Roboții de gheață ar putea fi cheia pentru viitoarea explorare a spațiului

„Era în jurul zorilor, în lumea rece a lui Enceladus, a șasea lună ca mărime a lui Saturn, când roboții de gheață au început să se miște. Primindu-și ordinele de marș de la jumătate de miliard de mile distanță, roverele înghețate s-au zvâcnit, freamăt și crăpat la temperaturi cu sute de grade sub punctul de îngheț.

„Aceștia nu erau roboți care au fost pur și simplu acoperiți cu un strat subțire de gheață, ca o mașină care a fost lăsată afară într-o noapte rece de iarnă. În schimb, au fost tăiate aproape exclusiv din bucăți mari de gheață; sculpturi gigantice, înghețate, care s-au mișcat și au sondat suprafața uneia dintre cele mai tentante lumi neexplorate ale sistemului solar, animate de căutarea vieții.”

O modalitate dramatică, științifico-fantastică, de a deschide un articol despre un nou concept pentru construirea roboților? Destul de posibil. Dar dacă cercetătorii de la

Laboratorul GRASP (adică General Robotics, Automation, Sensing, and Perception) de la Universitatea din Pennsylvania din Philadelphia sunt corecte, aceasta poate să nu rămână științifico-fantastică pentru prea mult timp.

La naiba, ar putea intra destul de curând în categoria bunului simț.

Problema cu Rover

Roverele controlate de la distanță au fost folosite ca parte a explorării spațiului cu câteva decenii în urmă. NASA a inclus vehiculele itinerante lunare în trei dintre misiunile sale Apollo, începând cu Apollo 15, care a aterizat pe Lună în iulie 1971. Mars Exploration Rover Opportunity a fost în serviciu activ pe planeta roșie timp de un deceniu și jumătate, din 2004 până la începutul lui 2019.

Dar, în timp ce aceste tipuri de roboți exploratori sunt construiți pentru a fi robusti, există o limită a supraviețuirii lor. The Curiozitatea de mărimea unei mașini a suferit unele avarii severe la pneuri în timp ce-și croia drum pe suprafața marțiană, presărată așa cum este de pietre ascuțite. „Dacă ar exista mecanici pe Marte, este posibil ca NASA să fi dus roverul Curiosity în magazin până acum.” a spus Space.com.

Între timp, misiunea Opportunity de lungă durată s-a întunecat definitiv în urma unei furtuni intense de praf în 2018. Acest lucru i-a ascuns panourile solare, lăsându-l să rămână fără baterie. NASA a continuat încă un an înainte de a admite în sfârșit că misiunea a făcut-o ajunge la un sfârșit devreme, fără ceremonii. Geamănul său identic, Spirit, a fost anterior declarat mort în 2011, după ce a rămas blocat în nisipul marțian.

Aceasta este o problemă pentru că, deși roboții pot costa milioane de realizat, ei sunt în centrul misiunilor care pot costa miliarde de dolari. Dacă suferă daune sau nenorociri tehnice, indiferent dacă sunt doar cauciucuri deteriorate sau praf de pe panourile solare, înseamnă că tot efortul de până atunci — procesul de construcție, lansarea rachetei, aterizarea — este pentru nimic. Este ca și cum ai fi nevoit să abandonezi definitiv noul tău supermașină pe marginea drumului, pentru că ai suferit un plat.

De aceea, cercetătorii doresc să construiască roboți modulari care să se poată repara sau să se extindă în alt mod în scenariile în care expedierea într-o înlocuire pur și simplu nu este fezabilă din punct de vedere al costului și al logisticii perspectivă. Ei ar putea chiar, în teorie, să construiască replici ale lor sau alți roboți în întregime. Pentru a face acest lucru, ar folosi materiale locale - cum ar fi, de exemplu, gheața pe o lună de gheață.

Introduceți IceBot

Aici intervine proiectul IceBot al GRASP Lab. „IceBot este primul robot de acest fel realizat din gheață.” Devin Carroll, autorul principal al proiectului, a declarat pentru Digital Trends. „[În noua noastră lucrare, prezentăm] o dovadă de concept, robot cu două roți pentru a arăta fezabilitatea construirii roboților din gheață. Intenția noastră cu această tehnologie este de a avansa capabilitățile de auto-reparare, auto-reconfigurare și auto-replicare ale roboților de explorare. Făcând un astfel de robot, suntem cu un pas mai aproape de un adevărat sistem de auto-replicare – unul care poate folosi materiale din mediul local pentru a repara, a crește și a se reproduce.”

Carroll și colaborator Mark Yim și-au început proiectul prin explorarea modalităților de a construi roboți folosind materiale găsite. Acest lucru ar ajuta la extinderea robusteței unor astfel de sisteme care funcționează în locații îndepărtate sau ostile, permițându-le să recicleze și să refolosească echipamentele care au fost găsite în mediul local.

„Am ales să folosim gheața ca material de construcție principal datorită flexibilității sale de proiectare”, a continuat Carroll. „Interesul pentru mediile înghețate este relativ mare datorită cercetărilor legate de schimbările climatice, precum și explorării extraterestre. Folosirea gheții ca material de construcție ne permite să reparăm robotul din mers, prelungind durata de viață operațională totală a sistemului pe măsură ce colectează date în aceste medii îndepărtate și dure.”

Acest lucru nu ar trebui să fie undeva la fel de îndepărtat ca Enceladus, desigur. Ar putea fi undeva mai aproape de casă, cum ar fi Antarctica, unde roboții controlați de la distanță pot fi, de asemenea, utili pentru efectuarea cercetărilor. În ambele cazuri, atunci când elementele încep să se uzeze sau să se descompună, ar putea fi create altele noi ca înlocuitori, în același mod în care corpurile biologice se pot regenera.

Cercetătorii au construit până acum un robot demonstrativ care poate funcționa perioade de timp în ambele medii la temperatura camerei și sub zero, călătorind pe suprafețe de cauciuc dur și urcând înghețate, înclinate rampe. Împreună cu corpul de gheață, utilizează un microcontroler Arduino, un modul Bluetooth și câteva alte componente fabricate.

Mai este un drum lung de parcurs

Totuși, este încă devreme. Demonstrarea că un robot cu un corp făcut din gheață poate funcționa este un lucru. Dar o parte mare și foarte dificilă a proiectului - fabricarea componentelor de gheață în mod autonom - încă nu a fost demonstrată. Cercetătorii au în vedere mai multe abordări, inclusiv imprimarea 3D, turnarea și prelucrarea mecanică, fiecare dintre ele având avantajele și dezavantajele sale.

„Obiectivul nostru imediat este să proiectăm o îmbinare a modulului care ne va permite să automatizăm procesul de asamblare”, a spus Carroll. „Vom putea folosi automatizarea pentru a conecta actuatoarele noastre cu gheața, în loc să construim robotul manual. În legătură cu aceasta, dezvoltăm un efector final pentru a manipula blocurile de gheață fără a le deforma permanent, așa cum s-ar întâmpla prin utilizarea elementelor de fixare tradiționale precum șuruburile.”

El a continuat: „O provocare interesantă de proiectare pe care trebuie să o rezolvăm în ambele direcții este să ne asigurăm că noi maximizați puterea conexiunii în timp ce cantitatea de energie utilizată pentru a uni componentele cu gheața este minimizat. În mediile îndepărtate, energia este o marfă apreciată. Sisteme precum IceBot vor fi eficiente doar dacă luăm în considerare consumul de energie atunci când le proiectăm.”

Proiecte ca acesta vor deveni mai importante. În tradiția pionierică, posibilitatea de a utiliza materiale noi, locale pentru orice, de la creşterea hranei la construirea de habitate este o parte esențială a supraviețuirii – și a prosperității – în spațiu. Roboții care nu trebuie să fie expediați, cu costuri mari, de pe Pământ până oriunde trebuie să meargă sunt încă o piesă a puzzle-ului.

O lucrare care descrie proiectul IceBot, intitulată „Roboți fabricați din gheață: o analiză a tehnicilor de fabricație”, a fost prezentat recent la IROS (The International Conference on Intelligent Robotics and Systems) 2020.

Recomandările editorilor

• Roboții în evoluție, auto-replicatori sunt aici, dar nu vă faceți griji pentru o revoltă
• Urmăriți SpaceX cum exersează o evadare de urgență din capsula sa Crew Dragon
• Era explorării umane a trecut în urmă. Mașinile o vor lua de aici
• Solar Orbiter trimite înapoi primele măsurători din spațiu la doar câteva zile după lansare
• Cea mai nouă antenă Deep Space Network a NASA va primi semnale laser de pe Marte