Ľadové roboty by mohli byť kľúčom k budúcemu prieskumu vesmíru

„Bolo to presne okolo úsvitu na mrazivom svete Enceladus, šiestom najväčšom mesiaci Saturnu, keď sa ľadové roboty začali miešať. Zamrznuté vozidlá, ktoré dostali svoje rozkazy na pochod zo vzdialenosti pol miliardy míľ, sebou trhali, bzučali a praskali pri teplotách stoviek stupňov pod bodom mrazu.

„Neboli to roboty, ktoré boli jednoducho pokryté tenkou vrstvou ľadu, ako auto, ktoré zostalo vonku počas chladnej zimnej noci. Namiesto toho boli takmer výlučne vytesané z veľkých kusov ľadu; obrie, zamrznuté sochy, ktoré sa pohybovali a skúmali povrch jedného z najviac dráždivo neprebádaných svetov slnečnej sústavy, oživovaný hľadaním života.“

Dramatický, sci-fi spôsob, ako otvoriť článok o novom koncepte stavby robotov? Dosť možno. Ale ak výskumníci z GRASP Lab (to je všeobecná robotika, automatizácia, snímanie a vnímanie) na Pensylvánskej univerzite vo Philadelphii sú správne, nemusí to zostať sci-fi príliš dlho.

Sakra, mohlo by to čoskoro spadať do kategórie zdravého rozumu.

Problém s Roverom

Diaľkovo ovládané rovery sa používali ako súčasť vesmírneho prieskumu, ktorý sa datuje desaťročia. NASA zahrnula Lunar Roving Vehicles do troch svojich misií Apollo, počnúc Apollom 15, ktoré pristálo na Mesiaci v júli 1971. Mars Exploration Rover Opportunity bol v aktívnej službe na červenej planéte desať a pol, od roku 2004 do začiatku roku 2019.

Ale aj keď sú tieto druhy prieskumných robotov skonštruované tak, aby boli robustné, existuje limit na ich prežitie. The Curiosity vo veľkosti auta pri svojej ceste po povrchu Marsu utrpel vážne poškodenie pneumatík, ktoré sú posiate ostrými kameňmi. „Ak by na Marse boli mechanici, NASA už možno vzala do obchodu vozítko Curiosity,“ uviedol Space.com.

Medzitým dlhotrvajúca misia Opportunity definitívne stmavla po intenzívnej prachovej búrke v roku 2018. To zakrylo jeho solárne panely, takže sa mu vybila batéria. NASA sa držala ešte rok, kým konečne priznala, že misia áno prísť k skorému, bezradnému koncu. Jeho identické dvojča Spirit bolo predtým vyhlásené za mŕtve v roku 2011 po tom, čo uviazlo v marťanskom piesku.

To je problém, pretože hoci výroba robotov môže stáť milióny, sú v centre misií, ktoré môžu stáť miliardy dolárov. Ak utrpia škodu alebo technické nešťastie, či už ide len o poškodené pneumatiky alebo prach na solárnych paneloch, to znamená, že všetko úsilie, ktoré dovtedy prebiehalo – proces výstavby, štart rakety, pristátie – je pre nič. Je to ako musieť definitívne opustiť svoje nové superauto na kraji cesty, pretože ste utrpeli defekt.

To je dôvod, prečo chcú výskumníci postaviť modulárne roboty, ktoré sa dokážu opraviť alebo inak rozšíriť v scenároch, kde dodanie náhrady jednoducho nie je možné z dôvodu nákladov a logistiky perspektíva. Mohli by dokonca, teoreticky, úplne postaviť repliky seba alebo iných robotov. Na tento účel by použili miestne materiály - napríklad ľad na ľadovom mesiaci.

Zadajte IceBot

Tu prichádza do úvahy projekt IceBot spoločnosti GRASP Lab. „IceBot je prvý robot svojho druhu vyrobený z ľadu,“ Devin Carroll, hlavný autor projektu, povedal pre Digital Trends. „[V našej novej práci predstavujeme] dvojkolesový robot, ktorý je dôkazom konceptu, ktorý ukazuje uskutočniteľnosť stavby robotov z ľadu. Naším zámerom s touto technológiou je posunúť schopnosť samoopravy, samorekonfigurácie a samoreplikácie prieskumných robotov. Pri vytváraní robota, ako je tento, sme o krok bližšie k skutočnému sebareplikujúcemu systému – takému, ktorý dokáže využívať materiály z miestneho prostredia na opravu, rozšírenie a replikáciu.“

Carroll a spolupracovník Mark Yim začali svoj projekt skúmaním spôsobov, ako postaviť roboty pomocou nájdených materiálov. Pomohlo by to rozšíriť odolnosť takýchto systémov fungujúcich vo vzdialených alebo nepriateľských lokalitách tým, že by im to umožnilo recyklovať a opätovne použiť zariadenia, ktoré sa našli v miestnom prostredí.

„Rozhodli sme sa použiť ľad ako náš primárny stavebný materiál kvôli jeho flexibilite dizajnu,“ pokračoval Carroll. „Záujem o ľadové prostredie je relatívne vysoký kvôli výskumu súvisiacemu so zmenou klímy, ako aj mimozemským prieskumom. Použitie ľadu ako stavebného materiálu nám umožňuje opravovať robota za chodu, čím sa predlžuje celková prevádzková životnosť systému, pretože zbiera údaje v týchto odľahlých a drsných prostrediach.“

To by samozrejme nemuselo byť niekde tak ďaleko ako Enceladus. Mohlo by to byť niekde bližšie k domovu, ako je Antarktída, kde môžu byť diaľkovo ovládané roboty užitočné aj na vykonávanie výskumu. V každom prípade, keď sa prvky začnú opotrebovávať alebo sa rozpadať, môžu sa ako náhrady vytvoriť nové, podobne ako sa môžu regenerovať biologické telá.

Výskumníci doteraz postavili demonštračného robota, ktorý dokáže pracovať v oboch prípadoch v prostredí s izbovou teplotou a mínusom, cestovanie po tvrdých gumených povrchoch a lezenie po ľade, naklonené rampy. Spolu s telom ľadu využíva mikrokontrolér Arduino Micro, modul Bluetooth a niekoľko ďalších vyrobených komponentov.

Pred nami je ešte dlhá cesta

Stále sú však skoré dni. Dokázať, že robot s telom vyrobeným z ľadu môže fungovať, je jedna vec. Ale veľká a veľmi ťažká časť projektu – autonómna výroba ľadových komponentov – sa ešte musí preukázať. Výskumníci zvažujú viacero prístupov vrátane 3D tlače, tvarovania a obrábania, z ktorých každý má svoje výhody a nevýhody.

„Naším bezprostredným cieľom je navrhnúť modulový spoj, ktorý nám umožní automatizovať proces montáže,“ povedal Carroll. „Budeme môcť použiť automatizáciu na spojenie našich ovládačov s ľadom namiesto toho, aby sme robota vyrábali ručne. V spojení s tým vyvíjame koncový efektor na manipuláciu s blokmi ľadu bez ich trvalej deformácie, ako by sa to stalo pri použití tradičných spojovacích prvkov, ako sú skrutky.

Pokračoval: „Zaujímavou výzvou v oblasti dizajnu, ktorú musíme vyriešiť oboma týmito smermi, je zabezpečiť, že my maximalizovať pevnosť spojenia a zároveň množstvo energie použitej na spojenie komponentov s ľadom minimalizované. V odľahlých prostrediach je energia cenenou komoditou. Systémy ako IceBot budú efektívne len vtedy, ak pri ich navrhovaní zohľadníme spotrebu energie.“

Projekty ako tento sa stanú dôležitejšími. V priekopníckej tradícii možnosť využívať nové, lokálne materiály na všetko od pestovanie potravín do budovanie biotopov je kľúčovou súčasťou prežitia – a prosperity – vo vesmíre. Roboty, ktoré sa nemusia dopravovať za obrovské náklady zo Zeme kamkoľvek potrebujú, sú ďalším kúskom skladačky.

Príspevok popisujúci projekt IceBot s názvom „Roboty vyrobené z ľadu: Analýza výrobných techník“, bola nedávno prezentovaná na IROS (The International Conference on Intelligent Robotics and Systems) 2020.

Odporúčania redaktorov

• Vyvíjajúce sa, samoreprodukujúce sa roboty sú tu – ale nebojte sa povstania
• Sledujte, ako SpaceX nacvičuje núdzový únik zo svojej kapsuly Crew Dragon
• Doba ľudského skúmania je za nami. Odtiaľto to vezmú stroje
• Solar Orbiter posiela späť prvé merania z vesmíru len niekoľko dní po štarte
• Najnovšia anténa NASA Deep Space Network bude prijímať laserové signály z Marsu