Ledus roboti varētu būt nākotnes kosmosa izpētes atslēga

“Tas bija tieši ap rītausmu Encelādas, sestā lielākā Saturna pavadoņa, aukstajā pasaulē, kad ledus roboti sāka rosīties. Saņemot maršēšanas pavēles no pusmiljarda jūdžu attāluma, sasalušie roveri raustījās, dungoja un plaisa temperatūrā, kas bija simtiem grādu zem sasalšanas punkta.

"Tie nebija roboti, kas vienkārši bija pārklāti ar plānu ledus kārtu, piemēram, automašīna, kas ir atstāta aukstā ziemas naktī. Tā vietā tie tika izcirsti gandrīz tikai no lieliem ledus gabaliem; milzīgas, sastingušas skulptūras, kas kustināja un zondēja vienas no Saules sistēmas visvairāk neizpētītajām pasaulēm, ko rosināja dzīvības meklējumi.

Dramatisks, zinātniskās fantastikas veids, kā atvērt rakstu par jaunu robotu veidošanas koncepciju? Pilnīgi iespējams. Bet, ja pētnieki no GRASP Lab (tas ir vispārīgā robotika, automatizācija, sensors un uztvere) Pensilvānijas Universitātē Filadelfijā ir pareizi, tas var nepalikt zinātniskā fantastika pārāk ilgi.

Heck, diezgan drīz tas varētu ietilpt veselā saprāta kategorijā.

Problēmas ar Roveru

Ar tālvadību vadāmi roveri ir izmantoti kosmosa izpētē gadu desmitiem atpakaļ. NASA iekļāva Lunar Roving Vehicles trīs savās Apollo misijās, sākot ar Apollo 15, kas nolaidās uz Mēness 1971. gada jūlijā. Mars Exploration Rover Opportunity aktīvi darbojās uz sarkanās planētas pusotru gadu desmitu, no 2004. gada līdz 2019. gada sākumam.

Taču, lai gan šāda veida izpētes roboti ir veidoti tā, lai tie būtu izturīgi, to izdzīvošanas spējai ir ierobežojumi. The auto izmēra Curiosity paņēma nopietnus riepu bojājumus, virzoties pāri Marsa virsmai, jo tā ir asiem akmeņiem. "Ja uz Marsa būtu mehāniķi, NASA, iespējams, jau ir paņēmusi veikalā Curiosity roveri," uzskata Space.com.

Tikmēr ilgstošā Opportunity misija pēc intensīvas putekļu vētras 2018. gadā aptumšojās. Tas aizsedza tā saules paneļus, liekot tai izlādēties. NASA turējās vēl vienu gadu, līdz beidzot atzina, ka misija ir bijusi pienāk agras, bezceremoniskas beigas. Tās identisks dvīnis Spirit iepriekš tika pasludināts par mirušu 2011. gadā pēc tam, kad bija iestrēdzis Marsa smiltīs.

Tā ir problēma, jo, lai gan robotu izgatavošana var izmaksāt miljoniem, tie atrodas to misiju centrā, kas var izmaksāt miljardos dolāru. Ja viņiem tiek nodarīts kaitējums vai tehniska nelaime, neatkarīgi no tā, vai tās ir tikai bojātas riepas vai putekļi uz saules paneļiem, tas nozīmē, ka visas pūles līdz tam laikam — būvniecības process, raķetes palaišana, nosēšanās — ir paredzētas nekas. Tas ir tāpat kā uz visiem laikiem pamest savu jauno superauto ceļa malā, jo esat cietis no ceļa.

Tāpēc pētnieki vēlas izveidot modulārus robotus, kas var sevi salabot vai citādi papildināt gadījumos, kad nosūtīšana ar nomaiņu vienkārši nav iespējama izmaksu un loģistikas dēļ perspektīva. Teorētiski viņi pat varētu izveidot savas vai citu robotu kopijas. Lai to izdarītu, viņi izmantos vietējos materiālus, piemēram, ledu uz ledus mēness.

Ievadiet IceBot

Šeit parādās GRASP Lab IceBot projekts. "IceBot ir pirmais šāda veida robots, kas izgatavots no ledus," Devins Kerols, projekta vadošais autors, pastāstīja Digital Trends. “[Mūsu jaunajā darbā mēs prezentējam] koncepcijas pierādījumu, divu riteņu robotu, lai parādītu iespējamību izveidot robotus no ledus. Mūsu mērķis ar šo tehnoloģiju ir uzlabot izpētes robotu pašlabošanas, pašpārkonfigurācijas un pašreplicēšanas iespējas. Izgatavojot šādu robotu, mēs esam soli tuvāk patiesai pašreplicējošai sistēmai, kas var izmantot materiālus no vietējās vides, lai labotu, papildinātu un pavairotu sevi.

Kerols un līdzstrādnieks Marks Jims sāka savu projektu, izpētot veidus, kā veidot robotus, izmantojot atrastos materiālus. Tas palīdzētu paplašināt šādu sistēmu noturību, kas darbojas attālās vai naidīgās vietās, ļaujot tām pārstrādāt un atkārtoti izmantot vietējā vidē atrastās iekārtas.

"Mēs izvēlējāmies izmantot ledu kā galveno būvmateriālu tā dizaina elastības dēļ," turpināja Kerols. "Interese par ledus vidi ir salīdzinoši liela, pateicoties pētījumiem, kas saistīti ar klimata pārmaiņām, kā arī ārpuszemes izpēti. Izmantojot ledu kā būvmateriālu, mēs varam salabot robotu lidojuma laikā, pagarinot sistēmas kopējo darbības laiku, jo tā apkopo datus šajās attālajās un skarbajās vidēs.

Protams, tam nevajadzētu būt kaut kur tik tālu kā Enceladus. Tas varētu būt kaut kur tuvāk mājām, piemēram, Antarktīda, kur tālvadības roboti var būt noderīgi arī pētījumu veikšanai. Jebkurā gadījumā, kad elementi sāk nolietoties vai sabojāties, jaunus var izveidot kā aizstājējus, līdzīgi kā bioloģiskie ķermeņi var atjaunoties.

Pētnieki līdz šim ir izveidojuši koncepcijas pierādījuma demonstrācijas robotu, kas spēj darboties abos periodos istabas temperatūra un mīnus vide, ceļošana pa cietām gumijas virsmām un kāpšana pa ledu, slīpi rampas. Kopā ar ledus korpusu tas izmanto Arduino mikrokontrolleri, Bluetooth moduli un dažus citus ražotus komponentus.

Vēl tāls ceļš ejams

Tomēr vēl ir agrīnas dienas. Viena lieta ir pierādīt, ka robots ar korpusu, kas izgatavots no ledus, var darboties. Taču liela un ļoti sarežģīta projekta daļa — ledus komponentu autonoma ražošana — vēl ir jāpierāda. Pētnieki apsver vairākas pieejas, tostarp 3D drukāšanu, formēšanu un apstrādi, un katrai no tām ir savi plusi un mīnusi.

"Mūsu tiešais mērķis ir izstrādāt moduļu savienojumu, kas ļaus mums automatizēt montāžas procesu," sacīja Kerols. “Mēs varēsim izmantot automatizāciju, lai savienotu savus izpildmehānismus ar ledu, nevis būvētu robotu ar rokām. Saistībā ar to mēs izstrādājam gala efektoru, lai manipulētu ar ledus blokiem, tos neatgriezeniski nedeformējot, kā tas notiktu, izmantojot tradicionālos stiprinājumus, piemēram, skrūves.

Viņš turpināja: “Interesants dizaina izaicinājums, kas mums jāatrisina ar abiem šiem virzieniem, ir nodrošināt, ka mēs maksimāli palielināt savienojuma stiprumu, kamēr tiek izmantots enerģijas daudzums, lai savienotu sastāvdaļas ar ledu samazināts līdz minimumam. Attālā vidē enerģija ir vērtīga prece. Sistēmas, piemēram, IceBot, būs efektīvas tikai tad, ja to projektēšanas laikā ņemsim vērā enerģijas patēriņu.

Šādi projekti tikai kļūs nozīmīgāki. Pēc pionieru tradīcijām, iespēja izmantot jaunus, vietējos materiālus visam, sākot no pārtikas audzēšana uz biotopu apbūve ir būtiska daļa, lai izdzīvotu un plauktu kosmosā. Roboti, kas par milzīgiem izdevumiem nav jānosūta no Zemes uz jebkuru vietu, kur tiem jādodas, ir vēl viena mīklas daļa.

Papīrs, kurā aprakstīts IceBot projekts ar nosaukumu "No ledus izgatavoti roboti: ražošanas metožu analīze”, nesen tika prezentēts IROS (The International Conference on Intelligent Robotics and Systems) 2020. gadā.

Redaktoru ieteikumi

• Attīstoši, pašreplicējoši roboti ir šeit, taču neuztraucieties par sacelšanos
• Skatieties, kā SpaceX praktizē ārkārtas bēgšanu no Crew Dragon kapsulas
• Cilvēku izpētes laikmets ir aiz muguras. Mašīnas to paņems no šejienes
• Solar Orbiter nosūta pirmos mērījumus no kosmosa tikai dažas dienas pēc palaišanas
• NASA jaunākā Deep Space Network antena saņems lāzera signālus no Marsa