Ledo robotai gali būti raktas į ateities kosmoso tyrinėjimus

„Šventajame Encelado, šeštojo pagal dydį Saturno mėnulio, pasaulyje buvo beveik aušra, kai ledo robotai pradėjo maišytis. Iš už pusės milijardo mylių gaudami įsakymus žygiuoti, sušalę marsaeigiai trūkčiojo, dūzgė ir trūkinėjo, kai temperatūra buvo šimtais laipsnių žemiau užšalimo taško.

„Tai nebuvo robotai, kurie tiesiog buvo padengti plonu ledo sluoksniu, kaip automobilis, kuris buvo paliktas šaltą žiemos naktį. Vietoj to, jie buvo iškirpti beveik vien iš didelių ledo gabalų; milžiniškos, sustingusios skulptūros, judančios ir tyrinėjančios vieno iš labiausiai neištirtų Saulės sistemos pasaulių paviršių, pagyvintos gyvybės paieškų.

Dramatiškas mokslinės fantastikos būdas pradėti straipsnį apie naują robotų kūrimo koncepciją? Visai gali. Bet jei tyrinėtojai iš GRASP laboratorija (tai yra Bendroji robotika, automatizavimas, jutimas ir suvokimas) Pensilvanijos universitete Filadelfijoje yra teisingi, tai gali likti moksline fantastika per ilgai.

Po velnių, tai gana greitai gali patekti į sveiko proto kategoriją.

Bėda su Rover

Nuotoliniu būdu valdomi marsaeigiai buvo naudojami kaip kosmoso tyrinėjimo dalis dešimtmečius. NASA įtraukė Lunar Roving Vehicles į tris savo „Apollo“ misijas, pradedant „Apollo 15“, kuris Mėnulyje nusileido 1971 m. liepos mėn. „Mars Exploration Rover Opportunity“ raudonojoje planetoje aktyviai tarnavo pusantro dešimtmečio, nuo 2004 m. iki 2019 m. pradžios.

Tačiau nors tokie tiriamieji robotai yra sukurti taip, kad būtų tvirti, jų išgyvenamumas yra ribotas. The automobilio dydžio Curiosity važiuodamas per Marso paviršių, apibarstytą aštriais akmenimis, smarkiai apgadino padangą. „Jei Marse būtų mechanikų, NASA jau galėjo pasiimti „Curiosity“ marsaeigį į parduotuvę. teigė Space.com.

Tuo tarpu ilgai trukusi „Opportunity“ misija galutinai nutilo po intensyvios dulkių audros 2018 m. Tai uždengė saulės baterijas, todėl akumuliatorius išsikrovė. NASA laikėsi dar metus, kol galiausiai pripažino, kad misija buvo įvykdyta Anksti, be ceremonijų baigiasi. Jo identiškas dvynys Spirit anksčiau buvo paskelbtas mirusiu 2011 m., kai įstrigo Marso smėlyje.

Tai yra problema, nes nors sukurti robotus gali kainuoti milijonus, jie yra misijų, kurios gali kainuoti milijardus dolerių, centre. Jei jie patiria žalą ar techninę nelaimę, nesvarbu, ar tai tik pažeistos padangos ar dulkės ant saulės baterijų, tai reiškia, kad visos pastangos iki tol – statybos procesas, raketos paleidimas, nusileidimas – skirtos nieko. Atrodo, tarsi turėtum visam laikui palikti savo naują superautomobilį kelio pakraštyje, nes nukentėjai.

Štai kodėl mokslininkai nori sukurti modulinius robotus, kurie galėtų pataisyti ar kitaip save papildyti scenarijais, kai pristatymas pakaitalu tiesiog neįmanomas dėl išlaidų ir logistikos perspektyvą. Teoriškai jie netgi galėtų sukurti savo ar kitų robotų kopijas. Norėdami tai padaryti, jie naudotų vietines medžiagas, pavyzdžiui, ledą ant ledo mėnulio.

Įveskite „IceBot“.

Čia atsiranda GRASP laboratorijos „IceBot“ projektas. „IceBot yra pirmasis tokio tipo robotas, pagamintas iš ledo“, Devinas Carrollas, pagrindinis projekto autorius, pasakojo „Digital Trends“. „[Naujajame darbe pristatome] koncepcijos įrodymą, dviratį robotą, kad parodytume, kaip įmanoma sukurti robotus iš ledo. Mūsų tikslas, naudojant šią technologiją, yra išplėsti tyrinėjančių robotų savarankiško taisymo, perkonfigūravimo ir replikacijos galimybes. Kurdami tokį robotą, esame vienu žingsniu arčiau tikros savaime besidauginančios sistemos – tokios, kuri gali panaudoti medžiagas iš vietinės aplinkos, kad taisytų, papildytų ir atkartotų save.

Carroll ir bendradarbis Markas Yimas pradėjo savo projektą tyrinėdami būdus, kaip sukurti robotus naudojant rastas medžiagas. Tai padėtų išplėsti tokių sistemų, veikiančių tolimose ar priešiškose vietose, patikimumą, nes būtų galima perdirbti ir pakartotinai panaudoti vietinėje aplinkoje aptiktą įrangą.

"Mes pasirinkome ledą naudoti kaip pagrindinę statybinę medžiagą dėl jo dizaino lankstumo", - tęsė Carroll. „Susidomėjimas ledine aplinka yra gana didelis dėl su klimato kaita susijusių tyrimų, taip pat dėl ​​nežemiškos aplinkos tyrinėjimų. Naudodami ledą kaip statybinę medžiagą, galime pataisyti robotą skrendant ir prailginti visą sistemos eksploatavimo laiką, nes ji renka duomenis šiose atokiose ir atšiauriose aplinkose.

Žinoma, tai neturėtų būti kažkur taip toli, kaip Enceladas. Tai galėtų būti kur nors arčiau namų, pavyzdžiui, Antarktidoje, kur nuotoliniu būdu valdomi robotai taip pat gali būti naudingi atliekant tyrimus. Bet kuriuo atveju, kai elementai pradeda nusidėvėti arba sugenda, gali būti sukurti nauji kaip pakaitalai, panašiai kaip gali atsinaujinti biologiniai kūnai.

Mokslininkai iki šiol sukūrė koncepcijos įrodymą demonstracinį robotą, kuris gali veikti tiek laiko, tiek laiko kambario temperatūra ir minusinė aplinka, keliaujant kietais guminiais paviršiais ir lipant ledu, nuožulniai rampos. Kartu su ledo korpusu jame naudojamas Arduino mikrovaldiklis, Bluetooth modulis ir keletas kitų pagamintų komponentų.

Dar ilgas kelias

Vis dėlto dar ankstyvos dienos. Įrodyti, kad robotas, kurio kūnas pagamintas iš ledo, gali veikti, yra vienas dalykas. Tačiau didelė ir labai sudėtinga projekto dalis – autonominis ledo komponentų gamyba – dar turi būti pademonstruota. Tyrėjai svarsto įvairius metodus, įskaitant 3D spausdinimą, liejimą ir apdirbimą, kurių kiekvienas turi savo privalumų ir trūkumų.

"Mūsų artimiausias tikslas yra sukurti modulio jungtį, kuri leistų mums automatizuoti surinkimo procesą", - sakė Carroll. „Galėsime naudoti automatiką, kad savo pavaras sujungtume su ledu, o ne kurtume robotą rankomis. Kartu su tuo mes kuriame galinį efektorių, skirtą manipuliuoti ledo luitais jų visam laikui nedeformuojant, kaip tai atsitiktų naudojant tradicines tvirtinimo detales, pvz., varžtus.

Jis tęsė: „Įdomus dizaino iššūkis, kurį turime išspręsti abiem šiomis kryptimis, yra užtikrinti, kad mes maksimaliai padidinti jungties stiprumą, o energijos, sunaudojamos komponentams sujungti su ledu, kiekis yra toks sumažintas iki minimumo. Atokiose aplinkose energija yra vertinama prekė. Tokios sistemos kaip „IceBot“ bus veiksmingos tik tuo atveju, jei kurdami jas atsižvelgsime į energijos suvartojimą.

Tokie projektai tik taps svarbesni. Pagal pradinę tradiciją galimybė naudoti naujas vietines medžiagas viskam, nuo augantis maistas į buveinių statyba yra esminė išgyvenimo ir klestėjimo erdvėje dalis. Dar viena galvosūkio dalis yra robotai, kurių nereikia gabenti iš Žemės į bet kur, kur jiems reikia.

Straipsnis, kuriame aprašomas „IceBot“ projektas, pavadinimu „Iš ledo pagaminti robotai: gamybos metodų analizė“, neseniai buvo pristatytas IROS (The International Conference on Intelligent Robotics and Systems) 2020 m.

Redaktorių rekomendacijos

• Besivystantys, savaime besikartojantys robotai yra čia, bet nesijaudinkite dėl sukilimo
• Stebėkite, kaip „SpaceX“ praktikuoja avarinį pabėgimą iš „Crew Dragon“ kapsulės
• Žmonių tyrinėjimų amžius jau už nugaros. Mašinos jį paims iš čia
• „Solar Orbiter“ siunčia pirmuosius matavimus iš kosmoso praėjus kelioms dienoms po paleidimo
• Naujausia NASA „Deep Space Network“ antena gaus lazerio signalus iš Marso