얼음 로봇은 미래 우주 탐험의 열쇠가 될 수 있습니다

“얼음 로봇이 움직이기 시작한 것은 토성의 여섯 번째 위성인 엔셀라두스의 추운 행성의 새벽 무렵이었습니다. 5억 마일 떨어진 곳에서 행진 명령을 받은 얼어붙은 탐사선은 영하 수백도 이하의 온도에서 꿈틀거리고 윙윙거리며 갈라졌습니다.

“이들은 추운 겨울 밤에 방치된 자동차처럼 단순히 얇은 얼음층에 덮여 있던 로봇이 아니었습니다. 대신, 그것들은 거의 전적으로 큰 얼음 덩어리로 깎여 만들어졌습니다. 태양계에서 가장 감질나게 탐험되지 않은 세계 중 하나의 표면을 움직이고 조사한 거대하고 얼어붙은 조각품은 생명을 찾는 활동으로 활기를 띠었습니다.”

로봇 제작에 대한 새로운 개념에 대한 기사를 여는 극적인 공상과학 방식이요? 아마도 그럴 것이다. 하지만 만약 연구원들이 그라스프 연구소 (그것은 일반 로봇 공학, 자동화, 감지 및 인식입니다.) 필라델피아에 있는 펜실베니아 대학교의 말이 맞습니다. 이것은 너무 오랫동안 공상 과학 소설로 남아 있지 않을 수도 있습니다.

도대체 그것은 곧 상식의 범주에 속할 수 있습니다.

로버의 문제

원격 조종 로버는 수십 년 전부터 우주 탐사의 일부로 사용되어 왔습니다. NASA는 1971년 7월 달에 착륙한 아폴로 15호를 시작으로 세 번의 아폴로 임무에 달 탐사선을 포함시켰습니다. 화성 탐사 로버 오퍼튜니티(Opportunity)는 2004년부터 2019년 초까지 10년 반 동안 화성에서 활발하게 활동했습니다.

그러나 이러한 종류의 탐색 로봇은 견고하게 제작되었지만 생존 가능성에는 한계가 있습니다. 그만큼 자동차 크기의 호기심 날카로운 바위가 뒤덮인 화성 표면을 횡단하는 동안 심각한 타이어 손상을 발견했습니다. "화성에 기계공이 있었다면 NASA는 지금쯤 Curiosity 탐사선을 작업장으로 가져갔을 것입니다." Space.com의 의견.

한편, 2018년 강렬한 먼지 폭풍으로 인해 오랫동안 진행되어 온 기회 미션은 완전히 어두워졌습니다. 이로 인해 태양 전지판이 가려져 배터리가 부족해졌습니다. NASA는 임무가 끝났다는 것을 마침내 인정하기 전까지 1년을 더 버텼다.

조기에, 예의 없이 끝나다. 일란성 쌍둥이인 스피릿(Spirit)은 이전에 2011년 화성의 모래에 갇힌 후 죽은 것으로 판명되었습니다.

로봇을 만드는 데 수백만 달러가 들 수 있지만 수십억 달러의 비용이 들 수 있는 임무의 중심에 있기 때문에 이것이 문제입니다. 타이어 손상이나 태양광 패널의 먼지라도 손상이나 기술적인 불행을 겪는다면, 이는 건설 과정, 로켓 발사, 착륙 등 그때까지의 모든 노력이 제로. 이는 펑크로 인해 새 슈퍼카를 길가에 영원히 버려야 하는 것과 같습니다.

이것이 바로 연구자들이 스스로 수리하거나 강화할 수 있는 모듈형 로봇을 만들고 싶어하는 이유입니다. 교체품 배송이 비용 및 물류 측면에서 불가능할 경우 관점. 이론상으로 그들은 자신이나 다른 로봇의 복제품을 완전히 만들 수도 있습니다. 이를 위해 그들은 얼음 달 위의 얼음과 같은 지역 재료를 활용할 것입니다.

아이스봇을 입력하세요

GRASP Lab의 IceBot 프로젝트가 등장하는 곳입니다. “IceBot은 얼음으로 만든 최초의 로봇입니다.” 데빈 캐롤, 프로젝트의 주요 저자는 Digital Trends에 말했습니다. “[우리의 새로운 작업에서 우리는] 얼음으로 로봇을 만드는 타당성을 보여주는 개념 증명 이륜 로봇을 제시합니다. 이 기술에 대한 우리의 의도는 탐사 로봇의 자가 수리, 자가 재구성 및 자가 복제 기능을 향상시키는 것입니다. 이와 같은 로봇을 만들면서 우리는 진정한 자기 복제 시스템, 즉 지역 환경의 재료를 사용하여 스스로 수리, 강화 및 복제할 수 있는 시스템에 한 걸음 더 가까워졌습니다.”

캐롤과 협력자 임마크 발견된 재료를 사용하여 로봇을 만드는 방법을 모색하면서 프로젝트를 시작했습니다. 이는 지역 환경에서 발견된 장비를 재활용하고 재사용할 수 있도록 함으로써 멀리 떨어져 있거나 적대적인 위치에서 작동하는 시스템의 견고성을 확장하는 데 도움이 될 것입니다.

Carroll은 “우리는 설계 유연성 때문에 얼음을 주요 건축 자재로 사용하기로 결정했습니다.”라고 덧붙였습니다. “기후변화에 관한 연구나 외계탐사 등으로 인해 얼음환경에 대한 관심이 상대적으로 높습니다. 얼음을 건축 자재로 사용하면 로봇을 즉석에서 수리할 수 있어 원격 및 열악한 환경에서 데이터를 수집할 때 시스템의 전체 작동 수명이 연장됩니다.”

물론 엔셀라두스처럼 멀리 떨어진 곳에 있을 필요는 없습니다. 원격 제어 로봇이 연구 수행에 유용할 수 있는 남극 대륙과 같이 집과 가까운 곳일 수도 있습니다. 두 경우 모두, 요소가 마모되거나 분해되기 시작하면 생물학적 신체가 재생될 수 있는 것과 거의 동일한 방식으로 대체 요소로 새로운 요소가 생성될 수 있습니다.

연구원들은 지금까지 두 가지 모두에서 일정 기간 동안 작동할 수 있는 개념 증명 데모 로봇을 구축했습니다. 실온 및 영하의 환경, 단단한 고무 표면 위를 이동하고 얼음이 많은 경사면을 오르는 경우 경사로. 얼음 몸체와 함께 Arduino Micro 마이크로 컨트롤러, Bluetooth 모듈 및 기타 제조된 몇 가지 구성 요소를 활용합니다.

아직 갈 길이 멀다

그러나 아직 초기 단계입니다. 얼음으로 만들어진 몸체를 가진 로봇이 기능할 수 있다는 것을 증명하는 것이 한 가지입니다. 그러나 얼음 구성 요소를 자율적으로 제조하는 프로젝트의 크고 매우 어려운 부분은 아직 시연되지 않았습니다. 연구원들은 3D 프린팅, 성형, 가공 등 다양한 접근 방식을 고려하고 있으며 각 접근 방식에는 장단점이 있습니다.

Carroll은 "우리의 즉각적인 목표는 조립 프로세스를 자동화할 수 있는 모듈 조인트를 설계하는 것입니다."라고 말했습니다. “우리는 수동으로 로봇을 만드는 대신 자동화를 사용하여 액추에이터를 얼음과 연결할 수 있게 될 것입니다. 이와 함께 우리는 나사와 같은 전통적인 고정 장치를 사용하여 얼음 블록을 영구적으로 변형시키지 않고 얼음 블록을 조작할 수 있는 엔드 이펙터를 개발하고 있습니다.”

그는 계속해서 다음과 같이 말했습니다. “이 두 방향 모두에서 해결해야 할 흥미로운 디자인 과제는 다음과 같습니다. 구성 요소를 얼음과 결합하는 데 사용되는 에너지의 양은 다음과 같이 연결 강도를 최대화합니다. 최소화. 원격 환경에서 에너지는 귀중한 상품입니다. IceBot과 같은 시스템은 설계 시 에너지 사용량을 고려해야만 효과적입니다.”

이와 같은 프로젝트는 더욱 중요해질 것입니다. 선구적인 전통에 따라 새로운 지역 재료를 모든 것에 활용할 수 있습니다. 식량 재배 에게 건물 서식지 우주에서 생존하고 번성하는 데 중요한 부분입니다. 막대한 비용을 들여 지구에서 어디로든 이동해야 하는 로봇을 배송할 필요가 없는 로봇은 퍼즐의 또 하나의 조각입니다.

IceBot 프로젝트를 설명하는 논문, “얼음으로 만든 로봇: 제조기술 분석,”가 최근 IROS(지능형 로봇공학 및 시스템에 관한 국제 컨퍼런스) 2020에서 발표되었습니다.

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