnitusdetailide, näiteks kruvide kasutamisega.

Ta jätkas: „Huvitav disainiväljakutse, mille peame mõlema suunaga lahendama, on tagada, et me maksimeerida ühenduse tugevust, samal ajal kui komponentide jääga ühendamiseks kuluv energia hulk on sama minimeeritud. Kaugemates keskkondades on energia hinnatud kaup. Sellised süsteemid nagu IceBot on tõhusad ainult siis, kui arvestame nende kavandamisel energiakasutust.

Sellised projektid muutuvad ainult olulisemaks. Teerajaja traditsiooni kohaselt on võimalik kasutada uusi kohalikke materjale kõige jaoks toidu kasvatamine juurde elupaikade rajamine on kosmoses ellujäämise ja õitsengu ülioluline osa. Robotid, mida ei pea suurte kuludega Maalt kuhu iganes minema, on veel üks pusletükk.

IceBoti projekti kirjeldav paber pealkirjaga "Jääst valmistatud robotid: tootmistehnikate analüüs”, esitleti hiljuti IROS-il (The International Conference on Intelligent Robotics and Systems) 2020.

Toimetajate soovitused

• Arenevad, isepaljunevad robotid on kohal – kuid ärge muretsege ülestõusu pärast
• Vaadake, kuidas SpaceX harjutab hädaolukorras põgenemist oma Crew Dragoni kapslist
• Inimuurimise ajastu on seljataga. Masinad viivad selle siit ära
• Solar Orbiter saadab esimesed mõõtmised kosmosest tagasi vaid mõni päev pärast starti
• NASA uusim Deep Space Networki antenn võtab vastu lasersignaale Marsilt