A jégrobotok kulcsa lehet a jövőbeli űrkutatásnak

„Nagyon hajnalban volt Enceladus, a Szaturnusz hatodik legnagyobb holdja rideg világában, amikor a jégrobotok mocorogni kezdtek. Félmilliárd mérföld távolságból megkapták a menetparancsukat, és a fagyott roverek rángatóztak, zúgtak és repedtek a fagypont alatti több száz fokkal.

„Ezek nem olyan robotok voltak, amelyeket egyszerűen csak vékony jégréteg borított, mint egy autó, amelyet egy hideg téli éjszakán hagytak ki. Ehelyett szinte kizárólag nagy jégdarabokból faragták őket; óriás, fagyott szobrok, amelyek mozgatták és szondázták a Naprendszer egyik legcsodálatosabb feltáratlan világának felszínét, az élet keresése által mozgatva.”

Drámai, sci-fi módszer a robotépítés új koncepciójáról szóló cikk megnyitására? Egészen valószínű. De ha a kutatók a GRASP Lab (az általános robotika, automatizálás, érzékelés és észlelés) a philadelphiai Pennsylvaniai Egyetemen helyesek, ez talán nem marad sokáig sci-fi.

A fenébe, hamarosan a józan ész kategóriájába kerülhet.

A baj a Roverrel

A távirányítós rovereket az űrkutatás részeként használták már évtizedek óta. A NASA három Apollo-küldetésébe bevonta a Lunar Roving Vehicles-t, kezdve az Apollo 15-től, amely 1971 júliusában landolt a Holdon. A Mars Exploration Rover Opportunity másfél évtizedig volt aktív szolgálatban a vörös bolygón, 2004-től 2019 elejéig.

De bár az ilyen típusú felfedező robotokat robusztusra építik, túlélésüknek van határa. A autó méretű Curiosity súlyos abroncssérüléseket szenvedett, miközben áthaladt a marsi felszínen, amit éles sziklák borítottak. "Ha mechanikusok lennének a Marson, a NASA már bevitte volna a Curiosity rovert a boltba" vélekedett a Space.com.

Eközben a régóta futó Opportunity küldetés végleg elhomályosult a 2018-as heves porvihart követően. Ez eltakarta a napelemeket, így lemerült az akkumulátor. A NASA még egy évig kitartott, mielőtt végre elismerte a küldetést korai, szertartásmentes véget ér. Egypetéjű ikertestvérét, Spiritet korábban 2011-ben halottnak nyilvánították, miután elakadt a marsi homokban.

Ez azért probléma, mert bár a robotok elkészítése milliókba kerülhet, azok a küldetések középpontjában állnak, amelyek több milliárd dollárba kerülhetnek. Ha megsérülnek vagy műszaki szerencsétlenség éri őket, függetlenül attól, hogy az abroncsok megsérülnek, vagy por van a napelemeken, ez azt jelenti, hogy minden addigi erőfeszítés – az építési folyamat, a rakétaindítás, a leszállás – azért van semmi. Olyan ez, mintha végleg elhagynád az új szuperautódat az út szélén, mert elpusztultál.

Ezért akarnak a kutatók olyan moduláris robotokat építeni, amelyek képesek megjavítani vagy más módon kibővíteni magukat olyan forgatókönyvekben, amikor a helyettesítő szállítás egyszerűen nem kivitelezhető a költségek és a logisztika miatt perspektíva. Elméletileg akár saját maguk vagy más robotok másolatait is elkészíthetik. Ehhez helyi anyagokat használnak fel – például jeget a jégholdon.

Lépjen be az IceBotba

Itt jön képbe a GRASP Lab IceBot projektje. „Az IceBot az első jégből készült robot a maga nemében” Devin Carroll, a projekt vezető szerzője mondta a Digital Trendsnek. „[Új munkánkban bemutatunk] egy proof-of-concept, kétkerekű robotot, amely bemutatja a robotok jégből történő építésének megvalósíthatóságát. Ezzel a technológiával az a célunk, hogy fejlesszük a feltáró robotok önjavítási, ön-újrakonfigurálási és önreplikációs képességeit. Egy ilyen robot elkészítésével egy lépéssel közelebb kerültünk a valódi önreprodukáló rendszerhez – olyanhoz, amely a helyi környezetből származó anyagokat felhasználva javítja, bővíti és reprodukálja önmagát.”

Carroll és munkatársa Mark Yim projektjüket azzal kezdték, hogy felfedezték, hogyan lehet robotokat készíteni talált anyagok felhasználásával. Ez elősegítené a távoli vagy ellenséges helyeken működő ilyen rendszerek robusztusságának növelését azáltal, hogy lehetővé tenné számukra a helyi környezetben található berendezések újrahasznosítását és újrafelhasználását.

„A tervezési rugalmasság miatt döntöttünk úgy, hogy a jeget használjuk elsődleges építőanyagként” – folytatta Carroll. „A jeges környezet iránti érdeklődés viszonylag nagy az éghajlatváltozással kapcsolatos kutatásoknak, valamint a földön kívüli kutatásoknak köszönhetően. A jég építőanyagként történő felhasználása lehetővé teszi a robot menet közbeni javítását, meghosszabbítva a rendszer teljes élettartamát, mivel az adatokat gyűjt ezekben a távoli és zord környezetben.”

Ennek persze nem kell olyan távolinak lennie, mint Enceladusnak. Valahol közelebb lehet az otthonhoz, például az Antarktiszhoz, ahol a távirányítású robotok szintén hasznosak lehetnek a kutatásokhoz. Mindkét esetben, amikor az elemek kezdenek elhasználódni vagy lebomlanak, újak jöhetnek létre pótlásként, nagyjából ugyanúgy, ahogy a biológiai testek képesek regenerálódni.

A kutatók eddig egy olyan bevált demórobotot építettek, amely mindkét esetben képes hosszú ideig működni szobahőmérsékletű és fagypont alatti környezetben, kemény gumifelületeken való utazás és jeges mászás, ferde rámpák. A jégtest mellett Arduino mikrokontrollert, Bluetooth modult és néhány más gyártott alkatrészt használ.

Még hosszú az út

Ez azonban még korai napok. Egy dolog bebizonyítani, hogy egy jégből készült robot képes működni. De a projekt egy nagy és nagyon nehéz részét – a jégelemek autonóm gyártását – még nem mutatták be. A kutatók többféle megközelítést fontolgatnak, beleértve a 3D nyomtatást, öntést és megmunkálást, amelyek mindegyikének megvannak a maga előnyei és hátrányai.

„Közvetlen célunk egy olyan modulcsatlakozás megtervezése, amely lehetővé teszi számunkra az összeszerelési folyamat automatizálását” – mondta Carroll. „A robot kézi építése helyett automatizálást használhatunk arra, hogy a hajtóműveinket a jéggel csatlakoztassuk. Ezzel összefüggésben kifejlesztünk egy vég-effektort a jégtömbök manipulálására anélkül, hogy tartósan deformálnák őket, ahogy az hagyományos rögzítőelemek, például csavarok használatával történne.”

Így folytatta: „Egy érdekes tervezési kihívás, amelyet mindkét irányból meg kell oldanunk, annak biztosítása, hogy mi maximalizálja a csatlakozási szilárdságot, miközben az alkatrészek jéggel való összekapcsolásához felhasznált energia mennyisége minimalizálva. Távoli környezetben az energia értékes árucikk. Az olyan rendszerek, mint az IceBot, csak akkor lesznek hatékonyak, ha tervezésük során figyelembe vesszük az energiafelhasználást.”

Az ehhez hasonló projektek csak egyre fontosabbak lesznek. Az úttörő hagyomány szerint mindenhez új, helyi anyagokat lehet felhasználni élelmiszer termesztése nak nek élőhelyek építése az űrben való túlélés – és virágzás – döntő része. Azok a robotok, amelyeket nem kell hatalmas költséggel szállítani a Földről oda, ahová kell menniük, még egy darabja a kirakósnak.

Az IceBot projektet leíró tanulmány, melynek címe „Jégből készült robotok: A gyártási technikák elemzése”, nemrégiben mutatták be az IROS (The International Conference on Intelligent Robotics and Systems) 2020 rendezvényen.

Szerkesztői ajánlások

• A fejlődő, önmásoló robotok itt vannak – de ne aggódj a felkelés miatt
• Nézze meg, ahogy a SpaceX vészmenekülést gyakorol a Crew Dragon kapszulájából
• Az emberi felfedezés kora mögöttünk áll. A gépek elviszik innen
• A Solar Orbiter néhány nappal a kilövés után küldi vissza az első méréseket az űrből
• A NASA legújabb Deep Space Network antennája lézerjeleket fog fogadni a Marsról