Jäärobotit voivat olla avain tulevaisuuden avaruustutkimukseen

"Saturnuksen kuudenneksi suurimman kuun Enceladuksen kylmässä maailmassa oli aamunkoitto, kun jäärobotit alkoivat sekoitella. Vastaanotettuaan marssikäskynsä puolen miljardin mailin päästä, jäätyneet roverit nykivät, huminat ja halkesivat satoja asteita jäätymispisteen alapuolella.

"Nämä eivät olleet robotteja, jotka oli yksinkertaisesti peitetty ohuella jääkerroksella, kuten auto, joka on jätetty pois kylmänä talviyönä. Sen sijaan ne leikattiin lähes yksinomaan suurista jääpaloista; jättimäisiä, jäätyneitä veistoksia, jotka liikuttivat ja tutkivat yhden aurinkokunnan kiehtovimman tutkimattoman maailman pintaa elämän etsinnässä."

Dramaattinen tieteiskirjallinen tapa avata artikkeli uudesta robottien rakentamiskonseptista? Hyvin mahdollisesti. Mutta jos tutkijat GRASP Lab (eli General Robotics, Automation, Sensing ja Perception) Pennsylvanian yliopistossa Philadelphiassa ovat oikein, tämä ei ehkä jää tieteiskirjalliseksi liian kauan.

Helvetti, se voi pian kuulua terveen järjen kategoriaan.

Ongelma Roverin kanssa

Kauko-ohjattavia rovereita on käytetty osana avaruustutkimusta vuosikymmeniä sitten. NASA sisällytti Lunar Roving Vehicles -ajoneuvot kolmeen Apollo-tehtäväänsä, alkaen Apollo 15:stä, joka laskeutui Kuuhun heinäkuussa 1971. Mars Exploration Rover Opportunity oli aktiivisessa käytössä punaisella planeetalla puolitoista vuosikymmentä, vuodesta 2004 vuoden 2019 alkuun.

Mutta vaikka tällaiset tutkimusrobotit on rakennettu kestäviksi, niiden selviytymiselle on rajansa. The auton kokoinen Curiosity Poimi vakavia rengasvaurioita kulkiessaan Marsin pinnan poikki terävien kivien täytteellä. "Jos Marsissa olisi mekaniikkaa, NASA on saattanut viedä Curiosity-mönkijän kauppaan tähän mennessä", arvioi Space.com.

Samaan aikaan pitkäkestoinen Opportunity-tehtävä pimeni lopullisesti vuoden 2018 voimakkaan pölymyrskyn jälkeen. Tämä peitti sen aurinkopaneelit ja jätti sen akun loppumaan. NASA piti kiinni vielä vuoden ennen kuin lopulta myönsi tehtävän päätyä aikaiseen, epäseremoniaan. Sen identtinen kaksos, Spirit, julistettiin aiemmin kuolleeksi vuonna 2011, kun se oli juuttunut Marsin hiekkaan.

Tämä on ongelma, koska vaikka robottien valmistaminen saattaa maksaa miljoonia, ne ovat keskeisiä tehtäviä, jotka voivat maksaa miljardeja dollareita. Jos he kärsivät vaurioista tai teknisestä onnettomuudesta, olipa kyseessä vain vaurioituneet renkaat tai pöly aurinkopaneeleissa, se tarkoittaa, että kaikki siihen asti tehdyt ponnistelut - rakennusprosessi, raketin laukaisu, laskeutuminen - on tarkoitettu ei mitään. Se on kuin joutuisit hylkäämään uuden superautosi lopullisesti tien reunaan, koska olet kärsinyt tienpinnasta.

Siksi tutkijat haluavat rakentaa modulaarisia robotteja, jotka voivat korjata tai muuten täydentää itseään tilanteissa, joissa korvaavan tuotteen toimitus ei yksinkertaisesti ole mahdollista kustannusten ja logistiikan vuoksi näkökulmasta. He voisivat jopa teoriassa rakentaa kopioita itsestään tai muista roboteista kokonaan. Tätä varten he käyttäisivät paikallisia materiaaleja - kuten esimerkiksi jäätä jääkuussa.

Syötä IceBot

Tässä tulee kuvaan GRASP Labin IceBot-projekti. "IceBot on ensimmäinen jäästä valmistettu robotti" Devin Carroll, hankkeen johtava kirjoittaja, kertoi Digital Trendsille. "[Uudessa työssämme esittelemme] kaksipyöräisen robotin, joka näyttää robottien rakentamisen jäästä. Tarkoituksenamme tällä tekniikalla on edistää etsintärobottien itsekorjaus-, uudelleenkonfigurointi- ja itsekopiointikykyä. Tekemällä tällaisen robotin olemme askeleen lähempänä todellista itsestään replikoituvaa järjestelmää – sellaista, joka voi käyttää paikallisen ympäristön materiaaleja korjatakseen, täydentääkseen ja replikoidakseen itsensä."

Carroll ja yhteistyökumppani Mark Yim aloittivat projektinsa tutkimalla tapoja rakentaa robotteja löydetyistä materiaaleista. Tämä auttaisi laajentamaan kaukaisissa tai vihamielisissä paikoissa toimivien järjestelmien kestävyyttä sallimalla niiden kierrättää ja käyttää uudelleen paikallisessa ympäristössä olevia laitteita.

"Valitsimme käyttää jäätä ensisijaiseksi rakennusmateriaaliksi sen suunnittelun joustavuuden vuoksi", Carroll jatkoi. ”Kiinnostus jäisiä ympäristöjä kohtaan on suhteellisen suurta ilmastonmuutokseen liittyvän tutkimuksen sekä maan ulkopuolisten tutkimusten vuoksi. Jään käyttäminen rakennusmateriaalina mahdollistaa robotin korjaamisen lennossa, mikä pidentää järjestelmän koko käyttöikää, kun se kerää tietoja näissä syrjäisissä ja ankarissa ympäristöissä.

Tämän ei tietenkään tarvitsisi olla niin kaukana kuin Enceladus. Se voisi olla jossain lähempänä kotia, kuten Etelämanner, jossa kauko-ohjattavat robotit voivat myös olla hyödyllisiä tutkimuksen suorittamisessa. Kummassakin tapauksessa, kun elementit alkavat kulua pois tai hajota, uusia voitaisiin luoda tilalle, samalla tavalla kuin biologiset kappaleet voivat uusiutua.

Tutkijat ovat tähän mennessä rakentaneet proof-of-concept-demorobotin, joka pystyy toimimaan jaksoittain molemmissa huoneenlämpöiset ja pakkasympäristöt, matkustaminen kovien kumipintojen yli ja kiipeily jäissä, kalteva rampit. Jäärungon ohella se hyödyntää Arduino Micro-mikrokontrolleria, Bluetooth-moduulia ja muutamia muita valmistettuja komponentteja.

Vielä on matkaa jäljellä

On kuitenkin vielä alkupäiviä. Yksi asia on todistaa, että robotti, jonka runko on tehty jäästä, voi toimia. Mutta suuri ja erittäin vaikea osa projektista - jääkomponenttien valmistaminen itsenäisesti - ei ole vielä esitelty. Tutkijat harkitsevat useita lähestymistapoja, mukaan lukien 3D-tulostus, muovaus ja koneistus, joista jokaisella on hyvät ja huonot puolensa.

"Välitön tavoitteemme on suunnitella moduuliliitos, jonka avulla voimme automatisoida kokoonpanoprosessin", Carroll sanoi. ”Pystymme automaation avulla liittämään toimilaitteet jään kanssa sen sijaan, että rakennamme robottia käsin. Tämän yhteydessä kehitämme päätetehostetta, jolla voidaan käsitellä jäälohkoja muuttamatta niitä pysyvästi, kuten tapahtuisi käyttämällä perinteisiä kiinnikkeitä, kuten ruuveja.

Hän jatkoi: ”Mielenkiintoinen suunnitteluhaaste, joka meidän on ratkaistava molemmilla suunnilla, on varmistaa, että me maksimoida liitoksen vahvuus, kun taas komponenttien liittämiseen jään kanssa kuluu energiaa minimoitu. Syrjäisissä ympäristöissä energia on arvostettu hyödyke. IceBotin kaltaiset järjestelmät ovat tehokkaita vain, jos otamme energiankulutuksen huomioon niitä suunniteltaessa.

Tällaisten hankkeiden merkitys tulee vain kasvamaan. Pioneeriperinteen mukaisesti voi hyödyntää uusia, paikallisia materiaaleja kaikkeen alkaen kasvavaa ruokaa to elinympäristöjen rakentaminen on tärkeä osa selviytymistä – ja menestymistä – avaruudessa. Robotit, joita ei tarvitse kuljettaa suurilla kustannuksilla maasta minne tahansa, ovat yksi palapelin palanen.

IceBot-projektia kuvaava paperi, jonka otsikko on "Jäästä tehdyt robotit: valmistustekniikoiden analyysi”, esiteltiin äskettäin IROS: ssa (The International Conference on Intelligent Robotics and Systems) 2020.

Toimittajien suositukset

• Kehittyvät, itseään replikoivat robotit ovat täällä – mutta älä huoli kansannoususta
• Katso, kuinka SpaceX harjoittelee hätäpakoa Crew Dragon -kapselistaan
• Ihmisen tutkimisen aikakausi on takanapäin. Koneet vievät sen täältä
• Solar Orbiter lähettää ensimmäiset mittaukset avaruudesta vain muutama päivä laukaisun jälkeen
• NASAn uusin Deep Space Network -antenni vastaanottaa lasersignaaleja Marsista