Les robots de glace pourraient être la clé de la future exploration spatiale

« C'était à l'aube sur le monde glacial d'Encelade, la sixième plus grande lune de Saturne, lorsque les robots de glace ont commencé à s'agiter. Recevant leurs ordres de marche à un demi-milliard de kilomètres de distance, les rovers gelés se contractèrent, bourdonnèrent et craquèrent à des températures de plusieurs centaines de degrés en dessous du point de congélation.

« Il ne s’agissait pas de robots simplement recouverts d’une fine couche de glace, comme une voiture laissée de côté par une froide nuit d’hiver. Au lieu de cela, ils ont été taillés presque exclusivement à partir de gros morceaux de glace; des sculptures géantes et gelées qui bougeaient et sondaient la surface de l’un des mondes les plus inexplorés du système solaire, animés par la recherche de la vie.

Une façon dramatique, de science-fiction, d'ouvrir un article sur un nouveau concept de construction de robots? Très probablement. Mais si les chercheurs du

Laboratoire GRASP (c'est-à-dire General Robotics, Automation, Sensing et Perception) à l'Université de Pennsylvanie à Philadelphie ont raison, cela ne restera peut-être pas de la science-fiction trop longtemps.

Bon sang, cela pourrait bientôt relever de la catégorie du bon sens.

Le problème avec Rover

Les rovers télécommandés sont utilisés dans le cadre de l’exploration spatiale depuis des décennies. La NASA a inclus des véhicules lunaires mobiles dans trois de ses missions Apollo, à commencer par Apollo 15, qui a atterri sur la Lune en juillet 1971. Le Mars Exploration Rover Opportunity a été en service actif sur la planète rouge pendant une quinzaine d’années, de 2004 jusqu’au début de 2019.

Mais même si ces types de robots explorateurs sont conçus pour être robustes, leur capacité de survie a une limite. Le Curiosité de la taille d'une voiture a subi de graves dommages à ses pneus alors qu'il traversait la surface martienne, parsemée de roches pointues. "S'il y avait des mécaniciens sur Mars, la NASA aurait peut-être déjà amené le rover Curiosity dans l'atelier", a déclaré Space.com.

Pendant ce temps, la mission Opportunity de longue date s’est définitivement éteinte à la suite d’une intense tempête de poussière en 2018. Cela a obscurci ses panneaux solaires, le laissant à court de batterie. La NASA s'est accrochée encore un an avant d'admettre finalement que la mission avait prendre fin prématurément et sans cérémonie. Son jumeau identique, Spirit, avait déjà été déclaré mort en 2011 après être resté coincé dans le sable martien.

C’est un problème car, même si la fabrication des robots peut coûter des millions, ils sont au centre de missions qui peuvent coûter des milliards de dollars. S'ils subissent des dommages ou des problèmes techniques, qu'il s'agisse simplement de pneus endommagés ou de poussière sur les panneaux solaires, cela signifie que tous les efforts déployés jusque-là – le processus de construction, le lancement de la fusée, l’atterrissage – sont destinés à néant. C’est comme devoir abandonner définitivement votre nouvelle supercar sur le bord de la route parce que vous avez subi une crevaison.

C’est pourquoi les chercheurs souhaitent construire des robots modulaires capables de se réparer ou de s’auto-améliorer. dans des scénarios où l'expédition en remplacement n'est tout simplement pas réalisable en raison du coût et de la logistique perspective. Ils pourraient même, en théorie, construire entièrement des répliques d’eux-mêmes ou d’autres robots. Pour ce faire, ils utiliseraient des matériaux locaux, comme, par exemple, de la glace sur une lune glacée.

Entrez IceBot

C’est là qu’intervient le projet IceBot du GRASP Lab. « IceBot est le premier robot en son genre fabriqué à partir de glace » Devin Carroll, auteur principal du projet, a déclaré à Digital Trends. « [Dans notre nouveau travail, nous présentons] un robot à deux roues de validation de principe pour montrer la faisabilité de construire des robots à partir de glace. Notre intention avec cette technologie est de faire progresser les capacités d’auto-réparation, d’auto-reconfiguration et d’auto-réplication des robots d’exploration. En créant un robot comme celui-ci, nous nous rapprochons d’un véritable système auto-réplicatif, capable d’utiliser des matériaux de l’environnement local pour se réparer, s’augmenter et se reproduire.

Carroll et collaborateur Mark Yim ont commencé leur projet en explorant les moyens de construire des robots à partir de matériaux trouvés. Cela contribuerait à accroître la robustesse de ces systèmes fonctionnant dans des endroits éloignés ou hostiles en leur permettant de recycler et de réutiliser les équipements trouvés dans l'environnement local.

"Nous avons choisi d'utiliser la glace comme principal matériau de construction en raison de sa flexibilité de conception", a poursuivi Carroll. « L’intérêt pour les environnements glacés est relativement élevé en raison de la recherche relative au changement climatique ainsi que de l’exploration extraterrestre. L’utilisation de la glace comme matériau de construction nous permet de réparer le robot à la volée, prolongeant ainsi la durée de vie opérationnelle totale du système alors qu’il collecte des données dans ces environnements éloignés et difficiles.

Bien sûr, il ne serait pas nécessaire que ce soit dans un endroit aussi éloigné qu’Encelade. Cela pourrait être quelque part plus proche de chez nous, comme l’Antarctique, où les robots télécommandés peuvent également être utiles pour mener des recherches. Dans les deux cas, lorsque les éléments commencent à s’user ou à se décomposer, de nouveaux éléments pourraient être créés pour les remplacer, de la même manière que les corps biologiques peuvent se régénérer.

Les chercheurs ont jusqu’à présent construit un robot de démonstration de validation de principe capable de fonctionner pendant des périodes dans les deux cas. environnements à température ambiante et inférieurs à zéro, déplacements sur des surfaces en caoutchouc dur et escalades glacées, inclinées rampes. Outre le corps de glace, il utilise un microcontrôleur Arduino Micro, un module Bluetooth et quelques autres composants fabriqués.

Encore un long chemin à parcourir

Il est cependant encore tôt. Prouver qu’un robot doté d’un corps fait de glace peut fonctionner est une chose. Mais une partie importante et très difficile du projet – la fabrication autonome des composants de glace – n’a pas encore été démontrée. Les chercheurs envisagent plusieurs approches, notamment l’impression 3D, le moulage et l’usinage, chacune ayant ses avantages et ses inconvénients.

"Notre objectif immédiat est de concevoir un joint de module qui nous permettra d'automatiser le processus d'assemblage", a déclaré Carroll. « Nous pourrons utiliser l'automatisation pour relier nos actionneurs à la glace plutôt que de construire le robot à la main. Parallèlement, nous développons un effecteur final permettant de manipuler les blocs de glace sans les déformer de manière permanente, comme cela se produirait avec l’utilisation de fixations traditionnelles comme les vis.

Il a poursuivi: « Un défi de conception intéressant que nous devons résoudre dans ces deux directions est de garantir que nous maximiser la force de connexion tandis que la quantité d'énergie utilisée pour joindre les composants avec la glace est minimisé. Dans les environnements éloignés, l’énergie est un bien précieux. Des systèmes comme IceBot ne seront efficaces que si nous prenons en compte la consommation d’énergie lors de leur conception.

Des projets comme celui-ci ne feront que gagner en importance. Dans la tradition des pionniers, être capable d'utiliser de nouveaux matériaux locaux pour tout, du alimentaire croissante à construire des habitats est un élément crucial pour survivre – et prospérer – dans l’espace. Les robots qui n’ont pas besoin d’être expédiés, à grands frais, de la Terre vers l’endroit où ils doivent aller constituent une pièce supplémentaire du puzzle.

Un article décrivant le projet IceBot, intitulé «Robots fabriqués à partir de glace: une analyse des techniques de fabrication", a été récemment présenté à l'IROS (The International Conference on Intelligent Robotics and Systems) 2020.

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