Ledeni roboti bi lahko bili ključ do prihodnjega raziskovanja vesolja

»Bilo je tik ob zori na mrzlem svetu Enceladusa, šeste največje Saturnove lune, ko so se ledeni roboti začeli premikati. Zamrznjeni roverji so prejemali ukaze za pohod s pol milijarde milj stran in trzali, brenčali in pokali pri temperaturah na stotine stopinj pod lediščem.

»To niso bili roboti, ki so bili preprosto prekriti s tanko plastjo ledu, kot avto, ki so ga pustili zunaj v mrzli zimski noči. Namesto tega so bili izklesani skoraj izključno iz velikih kosov ledu; velikanske, zamrznjene skulpture, ki so se premikale in raziskovale površje enega najbolj mamljivo neraziskanih svetov sončnega sistema, animirane z iskanjem življenja.«

Dramatičen, znanstvenofantastični način za odpiranje članka o novem konceptu izdelave robotov? Zelo verjetno. Če pa raziskovalci iz Laboratorij GRASP (to je General Robotics, Automation, Sensing, and Perception) na Univerzi Pensilvanije v Filadelfiji so pravilne, to morda ne bo dolgo ostalo znanstvena fantastika.

Hudiča, kaj kmalu bi lahko spadalo v kategorijo zdrave pameti.

Težave z Roverjem

Daljinsko vodeni roverji so bili desetletja nazaj uporabljeni kot del raziskovanja vesolja. NASA je Lunar Roving Vehicles vključila v tri svoje misije Apollo, začenši z Apollom 15, ki je julija 1971 pristal na Luni. Mars Exploration Rover Opportunity je bil v aktivni službi na rdečem planetu desetletje in pol, od leta 2004 do začetka leta 2019.

Čeprav so tovrstni raziskovalni roboti zgrajeni tako, da so robustni, obstaja omejitev njihovega preživetja. The Curiosity v velikosti avtomobila pobral nekaj hudih poškodb pnevmatik, medtem ko se je prebijal po površini Marsa, posejani z ostrimi skalami. "Če so bili na Marsu mehaniki, je NASA morda že vzela rover Curiosity v trgovino," je menil Space.com.

Medtem je dolgotrajna misija Opportunity za vedno zamrla po intenzivni prašni nevihti leta 2018. To je zakrilo njegove sončne kolektorje, zaradi česar mu je zmanjkalo baterije. NASA je vztrajala še eno leto, preden je končno priznala, da je misija uspela priti do zgodnjega, neceremonijnega konca. Njegov enojajčni dvojček Spirit je bil leta 2011 razglašen za mrtvega, potem ko je obtičal v marsovskem pesku.

To je težava, ker čeprav lahko izdelava robotov stane milijone, so v središču misij, ki lahko stanejo v milijardah dolarjev. Če utrpijo škodo ali tehnično okvaro, pa naj gre le za poškodovane gume ali prah na sončnih kolektorjih, to pomeni, da je ves trud do takrat — proces gradnje, izstrelitev rakete, pristanek — za nič. To je tako, kot da bi morali za vedno zapustiti svoj novi superšportnik ob robu ceste, ker ste utrpeli stanovanje.

Zato želijo raziskovalci izdelati modularne robote, ki se lahko popravljajo ali kako drugače nadgrajujejo v scenarijih, kjer pošiljanje nadomestnega preprosto ni izvedljivo zaradi stroškov in logistike perspektiva. Teoretično bi lahko celo zgradili replike samih sebe ali drugih robotov v celoti. Da bi to naredili, bi uporabili lokalne materiale - kot je, recimo, led na ledeni luni.

Vnesite IceBot

Tu nastopi projekt IceBot laboratorija GRASP. "IceBot je prvi robot te vrste, izdelan iz ledu," Devin Carroll, glavni avtor projekta, je povedal za Digital Trends. »[V našem novem delu predstavljamo] dokazanega dvokolesnega robota, ki prikazuje izvedljivost izdelave robotov iz ledu. Naš namen s to tehnologijo je izboljšati zmožnosti samopopravljanja, samorekonfiguracije in samopodvajanja raziskovalnih robotov. Pri izdelavi takšnega robota smo korak bližje resničnemu samopodvajajočemu sistemu – sistemu, ki lahko uporablja materiale iz lokalnega okolja za popravilo, nadgradnjo in razmnoževanje.«

Carroll in sodelavec Mark Yim začeli svoj projekt z raziskovanjem načinov za izdelavo robotov z uporabo najdenih materialov. To bi pomagalo razširiti robustnost takih sistemov, ki delujejo na oddaljenih ali sovražnih lokacijah, tako da bi jim omogočili recikliranje in ponovno uporabo opreme, ki je bila najdena v lokalnem okolju.

"Izbrali smo uporabo ledu kot našega glavnega gradbenega materiala zaradi njegove prilagodljivosti oblikovanja," je nadaljeval Carroll. »Zanimanje za ledena okolja je razmeroma veliko zaradi raziskav, povezanih s podnebnimi spremembami, pa tudi raziskovanja nezemeljskega sveta. Uporaba ledu kot gradbenega materiala nam omogoča sprotno popravilo robota, kar podaljša celotno življenjsko dobo sistema, saj zbira podatke v teh oddaljenih in težkih okoljih.«

To seveda ne bi bilo treba nekje tako daleč, kot je Enceladus. Lahko bi bilo nekje bližje domu, kot je Antarktika, kjer so daljinsko vodeni roboti prav tako lahko uporabni za izvajanje raziskav. V obeh primerih, ko se elementi začnejo obrabljati ali razgrajevati, se lahko ustvarijo novi kot nadomestki, podobno kot se lahko regenerirajo biološka telesa.

Raziskovalci so doslej izdelali demo robota, ki je dokazal koncept in lahko nekaj časa deluje v obeh sobna temperatura in okolja pod ničlo, potovanje po trdih gumijastih površinah in plezanje po ledenih, nagnjenih rampe. Skupaj z ledenim telesom uporablja mikrokrmilnik Arduino Micro, modul Bluetooth in nekaj drugih proizvedenih komponent.

Pot je še dolga

Vendar je še zgodaj. Eno je dokazati, da lahko robot s telesom iz ledu deluje. Toda velik in zelo težek del projekta - samostojna proizvodnja ledenih komponent - je treba še dokazati. Raziskovalci razmišljajo o več pristopih, vključno s 3D-tiskanjem, oblikovanjem in strojno obdelavo, od katerih ima vsak svoje prednosti in slabosti.

"Naš neposredni cilj je oblikovati modulni spoj, ki nam bo omogočil avtomatizacijo postopka sestavljanja," je dejal Carroll. »Avtomatizacijo bomo lahko uporabili za spajanje naših aktuatorjev z ledom, namesto da bi robota sestavljali ročno. V povezavi s tem razvijamo končni efektor za manipulacijo blokov ledu, ne da bi jih trajno deformirali, kot bi se zgodilo z uporabo tradicionalnih pritrdilnih elementov, kot so vijaki.«

Nadaljeval je: »Zanimiv oblikovalski izziv, ki ga moramo rešiti z obema smerema, je zagotoviti, da bomo povečajte moč povezave, medtem ko je količina energije, ki se porabi za spajanje komponent z ledom minimizirana. V oddaljenih okoljih je energija cenjena dobrina. Sistemi, kot je IceBot, bodo učinkoviti le, če bomo pri načrtovanju upoštevali porabo energije.«

Takšni projekti bodo samo še pomembnejši. V pionirski tradiciji je zmožnost uporabe novih, lokalnih materialov za vse od gojenje hrane do gradnjo habitatov je ključni del preživetja — in uspevanja — v vesolju. Še en kos uganke so roboti, ki jih ni treba pošiljati z ogromnimi stroški z Zemlje tja, kamor koli morajo iti.

Dokument, ki opisuje projekt IceBot, z naslovom "Roboti narejeni iz ledu: analiza proizvodnih tehnik,« je bil nedavno predstavljen na IROS (Mednarodna konferenca o inteligentni robotiki in sistemih) 2020.

Priporočila urednikov

• Razvijajoči se samopodvajajoči roboti so tukaj - vendar naj vas ne skrbi upor
• Oglejte si, kako SpaceX vadi pobeg v sili iz svoje kapsule Crew Dragon
• Doba človeškega raziskovanja je za nami. Stroji bodo to vzeli od tukaj
• Solar Orbiter pošilja prve meritve iz vesolja le nekaj dni po izstrelitvi
• Najnovejša Nasina antena Deep Space Network bo sprejemala laserske signale z Marsa