I robot di ghiaccio potrebbero essere la chiave per la futura esplorazione dello spazio

“Era proprio verso l’alba sul gelido mondo di Encelado, la sesta luna più grande di Saturno, quando i robot di ghiaccio iniziarono ad agitarsi. Ricevendo gli ordini di marcia da mezzo miliardo di miglia di distanza, i rover congelati si contraevano, ronzavano e scricchiolavano a temperature centinaia di gradi sotto lo zero.

“Questi non erano robot semplicemente ricoperti da un sottile strato di ghiaccio, come un’auto lasciata fuori in una fredda notte d’inverno. Invece, erano ricavati quasi esclusivamente da grandi pezzi di ghiaccio; gigantesche sculture congelate che si muovevano e sondavano la superficie di uno dei mondi più allettanti e inesplorati del sistema solare, animato dalla ricerca della vita.

Un modo drammatico e fantascientifico per aprire un articolo su un nuovo concetto di costruzione di robot? Molto probabilmente. Ma se i ricercatori del Laboratorio GRASP (ovvero Robotica generale, Automazione, Rilevamento e Percezione) presso l’Università della Pennsylvania a Filadelfia sono corretti, questo potrebbe non rimanere fantascienza ancora per molto.

Cavolo, potrebbe presto rientrare nella categoria del buon senso.

Il problema con Rover

I rover telecomandati sono stati utilizzati come parte dell’esplorazione spaziale già da decenni. La NASA ha incluso i Lunar Roving Vehicles in tre delle sue missioni Apollo, a partire dall'Apollo 15, che sbarcò sulla Luna nel luglio 1971. Il Mars Exploration Rover Opportunity è stato in servizio attivo sul pianeta rosso per un decennio e mezzo, dal 2004 fino all'inizio del 2019.

Ma sebbene questi tipi di robot esplorativi siano costruiti per essere robusti, c’è un limite alla loro sopravvivenza. IL Curiosità a misura di automobile ha riportato gravi danni agli pneumatici mentre si faceva strada sulla superficie marziana, costellata com'è di rocce taglienti. "Se ci fossero dei meccanici su Marte, la NASA potrebbe aver già portato il rover Curiosity in officina," ha affermato Space.com.

Nel frattempo, la missione Opportunity di lunga data è stata definitivamente oscurata a seguito di un’intensa tempesta di sabbia nel 2018. Ciò ha oscurato i suoi pannelli solari, lasciandolo senza batteria. La NASA resistette per un altro anno prima di ammettere finalmente la missione arrivare ad una fine anticipata e senza cerimonie. Il suo gemello identico, Spirit, era stato precedentemente dichiarato morto nel 2011 dopo essere rimasto bloccato nella sabbia marziana.

Questo è un problema perché, anche se la realizzazione dei robot può costare milioni, sono al centro di missioni che possono costare miliardi di dollari. Se subiscono danni o incidenti tecnici, non importa se si tratta solo di pneumatici danneggiati o polvere sui pannelli solari, significa che tutto lo sforzo fino ad allora – il processo di costruzione, il lancio del razzo, l’atterraggio – è finalizzato nulla. È come dover abbandonare definitivamente la tua nuova supercar sul ciglio della strada perché hai forato.

Ecco perché i ricercatori vogliono costruire robot modulari in grado di ripararsi o potenziarsi in altro modo in scenari in cui la spedizione di un sostituto semplicemente non è fattibile a causa dei costi e della logistica prospettiva. Potrebbero anche, in teoria, costruire repliche intere di se stessi o di altri robot. Per fare ciò, utilizzerebbero materiali locali, come, ad esempio, il ghiaccio su una luna ghiacciata.

Entra in IceBot

È qui che entra in gioco il progetto IceBot del GRASP Lab. “IceBot è un robot unico nel suo genere, fatto di ghiaccio”, Devin Carroll, autore principale del progetto, ha dichiarato a Digital Trends. “[Nel nostro nuovo lavoro, presentiamo] un robot a due ruote, una prova di concetto, per mostrare la fattibilità della costruzione di robot dal ghiaccio. Il nostro intento con questa tecnologia è quello di far avanzare le capacità di autoriparazione, autoriconfigurazione e autoreplicazione dei robot di esplorazione. Realizzando un robot come questo, siamo un passo avanti verso un vero sistema autoreplicante, in grado di utilizzare materiali provenienti dall’ambiente locale per ripararsi, potenziarsi e replicarsi”.

Carroll e collaboratore Marco Yim hanno iniziato il loro progetto esplorando modi per costruire robot utilizzando materiali trovati. Ciò contribuirebbe ad espandere la robustezza di tali sistemi che operano in luoghi distanti o ostili consentendo loro di riciclare e riutilizzare le apparecchiature trovate nell’ambiente locale.

"Abbiamo scelto di utilizzare il ghiaccio come materiale da costruzione principale per la sua flessibilità progettuale", ha continuato Carroll. “L’interesse per gli ambienti ghiacciati è relativamente elevato a causa della ricerca relativa ai cambiamenti climatici, nonché all’esplorazione extraterrestre. L’uso del ghiaccio come materiale da costruzione ci consente di riparare il robot al volo, prolungando la vita operativa totale del sistema mentre raccoglie dati in questi ambienti remoti e difficili”.

Naturalmente, questo non dovrebbe essere un posto così lontano come Encelado. Potrebbe essere un posto più vicino a casa, come l’Antartide, dove anche i robot telecomandati possono essere utili per condurre ricerche. In entrambi i casi, quando gli elementi cominciano a consumarsi o a deteriorarsi, se ne potrebbero creare di nuovi in ​​sostituzione, più o meno allo stesso modo in cui i corpi biologici possono rigenerarsi.

I ricercatori hanno finora costruito un robot dimostrativo dimostrativo in grado di funzionare per periodi in entrambi ambienti a temperatura ambiente e sotto zero, viaggiando su superfici di gomma dura e arrampicandosi su ghiaccio, inclinato rampe. Insieme al corpo di ghiaccio, utilizza un microcontrollore Arduino Micro, un modulo Bluetooth e alcuni altri componenti fabbricati.

C'è ancora molta strada da fare

Tuttavia, è ancora presto. Dimostrare che un robot con il corpo di ghiaccio può funzionare è una cosa. Ma una parte importante e molto difficile del progetto, ovvero la produzione autonoma dei componenti del ghiaccio, deve ancora essere dimostrata. I ricercatori stanno prendendo in considerazione molteplici approcci, tra cui la stampa 3D, lo stampaggio e la lavorazione meccanica, ognuno dei quali ha i suoi pro e contro.

"Il nostro obiettivo immediato è progettare un giunto modulare che ci consenta di automatizzare il processo di assemblaggio", ha affermato Carroll. “Potremo utilizzare l’automazione per unire i nostri attuatori al ghiaccio invece di costruire il robot a mano. Insieme a questo, stiamo sviluppando un effettore finale per manipolare i blocchi di ghiaccio senza deformarli in modo permanente, come accadrebbe attraverso l’uso di elementi di fissaggio tradizionali come le viti”.

Ha continuato: “Un’interessante sfida progettuale che dobbiamo risolvere in entrambe queste direzioni è garantire che noi massimizzare la forza della connessione mentre la quantità di energia utilizzata per unire i componenti con il ghiaccio lo è ridotto al minimo. Negli ambienti remoti, l’energia è un bene prezioso. Sistemi come IceBot saranno efficaci solo se considereremo il consumo di energia durante la loro progettazione”.

Progetti come questo diventeranno sempre più importanti. Nella tradizione pionieristica, essere in grado di utilizzare materiali nuovi e locali per qualsiasi cosa coltivare il cibo A costruire habitat è una parte cruciale per sopravvivere – e prosperare – nello spazio. I robot che non devono essere spediti, con grandi spese, dalla Terra ovunque debbano andare sono un ulteriore pezzo del puzzle.

Un articolo che descrive il progetto IceBot, intitolato “Robot realizzati dal ghiaccio: un'analisi delle tecniche di produzione”, è stato recentemente presentato all’IROS (The International Conference on Intelligent Robotics and Systems) 2020.

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