Kiedy astronauci zaczną budować stałą bazę na Księżycu, tak jak planuje NASA w nadchodzących latach, będą potrzebować pomocy. Roboty mogłyby potencjalnie wykonywać ciężkie prace, układając kable, instalując panele słoneczne, wznosząc wieże komunikacyjne i budując siedliska. Ale jeśli każdy robot jest zaprojektowany do określonej akcji lub zadania, baza księżycowa może zostać opanowana przez zoo maszyn, z których każda ma swoje unikalne części i protokoły.
Aby uniknąć wąskich gardeł botów, zespół inżynierów MIT projektuje zestaw uniwersalnych części robotów, które astronauta mógłby łatwo mieszać i dopasowywać, aby szybko konfigurować różne „gatunki” robotów do różnych misji na Księżycu. Po zakończeniu misji robota można zdemontować, a jego części wykorzystać do skonfigurowania nowego robota do wykonania innego zadania.
Zespół nazwał system WORMS, od Walking Oligomeric Robotic Mobility System. Części systemu obejmują robotyczne kończyny inspirowane robakami, które astronauta może z łatwością przyczepić do podstawy i które działają razem jako chodzący robot. W zależności od misji części można skonfigurować tak, aby na przykład zbudować duże „pakietowe” boty zdolne do przenoszenia ciężkich paneli słonecznych na wzgórze. Te same części można przekonfigurować w sześcionożne roboty-pająki, które można opuścić do rury lawy, aby wiercić w poszukiwaniu zamarzniętej wody.
„Można sobie wyobrazić szopę na Księżycu z półkami pełnymi robaków” — mówi lider zespołu George Lordos, doktorant i absolwent Wydziału Aeronautyki i Astronautyki MIT (AeroAstro), w odniesieniu do niezależnych, przegubowych robotów, które przenoszą własne silniki, czujniki, komputer i akumulator. „Astronauci mogliby wejść do szopy, wybrać potrzebne im robaki, wraz z odpowiednimi butami, ciałem, czujnikami i narzędziami, a następnie złożyć wszystko razem, a następnie zdemontować, aby stworzyć nowy. Projekt jest elastyczny, trwały i opłacalny”.
Zespół Lordosa zbudował i zademonstrował sześcionożnego robota WORMS. W zeszłym tygodniu zaprezentowali swoje wyniki na konferencji IEEE Aerospace Conference, gdzie otrzymali również nagrodę Best Paper Award.
Członkowie zespołu MIT to Michael J. Brown, Kir Latyshev, Aileen Liao, Sharmi Shah, Cesar Meza, Brooke Bensche, Cynthia Cao, Yang Chen, Alex S. Miller, Aditya Mehrotra, Jacob Rodriguez, Anna Mokkapati, Tomas Cantu, Katherina Sapozhnikov, Jessica Rutledge, David Trumper, Sangbae Kim, Olivier de Weck, Jeffrey Hoffman wraz z Aleksem Siemennem, Cormacem O’Neillem, Diego Rivero, Fioną Lin, Hanfei Cui, Isabella Golemme, John Zhang, Jolie Bercow, Prajwal Mahesh, Stephanie Howe, i Zeyad Al Awwad, a także Chiara Rissola z Carnegie Mellon University i Wendell Chun z University of Denver.
Zwierzęce instynkty
WORMS powstał w 2022 roku jako odpowiedź na wyzwanie NASA Breakthrough, Innovative and Game-changeing (BIG) Idea Challenge — coroczny konkurs dla studentów uniwersytetów, którzy mają zaprojektować, opracować i zademonstrować przełomowy pomysł. W 2022 roku NASA rzuciła studentom wyzwanie opracowania systemów robotów, które mogą poruszać się po ekstremalnym terenie bez użycia kół.
Zespół z Warsztatu Zasobów Kosmicznych MIT podjął wyzwanie, dążąc konkretnie do projektu księżycowego robota, który mógłby poruszać się po ekstremalnym terenie bieguna południowego Księżyca – krajobrazie naznaczonym gęstym, puszystym pyłem; strome, skaliste zbocza; i głębokie tunele lawowe. Środowisko zawiera również obszary „stale zacienione”, które mogą zawierać zamarzniętą wodę, która, gdyby była dostępna, byłaby niezbędna do utrzymania astronautów.
Zastanawiając się nad sposobami poruszania się po polarnym terenie Księżyca, uczniowie czerpali inspirację ze zwierząt. Podczas wstępnej burzy mózgów zauważyli, że niektóre zwierzęta mogą koncepcyjnie nadawać się do określonych misji: pająk może spaść i zbadać tunel lawy, linia słoni może przenosić ciężki sprzęt, wspierając się nawzajem w dół stromego zbocza, a koza uwiązana na uwięzi do wołu, może pomóc poprowadzić większe zwierzę na zbocze wzgórza, gdy transportuje szereg paneli słonecznych.
„Gdy myśleliśmy o tych zwierzęcych inspiracjach, zdaliśmy sobie sprawę, że jedno z najprostszych zwierząt, robak, wykonuje podobne ruchy jak ramię, noga, kręgosłup lub ogon” – mówi zastępca kierownika zespołu i absolwent AeroAstro Michaela Browna. „A potem zapaliła się żarówka: moglibyśmy zbudować te wszystkie roboty inspirowane zwierzętami, używając wyrostków przypominających robaki”.
Zapinaj, odpinaj
Lordos, który jest pochodzenia greckiego, pomógł wymyślić WORMS i wybrał literę „O” jako „oligomeryczny”, co po grecku oznacza „kilka części”.
„Nasz pomysł polegał na tym, aby za pomocą zaledwie kilku części połączonych na różne sposoby można było mieszać i dopasowywać tak różne roboty” — mówi Brooke Bensche, studentka AeroAstro.
Główne części systemu obejmują wyrostek lub ślimak, który można przymocować do nadwozia lub podwozia za pomocą „uniwersalnego bloku interfejsu”, który łączy ze sobą dwie części za pomocą mechanizmu typu twist-and-lock. Części można odłączyć za pomocą małego narzędzia, które zwalnia sprężynowe kołki bloku.
Wyrostki i ciała mogą również przyczepiać się do akcesoriów, takich jak „but”, który zespół zaprojektował w kształcie woka, oraz system LiDAR, który może mapować otoczenie, aby pomóc robotowi w nawigacji.
„W przyszłych iteracjach mamy nadzieję dodać więcej czujników i narzędzi zatrzaskowych, takich jak wciągarki, czujniki równowagi i wiertła” — mówi Jacob Rodriguez, student AeroAstro.
Zespół opracował oprogramowanie, które można dostosować do koordynowania wielu przydatków. Jako dowód słuszności koncepcji, zespół zbudował sześcionożnego robota wielkości gokarta. W laboratorium wykazali, że po złożeniu niezależne kończyny robota poruszają się po równym terenie. Zespół pokazał również, że potrafi szybko złożyć i zdemontować robota w terenie, na pustynnym terenie w Kalifornii.
W pierwszej generacji każdy wyrostek WORMS ma około 1 metra długości i waży około 20 funtów. Przy grawitacji Księżyca, która stanowi około jednej szóstej grawitacji ziemskiej, każda kończyna ważyłaby około 3 funtów, z którymi astronauta mógłby z łatwością zbudować lub zdemontować robota w terenie. Zespół zaplanował specyfikacje dla większej generacji z dłuższymi i nieco cięższymi dodatkami. Te większe części można połączyć, aby zbudować boty „pakujące”, zdolne do transportu ciężkich ładunków.
„Istnieje wiele modnych słów używanych do opisania skutecznych systemów przyszłej eksploracji kosmosu: modułowe, rekonfigurowalne, adaptowalne, elastyczne, przekrojowe i tak dalej”, mówi Kevin Kempton, inżynier z NASA Langley Research Center, który służył jako sędzia konkursu BIG Idea Challenge 2022. „Koncepcja MIT WORMS obejmuje wszystkie te cechy i nie tylko”.
Badania te były częściowo wspierane przez NASA, MIT, Massachusetts Space Grant, National Science Foundation oraz Fannie and John Hertz Foundation.
Wideo: https://youtu.be/U72lmSXEVkM