Ледяные роботы могут стать ключом к будущим исследованиям космоса

«Было около рассвета на холодном мире Энцелада, шестого по величине спутника Сатурна, когда ледяные роботы начали шевелиться. Получив приказ о марше с расстояния в полмиллиарда миль, замерзшие марсоходы дергались, гудели и трещали при температуре в сотни градусов ниже точки замерзания.

«Это не были роботы, которые просто были покрыты тонким слоем льда, как машина, оставленная на улице холодной зимней ночью. Вместо этого они были высечены почти исключительно из огромных кусков льда; гигантские замороженные скульптуры, которые двигались и исследовали поверхность одного из самых неизведанных миров Солнечной системы, оживлённые поиском жизни».

Драматический, научно-фантастический способ начать статью о новой концепции создания роботов? Вполне возможно. Но если исследователи из ГРАСП Лаборатория (это общая робототехника, автоматизация, зондирование и восприятие) в Пенсильванском университете в Филадельфии верны, это, возможно, не останется научной фантастикой слишком долго.

Черт возьми, довольно скоро это может попасть в категорию здравого смысла.

Проблема с Ровером

Роверы с дистанционным управлением использовались в рамках освоения космоса на протяжении десятилетий. НАСА включило лунные вездеходы в три своих миссии «Аполлон», начиная с «Аполлона-15», который приземлился на Луне в июле 1971 года. Марсоход Opportunity находился в активной эксплуатации на Красной планете в течение полутора десятилетий, с 2004 по начало 2019 года.

Но хотя подобные исследовательские роботы созданы надежными, их выживаемость имеет предел. Curiosity размером с автомобиль получил серьезное повреждение шины, пробираясь по марсианской поверхности, усеянной острыми камнями. «Если бы на Марсе была механика, НАСА, возможно, уже забрало бы марсоход Curiosity в мастерскую», высказал мнение Space.com.

Между тем, давняя миссия «Оппортьюнити» навсегда прекратилась после сильной пыльной бури в 2018 году. Это скрыло его солнечные панели, в результате чего у него разрядился аккумулятор. НАСА продержалось еще год, прежде чем наконец признало, что миссия провалилась. рано и бесцеремонно закончиться. Его идентичный близнец, Spirit, ранее был объявлен мертвым в 2011 году после того, как застрял в марсианском песке.

Это проблема, потому что, хотя создание роботов может стоить миллионы долларов, они находятся в центре миссий, стоимость которых может исчисляться миллиардами долларов. Если они потерпят повреждение или техническую аварию, будь то просто поврежденные шины или пыль на солнечных батареях, это означает, что все усилия до этого момента — процесс строительства, запуск ракеты, приземление — направлены на ничего. Это все равно что отказаться от своего нового суперкара навсегда на обочине дороги, потому что вы сломались.

Вот почему исследователи хотят создать модульных роботов, которые смогут ремонтировать или иным образом дополнять себя. в сценариях, когда доставка замены просто невозможна из-за стоимости и логистики перспектива. Теоретически они могли бы даже полностью создавать копии самих себя или других роботов. Для этого они будут использовать местные материалы — например, лед на ледяной луне.

Войдите в IceBot

Именно здесь на сцену выходит проект IceBot лаборатории GRASP Lab. «IceBot — первый в своем роде робот, сделанный изо льда». Девин Кэрролл, ведущий автор проекта, рассказал Digital Trends. «[В нашей новой работе мы представляем] экспериментальный двухколесный робот, чтобы продемонстрировать возможность создания роботов изо льда. Наша цель с помощью этой технологии — улучшить возможности самовосстановления, самореконфигурации и самовоспроизведения исследовательских роботов. Создавая такого робота, мы становимся на шаг ближе к настоящей самовоспроизводящейся системе, которая может использовать материалы из окружающей среды для ремонта, расширения и репликации».

Кэрролл и соавт. Марк Йим начали свой проект с изучения способов создания роботов из найденных материалов. Это поможет повысить надежность таких систем, работающих в отдаленных или враждебных местах, позволяя им перерабатывать и повторно использовать оборудование, обнаруженное в местной среде.

«Мы решили использовать лед в качестве основного строительного материала из-за гибкости его конструкции», — продолжил Кэрролл. «Интерес к ледяной среде относительно высок из-за исследований, связанных с изменением климата, а также внеземных исследований. Использование льда в качестве строительного материала позволяет нам ремонтировать робота на лету, продлевая общий срок службы системы, поскольку она собирает данные в этих отдаленных и суровых условиях».

Конечно, это не обязательно должно быть такое отдаленное место, как Энцелад. Это может быть где-нибудь поближе к дому, например, в Антарктиде, где роботы с дистанционным управлением также могут быть полезны для проведения исследований. В любом случае, когда элементы начинают изнашиваться или разрушаться, в качестве замены могут быть созданы новые, во многом так же, как биологические тела могут регенерировать.

На данный момент исследователям удалось создать демонстрационного робота для проверки концепции, который способен работать в течение нескольких периодов в обоих режимах. при комнатной температуре и минусовых температурах, при движении по твердым резиновым поверхностям и при подъеме по льду, под наклоном. пандусы. Помимо ледяного корпуса, в нем используется микроконтроллер Arduino Micro, модуль Bluetooth и несколько других промышленных компонентов.

Еще долгий путь

Однако это еще рано. Доказать, что робот с телом изо льда может функционировать – это одно. Но большая и очень сложная часть проекта — автономное производство компонентов льда — еще предстоит продемонстрировать. Исследователи рассматривают несколько подходов, включая 3D-печать, формование и механическую обработку, каждый из которых имеет свои плюсы и минусы.

«Наша ближайшая цель — разработать модульное соединение, которое позволит нам автоматизировать процесс сборки», — сказал Кэрролл. «Мы сможем использовать автоматизацию для соединения наших приводов со льдом, а не создавать робота вручную. В связи с этим мы разрабатываем концевой эффектор, позволяющий манипулировать глыбами льда без их необратимой деформации, как это происходит при использовании традиционных креплений, таких как винты».

Он продолжил: «Интересная задача проектирования, которую мы должны решить в обоих этих направлениях, — это гарантировать, что мы максимизировать прочность соединения, в то время как количество энергии, используемой для соединения компонентов со льдом, сведен к минимуму. В отдаленных районах энергия является ценным товаром. Такие системы, как IceBot, будут эффективны только в том случае, если при их разработке мы будем учитывать энергопотребление».

Подобные проекты будут становиться только более важными. В новаторских традициях возможность использовать новые местные материалы для всего: от выращивание еды к строительство среды обитания является важной частью выживания и процветания в космосе. Роботы, которых не нужно за огромные деньги доставлять с Земли туда, куда им нужно, — это еще одна часть головоломки.

Статья с описанием проекта IceBot под названием «Роботы изо льда: анализ технологий производства», была недавно представлена ​​на IROS (Международная конференция по интеллектуальной робототехнике и системам) 2020.

Рекомендации редакции

• Развивающиеся, самовоспроизводящиеся роботы уже здесь, но не беспокойтесь о восстании
• Посмотрите, как SpaceX практикует экстренный побег из капсулы Crew Dragon
• Эпоха человеческих исследований осталась позади. Машины заберут это отсюда
• Solar Orbiter отправляет первые измерения из космоса всего через несколько дней после запуска
• Новейшая антенна NASA Deep Space Network будет принимать лазерные сигналы с Марса