Żyjemy w świecie, w którym jednocześnie odbywa się wiele rewolucji technologicznych. Podczas gdy skoki w dziedzinie informatyki, robotyki i biotechnologii zyskują dużą uwagę, mniej uwagi poświęca się równie obiecującej dziedzinie. Byłaby to dziedzina produkcji, w której technologie takie jak drukowanie 3D i autonomiczne roboty okazały się ogromnym przełomem.
Na przykład prace prowadzone są przez MIT's Center for Bits and Atoms (CBA). To tutaj doktorant Benjamin Jenett i profesor Neil Gershenfeld (w ramach pracy doktorskiej Jenetta) pracują nad małymi robotami, które są w stanie zmontować całe struktury. Ta praca może mieć wpływ na wszystko, od samolotów i budynków po osady w kosmosie.
Ich praca została opisana w badaniu, które niedawno ukazało się w październikowym wydaniu Listy robotyki i automatyki IEEE. Studium zostało opracowane przez Jenett i Gershenfeld, do których dołączyła doktorantka Amira Abdel-Rahman i Kenneth Cheung - absolwentka MIT i CBA, która obecnie pracuje w Ames Research Center NASA.
Jak wyjaśnił Gerensheld w ostatnim wydaniu MIT News, historycznie istniały dwie szerokie kategorie robotyki. Z jednej strony masz drogą robotykę, która opracowała niestandardowe komponenty zoptymalizowane do określonych zastosowań. Z drugiej strony są takie, które są wykonane z niedrogich masowo produkowanych modułów o niższej wydajności.
Roboty, nad którymi pracuje zespół CBA - które Jenett nazwał Bipedal Isotropic Lotice Locomoting Explorer (BILL-E, podobnie jak WALL-E) - reprezentują zupełnie nową gałąź robotyki. Z jednej strony są znacznie prostsze niż drogie, niestandardowe i zoptymalizowane odmiany robotów. Z drugiej strony są one znacznie bardziej zdolne niż roboty masowe i mogą budować szerszą gamę struktur.
U podstaw koncepcji leży idea, że większe konstrukcje mogą być montowane poprzez integrację mniejszych elementów 3D - które zespół CBA nazywa „wokselami”. Elementy te składają się z prostych rozpórek i węzłów i można je łatwo połączyć za pomocą prostych systemów zatrzaskowych. Ponieważ są one głównie pustą przestrzenią, są lekkie, ale nadal można je ustawić tak, aby skutecznie rozprowadzały ładunki.
Tymczasem roboty przypominają małe ramię z dwoma długimi segmentami, które są zawieszone na środku za pomocą urządzenia zaciskającego na każdym końcu, którego używają do chwytania struktur wokselowych. Te dodatki pozwalają robotom poruszać się jak robaki calowe, otwierając i zamykając ich ciała, aby przechodzić z jednego miejsca do drugiego.
Jednak główna różnica między tymi asemblerami i tradycyjnymi robotami polega na relacji między robotem a materiałami, z którymi pracuje. Według Gershefelda nie można odróżnić tego nowego robota od budowanych przez niego konstrukcji, ponieważ działają one razem jako system. Jest to szczególnie widoczne, jeśli chodzi o system nawigacji robotów.
Obecnie większość robotów mobilnych wymaga bardzo precyzyjnego systemu nawigacyjnego do śledzenia swojej pozycji, takiego jak GPS. Jednak nowe roboty asemblerowe muszą tylko wiedzieć, gdzie się znajdują w odniesieniu do wokseli (małych podjednostek, nad którymi obecnie pracują). Kiedy asembler przesuwa się na następny, dostosowuje swoje poczucie pozycji, używając wszystkiego, nad czym pracuje, aby się zorientować.
Każdy z robotów BILL-E jest w stanie policzyć swoje kroki, co oprócz nawigacji pozwala na skorygowanie błędów, które popełniają po drodze. Wraz z oprogramowaniem kontrolnym opracowanym przez Abdela-Rahmana ten uproszczony proces umożliwi rojom BILL-Es koordynację ich wysiłków i współpracę, co przyspieszy proces montażu. Jak powiedziała Jenett:
„Nie dokładamy precyzji do robota; precyzja pochodzi ze struktury [stopniowo nabiera kształtu]. To różni się od wszystkich innych robotów. Musi tylko wiedzieć, gdzie jest następny krok. ”
Jenett i jego współpracownicy zbudowali kilka sprawdzonych koncepcji asemblerów wraz z odpowiadającymi im projektami wokseli. Ich praca posunęła się teraz do punktu, w którym prototypowe wersje są w stanie zademonstrować montaż bloków wokseli w liniowe, dwuwymiarowe i trójwymiarowe struktury.
Ten rodzaj procesu montażu już wzbudził zainteresowanie NASA (która współpracuje z MIT w zakresie tych badań) oraz holenderskiej firmy lotniczej Airbus SE - która również sponsorowała badanie. W przypadku NASA technologia ta byłaby dobrodziejstwem dla ich zautomatyzowanych, rekonfigurowalnych systemów adaptacyjnego montażu cyfrowego (ARMADAS), które prowadzi współautor Cheung.
Celem tego projektu jest opracowanie niezbędnych technologii automatyzacji i montażu robotów w celu opracowania infrastruktury kosmicznej - w tym bazy księżycowej i siedlisk kosmicznych. W tych środowiskach roboty-monterzy mają tę zaletę, że mogą szybko i ekonomicznie montować konstrukcje. Podobnie będą mogli z łatwością przeprowadzać naprawy, konserwację i modyfikacje.
„W przypadku stacji kosmicznej lub siedliska księżycowego roboty te żyłyby na konstrukcji, stale ją utrzymując i naprawiając”, mówi Jenett. Posiadanie tych robotów wyeliminuje potrzebę wystrzeliwania dużych wstępnie zmontowanych konstrukcji z Ziemi. W połączeniu z wytwarzaniem addytywnym (druk 3D) mogliby także wykorzystywać zasoby lokalne jako materiały budowlane (proces znany jako wykorzystanie zasobów in situ lub ISRU).
Sandor Fekete jest dyrektorem Instytutu Systemów Operacyjnych i Sieci Komputerowych na Politechnice w Brunszwiku w Niemczech. W przyszłości ma nadzieję dołączyć do zespołu w celu dalszego rozwoju systemów sterowania. Choć opracowanie tych robotów do tego stopnia, że będą one w stanie budować struktury w przestrzeni kosmicznej, jest znaczącym wyzwaniem, ich zastosowania mogą być ogromne. Jak powiedział Fekete:
„Roboty nie nudzą się i nie nudzą, a używanie wielu miniaturowych robotów wydaje się jedynym sposobem na wykonanie tej krytycznej pracy. Ta niezwykle oryginalna i sprytna praca Bena Jenetta i współpracowników stanowi ogromny skok w kierunku budowy dynamicznie regulowanych skrzydeł samolotu, ogromnych żagli słonecznych, a nawet rekonfigurowalnych siedlisk kosmicznych. ”
Nie ma wątpliwości, że jeśli ludzkość chce żyć w sposób zrównoważony na Ziemi lub wyruszać w kosmos, będzie musiała polegać na dość zaawansowanej technologii. W tej chwili najbardziej obiecujące z nich to te, które oferują opłacalne sposoby zaspokojenia naszych potrzeb i rozszerzenia naszej obecności w Układzie Słonecznym.
Pod tym względem asemblery robotów, takie jak BILL-E, byłyby przydatne nie tylko na orbicie, na Księżycu lub poza nim, ale także tutaj na Ziemi. W podobny sposób w połączeniu z technologią drukowania 3D duże grupy robotycznych asemblerów zaprogramowanych do współpracy mogą zapewnić tanią, modułową obudowę, która może pomóc w zakończeniu kryzysu mieszkaniowego.
Jak zawsze innowacje technologiczne, które pomagają w eksploracji kosmosu, można wykorzystać, aby ułatwić życie na Ziemi!
