Robôs de gelo podem ser a chave para a futura exploração espacial

“Foi por volta do amanhecer no mundo gelado de Encélado, a sexta maior lua de Saturno, quando os robôs de gelo começaram a se mexer. Recebendo ordens de marcha a oitocentos milhões de quilómetros de distância, os veículos espaciais congelados contorceram-se, zumbiram e estalaram em temperaturas centenas de graus abaixo do ponto de congelação.

“Não eram robôs simplesmente cobertos por uma fina camada de gelo, como um carro deixado do lado de fora em uma noite fria de inverno. Em vez disso, foram escavados quase exclusivamente em grandes pedaços de gelo; esculturas gigantescas e congeladas que moviam e sondavam a superfície de um dos mundos mais tentadoramente inexplorados do sistema solar, animados pela busca por vida.”

Uma maneira dramática e de ficção científica de abrir um artigo sobre um novo conceito para construção de robôs? Bem possível. Mas se os investigadores do

Laboratório GRASP (isto é, Robótica Geral, Automação, Sensoriamento e Percepção) da Universidade da Pensilvânia, na Filadélfia, estão corretos, isso pode não permanecer ficção científica por muito mais tempo.

Caramba, isso poderá em breve cair na categoria de bom senso.

O problema com Rover

Rovers controlados remotamente têm sido usados ​​como parte da exploração espacial há décadas. A NASA incluiu veículos lunares itinerantes em três de suas missões Apollo, começando com a Apollo 15, que pousou na Lua em julho de 1971. O Mars Exploration Rover Opportunity esteve em serviço ativo no Planeta Vermelho durante uma década e meia, de 2004 até o início de 2019.

Mas embora estes tipos de robôs exploratórios sejam construídos para serem robustos, há um limite para a sua capacidade de sobrevivência. O Curiosidade do tamanho de um carro sofreu graves danos nos pneus enquanto atravessava a superfície marciana, salpicada de pedras pontiagudas. “Se houvesse mecânicos em Marte, a NASA já poderia ter levado o rover Curiosity para a oficina”, opinou Space.com.

Enquanto isso, a longa missão Opportunity apagou para sempre após uma intensa tempestade de poeira em 2018. Isso obscureceu seus painéis solares, deixando-o sem bateria. A NASA aguentou mais um ano antes de finalmente admitir que a missão havia chegar a um fim precoce e sem cerimônia. Seu gêmeo idêntico, Spirit, foi declarado morto em 2011, depois de ficar preso na areia marciana.

Isto é um problema porque, embora a produção dos robôs possa custar milhões, eles estão no centro de missões que podem custar milhares de milhões de dólares. Se sofrerem danos ou infortúnios técnicos, sejam apenas pneus danificados ou poeira nos painéis solares, significa que todo o esforço até então – o processo de construção, o lançamento do foguete, o pouso – é para nada. É como ter que abandonar definitivamente seu novo supercarro na beira da estrada porque você sofreu um furo.

É por isso que os pesquisadores querem construir robôs modulares que possam reparar ou melhorar a si mesmos em cenários onde o envio de uma substituição simplesmente não é viável devido a um custo e logística perspectiva. Eles poderiam até, em teoria, construir réplicas inteiras de si mesmos ou de outros robôs. Para fazer isso, eles utilizariam materiais locais – como, digamos, gelo em uma lua gelada.

Entre no IceBot

É aqui que o projeto IceBot do GRASP Lab entra em cena. “IceBot é o primeiro robô de seu tipo feito de gelo,” Devin Carroll, autor principal do projeto, disse à Digital Trends. “[Em nosso novo trabalho, apresentamos] uma prova de conceito de robô de duas rodas para mostrar a viabilidade de construir robôs a partir do gelo. Nossa intenção com esta tecnologia é aprimorar os recursos de autorreparo, autorreconfiguração e autorreplicação dos robôs de exploração. Ao fazer um robô como este, estamos um passo mais perto de um verdadeiro sistema auto-replicante – um sistema que pode usar materiais do ambiente local para reparar, aumentar e replicar-se.”

Carroll e colaborador Marcos Yim começaram seu projeto explorando maneiras de construir robôs usando materiais encontrados. Isto ajudaria a expandir a robustez de tais sistemas que operam em locais distantes ou hostis, permitindo-lhes reciclar e reutilizar equipamentos encontrados no ambiente local.

“Optamos por usar o gelo como principal material de construção devido à sua flexibilidade de design”, continuou Carroll. “O interesse em ambientes gelados é relativamente alto devido à investigação relacionada com as alterações climáticas, bem como à exploração extraterrestre. Usar o gelo como material de construção nos permite reparar o robô rapidamente, prolongando a vida operacional total do sistema à medida que ele coleta dados nesses ambientes remotos e hostis.”

Isto não teria que ser em algum lugar tão distante como Encélado, é claro. Poderia ser em algum lugar mais perto de casa, como a Antártica, onde robôs controlados remotamente também podem ser úteis para a realização de pesquisas. Em ambos os casos, quando os elementos começam a desgastar-se ou a quebrar, novos elementos poderiam ser criados como substitutos, da mesma forma que os corpos biológicos podem se regenerar.

Até agora, os pesquisadores construíram um robô de demonstração de prova de conceito que é capaz de operar por períodos em ambos ambientes com temperatura ambiente e abaixo de zero, viajando sobre superfícies de borracha dura e escalando gelo, inclinado rampas. Junto com o corpo de gelo, ele utiliza um microcontrolador Arduino Micro, módulo Bluetooth e alguns outros componentes fabricados.

Ainda ha um longo caminho a percorrer

Ainda é cedo, no entanto. Provar que um robô com corpo feito de gelo pode funcionar é uma coisa. Mas uma parte grande e muito difícil do projeto – fabricar os componentes do gelo de forma autônoma – ainda não foi demonstrada. Os pesquisadores estão considerando múltiplas abordagens, incluindo impressão 3D, moldagem e usinagem, cada uma com seus prós e contras.

“Nosso objetivo imediato é projetar uma junta modular que nos permitirá automatizar o processo de montagem”, disse Carroll. “Poderemos usar a automação para unir nossos atuadores ao gelo, em vez de construir o robô manualmente. Em conjunto com isso, estamos desenvolvendo um efetor final para manipular blocos de gelo sem deformá-los permanentemente, como aconteceria com o uso de fixadores tradicionais como parafusos.”

Ele continuou: “Um desafio de design interessante que devemos resolver com ambas as direções é garantir que maximizar a força da conexão enquanto a quantidade de energia usada para unir os componentes ao gelo é minimizado. Em ambientes remotos, a energia é um bem valioso. Sistemas como o IceBot só serão eficazes se considerarmos o uso de energia ao projetá-los.”

Projetos como esse só vão se tornar mais importantes. Na tradição pioneira, ser capaz de utilizar materiais novos e locais para tudo, desde o cultivo de alimentos para construindo habitats é uma parte crucial da sobrevivência – e da prosperidade – no espaço. Robôs que não precisam ser enviados, com grandes custos, da Terra para onde quer que precisem ir são mais uma peça do quebra-cabeça.

Um artigo descrevendo o projeto IceBot, intitulado “Robôs feitos de gelo: uma análise das técnicas de fabricação”, foi apresentado recentemente na IROS (Conferência Internacional sobre Robótica e Sistemas Inteligentes) 2020.

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