Крижані роботи можуть стати ключем до майбутнього дослідження космосу

«Близько світанку в холодному світі Енцелада, шостого за величиною супутника Сатурна, почали ворушитися крижані роботи. Отримуючи накази про марш із відстані в півмільярда миль, замерзлі марсоходи смикалися, гуділи та тріщали при температурах на сотні градусів нижче точки замерзання.

«Це не були роботи, які просто були вкриті тонким шаром льоду, як автомобіль, який залишили на вулиці холодної зимової ночі. Натомість вони були висічені майже виключно з великих шматків льоду; гігантські застиглі скульптури, які рухалися та досліджували поверхню одного з найбільш спокусливих незвіданих світів Сонячної системи, оживлені пошуком життя».

Драматичний, науково-фантастичний спосіб відкрити статтю про нову концепцію створення роботів? Цілком можливо. Але якщо дослідники з Лабораторія GRASP (це Загальна робототехніка, Автоматизація, Відчуття та Сприйняття) в Університеті Пенсільванії у Філадельфії правильні, можливо, це не залишиться науковою фантастикою надовго.

Чорт, незабаром це може підпасти під категорію здорового глузду.

Проблема з Ровером

Марсоходи з дистанційним керуванням використовувалися як частина дослідження космосу десятиліттями тому. NASA включило Lunar Roving Vehicles у три свої місії Apollo, починаючи з Apollo 15, який приземлився на Місяць у липні 1971 року. Mars Exploration Rover Opportunity активно працював на Червоній планеті протягом півтора десятиліть, з 2004 року до початку 2019 року.

Але незважаючи на те, що такі роботи-дослідники створені як надійні, є межа їх живучості. The Curiosity розміром з автомобіль отримав серйозні пошкодження шин, коли пробирався поверхнею Марса, усипаною гострими каменями. «Якби на Марсі були механіки, NASA, можливо, вже взяло марсохід Curiosity у майстерню», висловив думку Space.com.

Тим часом довготривала місія Opportunity назавжди припинилася після сильної пилової бурі в 2018 році. Це затулило його сонячні батареї, в результаті чого він розрядився. NASA трималося ще рік, перш ніж нарешті визнати, що місія мала успіх прийти до раннього, безцеремонного кінця. Його однояйцевий близнюк Спіріт був раніше оголошений мертвим у 2011 році після того, як застряг у марсіанському піску.

Це проблема, тому що, хоча виготовлення роботів може коштувати мільйони, вони знаходяться в центрі місій, які можуть коштувати мільярди доларів. Якщо вони зазнають пошкоджень або технічної несправності, незалежно від того, чи це просто пошкоджені шини чи пил на сонячних панелях, це означає, що всі зусилля до того моменту — процес будівництва, запуск ракети, посадка — для нічого. Це все одно, що назавжди залишити свій новий суперкар на узбіччі дороги, тому що ти розбився.

Ось чому дослідники хочуть створювати модульних роботів, які можуть ремонтувати або іншим чином доповнювати себе у сценаріях, коли доставка на заміну просто неможлива через вартість і логістику перспектива. Теоретично вони навіть можуть створювати копії самих себе чи інших роботів. Для цього вони використовуватимуть місцеві матеріали — як, скажімо, лід на крижаному місяці.

Введіть IceBot

Ось тут і з’являється проект IceBot лабораторії GRASP. «IceBot — це перший у своєму роді робот, виготовлений із льоду», Девін Керролл, провідний автор проекту, розповів Digital Trends. «[У нашій новій роботі ми представляємо] перевіреного двоколісного робота, щоб продемонструвати доцільність створення роботів із льоду. Ми маємо намір із цією технологією розвинути можливості самовідновлення, самопереналаштування та самовідтворення дослідницьких роботів. Створюючи такого робота, ми стаємо на крок ближче до справжньої самовідтворюваної системи – такої, яка може використовувати матеріали з місцевого середовища для відновлення, доповнення та самовідтворення».

Керролл і співавт Марк Їм почали свій проект із дослідження способів створення роботів із знайдених матеріалів. Це допоможе збільшити надійність таких систем, що працюють у віддалених або ворожих місцях, дозволяючи їм переробляти та повторно використовувати обладнання, яке було знайдено в місцевому середовищі.

«Ми вирішили використовувати лід як наш основний будівельний матеріал через його гнучкість конструкції», — продовжив Керролл. «Інтерес до крижаного середовища є відносно високим через дослідження, пов’язані зі зміною клімату, а також позаземні дослідження. Використання льоду як будівельного матеріалу дозволяє нам ремонтувати робота на ходу, подовжуючи загальний термін експлуатації системи, оскільки вона збирає дані у цих віддалених і суворих умовах».

Звичайно, це не повинно бути десь так далеко, як Енцелад. Це може бути десь ближче до дому, наприклад Антарктида, де дистанційно керовані роботи також можуть бути корисними для проведення досліджень. У будь-якому випадку, коли елементи починають зношуватися або руйнуватися, нові можуть бути створені замість них, приблизно так само, як біологічні тіла можуть регенерувати.

Наразі дослідники створили демонстраційного робота, який підтверджує свою концепцію, який може працювати протягом певних періодів у обох кімнатній температурі та мінусовій температурі, подорожі по твердих гумових поверхнях і підйом на крижані, похилі пандуси. Разом із крижаним корпусом він використовує мікроконтролер Arduino Micro, модуль Bluetooth та кілька інших виготовлених компонентів.

Попереду ще довгий шлях

Однак це ще рано. Довести, що робот із тілом із льоду може функціонувати – це одне. Але велика і дуже складна частина проекту — автономне виробництво компонентів льоду — ще належить продемонструвати. Дослідники розглядають кілька підходів, включаючи 3D-друк, формування та механічну обробку, кожен із яких має свої плюси та мінуси.

«Наша найближча мета — розробити модульне з’єднання, яке дозволить нам автоматизувати процес складання», — сказав Керролл. «Ми зможемо використовувати автоматизацію, щоб з’єднати наші приводи з льодом, а не будувати робота вручну. У поєднанні з цим ми розробляємо кінцевий ефектор для маніпулювання брилами льоду, не деформуючи їх назавжди, як це сталося б за допомогою традиційних кріпильних елементів, таких як гвинти».

Він продовжив: «Цікава проблема дизайну, яку ми повинні вирішити в обох цих напрямках, полягає в тому, щоб ми максимізувати міцність з’єднання, тоді як кількість енергії, яка використовується для з’єднання компонентів із льодом зведений до мінімуму. У віддалених середовищах енергія є цінним товаром. Такі системи, як IceBot, будуть ефективними лише в тому випадку, якщо ми враховуватимемо енергоспоживання при їх проектуванні».

Подібні проекти стануть ще важливішими. Згідно з піонерською традицією, можливість використовувати нові, місцеві матеріали для всього, що від вирощування їжі до будівництво середовища існування є важливою частиною виживання — і процвітання — в космосі. Роботи, яких не потрібно доставляти за величезні кошти з Землі туди, куди їм потрібно, — це ще одна частина головоломки.

Стаття з описом проекту IceBot під назвою «Роботи, зроблені з льоду: аналіз технологій виробництва”, нещодавно було представлено на IROS (Міжнародна конференція з інтелектуальної робототехніки та систем) 2020.

Рекомендації редакції

• Роботи, що розвиваються, самовідтворюються, але не турбуйтеся про повстання
• Подивіться, як SpaceX відпрацьовує екстрену втечу зі своєї капсули Crew Dragon
• Вік людських досліджень позаду. Машини візьмуть це звідси
• Solar Orbiter надсилає перші вимірювання з космосу лише через кілька днів після запуску
• Найновіша антена NASA Deep Space Network буде приймати лазерні сигнали з Марса