หุ่นยนต์น้ำแข็งอาจเป็นกุญแจสำคัญในการสำรวจอวกาศในอนาคต

“เป็นเวลาประมาณรุ่งสางบนโลกที่หนาวเย็นของเอนเซลาดัส ซึ่งเป็นดวงจันทร์ที่มีขนาดใหญ่เป็นอันดับหกของดาวเสาร์ เมื่อหุ่นยนต์น้ำแข็งเริ่มเคลื่อนไหว เมื่อได้รับคำสั่งให้เดินทัพจากที่อยู่ห่างออกไปครึ่งพันล้านไมล์ ยานสำรวจน้ำแข็งก็กระตุก ฮัมเพลง และแตกร้าวในอุณหภูมิที่ต่ำกว่าจุดเยือกแข็งหลายร้อยองศา

“หุ่นยนต์เหล่านี้ไม่ใช่หุ่นยนต์ที่ถูกปกคลุมด้วยชั้นน้ำแข็งบางๆ เหมือนกับรถที่ถูกทิ้งไว้ในคืนที่หนาวเย็นของฤดูหนาว ในทางกลับกัน พวกมันถูกตัดออกมาจากก้อนน้ำแข็งขนาดใหญ่เกือบทั้งหมด ประติมากรรมน้ำแข็งขนาดยักษ์ที่เคลื่อนไหวและสำรวจพื้นผิวของโลกที่ยังไม่ได้สำรวจที่น่าดึงดูดใจที่สุดแห่งหนึ่งของระบบสุริยะ ซึ่งขับเคลื่อนโดยการค้นหาสิ่งมีชีวิต”

เป็นนิยายวิทยาศาสตร์ที่น่าทึ่งในการเปิดบทความเกี่ยวกับแนวคิดใหม่ในการสร้างหุ่นยนต์ใช่ไหม ค่อนข้างจะเป็นไปได้ แต่หากนักวิจัยจาก แกรสป์ แล็บ (นั่นคือ General Robotics, Automation, Sensing และ Perception) ที่มหาวิทยาลัยเพนซิลวาเนียในฟิลาเดลเฟียนั้นถูกต้อง สิ่งนี้อาจไม่คงอยู่เป็นนิยายวิทยาศาสตร์อีกต่อไป

เฮ็ค มันอาจตกอยู่ภายใต้ประเภทของสามัญสำนึกในไม่ช้า

ปัญหากับโรเวอร์

รถแลนด์โรเวอร์ควบคุมระยะไกลถูกนำมาใช้เป็นส่วนหนึ่งของการสำรวจอวกาศย้อนหลังหลายทศวรรษ NASA ได้รวมยาน Lunar Roving Vehicles ไว้ในภารกิจอพอลโล 3 ภารกิจ โดยเริ่มจากอพอลโล 15 ซึ่งลงจอดบนดวงจันทร์ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2514 Mars Exploration Rover Opportunity ให้บริการอย่างแข็งขันบนดาวเคราะห์สีแดงเป็นเวลาหนึ่งทศวรรษครึ่งตั้งแต่ปี 2547 จนถึงต้นปี 2562

แต่ในขณะที่หุ่นยนต์สำรวจประเภทนี้ถูกสร้างขึ้นมาให้แข็งแกร่ง แต่ก็ยังมีข้อจำกัดในเรื่องความอยู่รอดของพวกมัน ที่ ความอยากรู้อยากเห็นขนาดเท่ารถยนต์ ยางได้รับความเสียหายอย่างรุนแรงขณะเคลื่อนตัวผ่านพื้นผิวดาวอังคาร โดยมีหินแหลมคมกระจายอยู่ทั่ว “ถ้ามีกลไกบนดาวอังคาร NASA อาจจะนำรถแลนด์โรเวอร์ Curiosity เข้าไปในร้านแล้ว” แสดงความคิดเห็น Space.com.

ในขณะเดียวกัน ภารกิจ Opportunity ที่ดำเนินมายาวนานก็มืดมนลงหลังจากพายุฝุ่นรุนแรงในปี 2561 สิ่งนี้บดบังแผงโซลาร์เซลล์ ปล่อยให้แบตเตอรี่หมด NASA อยู่ต่ออีกหนึ่งปีก่อนที่จะยอมรับภารกิจดังกล่าวในที่สุด ย่อมถึงจุดจบแต่เนิ่นๆ. สปิริต แฝดที่เหมือนกันของมัน เคยประกาศว่าเสียชีวิตในปี 2554 หลังจากติดอยู่ในทรายบนดาวอังคาร

นี่เป็นปัญหาเพราะแม้ว่าหุ่นยนต์อาจมีต้นทุนการผลิตหลายล้านตัว แต่พวกมันก็เป็นศูนย์กลางของภารกิจที่อาจต้องใช้เงินหลายพันล้านดอลลาร์ หากพวกเขาได้รับความเสียหายหรือโชคร้ายทางเทคนิค ไม่ว่าจะเป็นเพียงความเสียหายของยางหรือฝุ่นบนแผงโซลาร์เซลล์ หมายความว่าความพยายามทั้งหมดจนถึงตอนนั้น — กระบวนการก่อสร้าง, การปล่อยจรวด, การลงจอด — มีไว้เพื่อ ไม่มีอะไร มันเหมือนกับว่าต้องทิ้งซุปเปอร์คาร์คันใหม่ของคุณไว้ข้างถนนเพราะคุณประสบอุบัติเหตุทางเรียบ

นั่นเป็นเหตุผลที่นักวิจัยต้องการสร้างหุ่นยนต์โมดูลาร์ที่สามารถซ่อมแซมหรือเสริมตัวเองได้ ในสถานการณ์ที่การขนส่งทดแทนไม่สามารถทำได้จากต้นทุนและลอจิสติกส์ ทัศนคติ. ตามทฤษฎีแล้ว พวกเขาสามารถสร้างแบบจำลองของตัวเองหรือหุ่นยนต์ตัวอื่น ๆ ได้ทั้งหมด ในการทำเช่นนี้ พวกเขาจะใช้วัสดุในท้องถิ่น เช่น น้ำแข็งบนดวงจันทร์น้ำแข็ง

เข้าสู่ IceBot

นี่คือที่มาของโครงการ IceBot ของ GRASP Lab “IceBot เป็นหุ่นยนต์ตัวแรกที่ทำจากน้ำแข็ง” เดวิน แคร์โรลล์ผู้เขียนหลักของโครงการกล่าวกับ Digital Trends “[ในงานใหม่ของเรา เรานำเสนอ] หุ่นยนต์สองล้อที่พิสูจน์แนวคิดเพื่อแสดงความเป็นไปได้ในการสร้างหุ่นยนต์จากน้ำแข็ง ความตั้งใจของเราในด้านเทคโนโลยีนี้คือการพัฒนาความสามารถในการซ่อมแซมตัวเอง การกำหนดค่าใหม่ด้วยตนเอง และการจำลองตัวเองของหุ่นยนต์สำรวจ ในการสร้างหุ่นยนต์แบบนี้ เราได้เข้าใกล้ระบบการจำลองตัวเองอย่างแท้จริงอีกก้าวหนึ่ง ซึ่งเป็นระบบที่สามารถใช้วัสดุจากสภาพแวดล้อมในท้องถิ่นเพื่อซ่อมแซม ขยาย และจำลองตัวเองได้”

แคร์โรลล์และผู้ร่วมงาน มาร์ค ยิ้ม เริ่มโครงการด้วยการสำรวจวิธีสร้างหุ่นยนต์โดยใช้วัสดุที่พบ สิ่งนี้จะช่วยขยายความแข็งแกร่งของระบบดังกล่าวที่ทำงานในสถานที่ห่างไกลหรือไม่เป็นมิตร โดยการอนุญาตให้ระบบรีไซเคิลและนำอุปกรณ์ที่พบในสภาพแวดล้อมท้องถิ่นกลับมาใช้ใหม่ได้

“เราเลือกใช้น้ำแข็งเป็นวัสดุก่อสร้างหลักของเรา เนื่องจากมีความยืดหยุ่นในการออกแบบ” แคร์โรลล์กล่าวต่อ “ความสนใจในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำแข็งค่อนข้างสูงเนื่องจากมีการวิจัยเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศตลอดจนการสำรวจนอกโลก การใช้น้ำแข็งเป็นวัสดุก่อสร้างช่วยให้เราสามารถซ่อมแซมหุ่นยนต์ได้ทันที ช่วยยืดอายุการดำเนินงานโดยรวมของระบบในขณะที่รวบรวมข้อมูลในสภาพแวดล้อมที่ห่างไกลและเลวร้ายเหล่านี้”

แน่นอนว่าสิ่งนี้ไม่จำเป็นต้องอยู่ที่ไหนสักแห่งที่ห่างไกลเหมือนเอนเซลาดัส มันอาจจะอยู่ที่ไหนสักแห่งใกล้บ้าน เช่น แอนตาร์กติกา ซึ่งหุ่นยนต์ควบคุมระยะไกลยังมีประโยชน์ในการทำวิจัยอีกด้วย ไม่ว่าในกรณีใด เมื่อองค์ประกอบต่างๆ เริ่มสึกหรอหรือพังทลายลง ก็สามารถสร้างองค์ประกอบใหม่ขึ้นมาทดแทนได้ ในลักษณะเดียวกับที่ร่างกายสามารถงอกใหม่ได้

จนถึงขณะนี้นักวิจัยได้สร้างหุ่นยนต์สาธิตที่พิสูจน์แนวคิดซึ่งสามารถทำงานได้เป็นระยะเวลาหนึ่งทั้งสองแบบ อุณหภูมิห้องและสภาพแวดล้อมที่ต่ำกว่าศูนย์ การเดินทางบนพื้นผิวยางแข็ง และการปีนน้ำแข็ง ความโน้มเอียง ทางลาด นอกจากตัวเครื่องที่เป็นน้ำแข็งแล้ว ยังใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino Micro, โมดูลบลูทูธ และส่วนประกอบอื่นๆ ที่ผลิตขึ้นอีกสองสามชิ้น

หนทางยังอีกยาวไกล

อย่างไรก็ตาม มันยังคงเป็นวันแรกอยู่ การพิสูจน์ว่าหุ่นยนต์ที่มีร่างกายทำจากน้ำแข็งสามารถทำงานได้ก็เป็นเรื่องหนึ่ง แต่ส่วนที่ใหญ่และยากมากของโครงการซึ่งก็คือการผลิตส่วนประกอบน้ำแข็งแบบอัตโนมัตินั้นยังไม่ได้แสดงให้เห็น นักวิจัยกำลังพิจารณาหลายวิธี รวมถึงการพิมพ์ 3 มิติ การขึ้นรูป และการตัดเฉือน ซึ่งแต่ละวิธีมีข้อดีและข้อเสีย

“เป้าหมายเร่งด่วนของเราคือการออกแบบข้อต่อโมดูลที่จะทำให้กระบวนการประกอบเป็นแบบอัตโนมัติ” แคร์โรลล์กล่าว “เราจะสามารถใช้ระบบอัตโนมัติเพื่อเชื่อมต่อแอคชูเอเตอร์ของเรากับน้ำแข็ง แทนที่จะสร้างหุ่นยนต์ด้วยมือ เรากำลังพัฒนาเอนด์เอฟเฟกต์เพื่อควบคุมก้อนน้ำแข็งโดยไม่ทำให้ก้อนน้ำแข็งเสียรูปทรงอย่างถาวร ดังเช่นที่จะเกิดขึ้นจากการใช้อุปกรณ์ยึดแบบดั้งเดิม เช่น สกรู”

เขากล่าวต่อว่า “ความท้าทายในการออกแบบที่น่าสนใจที่เราต้องแก้ไขด้วยทั้งสองทิศทางนี้คือการรับประกันว่าเรา เพิ่มความแข็งแรงในการเชื่อมต่อให้สูงสุดในขณะที่ปริมาณพลังงานที่ใช้ในการเชื่อมส่วนประกอบกับน้ำแข็งนั้น ย่อเล็กสุด ในสภาพแวดล้อมที่ห่างไกล พลังงานถือเป็นสินค้าที่มีคุณค่า ระบบอย่าง IceBot จะมีประสิทธิภาพก็ต่อเมื่อเราคำนึงถึงการใช้พลังงานเมื่อออกแบบ”

โครงการเช่นนี้จะยิ่งมีความสำคัญมากขึ้นเท่านั้น ตามธรรมเนียมของผู้บุกเบิก ความสามารถในการใช้วัสดุใหม่ๆ ในท้องถิ่นสำหรับทุกสิ่งตั้งแต่ อาหารที่กำลังเติบโต ถึง อาคารที่อยู่อาศัย เป็นส่วนสำคัญของการอยู่รอดและเจริญรุ่งเรืองในอวกาศ หุ่นยนต์ที่ไม่ต้องขนส่งด้วยค่าใช้จ่ายมหาศาลจากโลกไปยังทุกที่ที่พวกเขาต้องการไปเป็นปริศนาอีกชิ้นหนึ่ง

บทความอธิบายโครงการ IceBot ชื่อ “หุ่นยนต์ที่ทำจากน้ำแข็ง: การวิเคราะห์เทคนิคการผลิต” ได้ถูกนำเสนอเมื่อเร็ว ๆ นี้ที่ IROS (การประชุมนานาชาติว่าด้วยหุ่นยนต์อัจฉริยะและระบบ) 2020

คำแนะนำของบรรณาธิการ

• หุ่นยนต์ที่กำลังพัฒนาและจำลองตัวเองอยู่ที่นี่แล้ว แต่อย่ากังวลกับการลุกฮือ
• ดู SpaceX ฝึกหลบหนีฉุกเฉินจากแคปซูล Crew Dragon
• ยุคแห่งการสำรวจของมนุษย์อยู่ข้างหลังเราแล้ว เครื่องจักรจะนำมันไปจากที่นี่
• Solar Orbiter ส่งการตรวจวัดครั้งแรกจากอวกาศกลับเพียงไม่กี่วันหลังจากการปล่อยยาน
• เสาอากาศเครือข่ายห้วงอวกาศใหม่ล่าสุดของ NASA จะรับสัญญาณเลเซอร์จากดาวอังคาร