Роботы изо льда — дешёвая замена лунным автомобилям

Дистанционно управляемые планетоходы использовались в космических исследованиях на протяжении десятилетий. NASA включила лунные передвижные аппараты в три из своих миссий «Аполлон». Такие исследовательские роботы считаются надежными, но их выживаемость все-таки ограничена.

Так, марсоход Curiosity серьезно повредил шины об острые марсианские камни, а миссия Opportunity и вовсе завершилась после сильной пыльной бури в 2018 году (пыль закрыла солнечные батареи и они разрядились). Планетоход Spirit в 2011 году застрял в марсианском песке.

Возможные поломки планетоходов — это серьезная проблема. Их изготовление стоит миллионы долларов, но на их работе во многом завязаны целые миссии, которые обходятся уже в миллиарды. Если планетоходы получат повреждения или случаются технические неполадки, будь то просто проколотые шины или пыль на солнечных батареях, это означает, что все усилия, приложенные до этого момента — сам процесс строительства, запуск ракеты, посадка — напрасны. 

Вот почему ученые и инженеры работают над созданием модульных роботов, которых можно ремонтировать на месте или каким-то образом менять сценарии их работы, когда доставка запчастей или полноценной замены просто невозможна с точки зрения логистики и из-за огромных затрат. В идеале такие роботы должны уметь создавать точные копии себя или других роботов прямо на месте.

Исследователи из лаборатории GRASP (General Robotics, Automation, Sensing and Perception) Пенсильванского университета в Филадельфии предлагают в качестве строительного материала для роботов использовать местные материалы — например, лед на Луне.

Их проект IceBot — это первый в своем роде робот, сделанный изо льда. Двухколесный исследовательский робот демонстрирует, что мы на шаг приблизились к настоящей самовоспроизводящейся системе, которая может использовать материалы из локальной среды для ремонта, улучшения и репликации самой себя.

Лед был выбран в качестве основного строительного материала из-за гибкости его конструкции. Использование льда позволяет ремонтировать робота на лету, продлевая общий срок службы системы, которая ведет исследовательскую работу в суровых условиях. Авторы разработки считают, что IceBot сможет заменить лунные роверы — автомобили для передвижения людей по поверхности Луны.

В любом случае, когда элементы начинают изнашиваться или разрушаться, им на замену могут довольно просто создать новые.

На данный момент создан испытательный демонстрационный робот, способный работать в течение определенного периода времени как при комнатной, так и при отрицательной температуре. При этом он перемещается по твердым резиновым поверхностям и поднимается по ледяным наклонным пандусам. Наряду с ледяным корпусом в роботе используется микроконтроллер Arduino Micro и модуль Bluetooth.

Ученым еще предстоит продемонстрировать автономное производство компонентов льда — они рассматривают несколько подходов, включая 3D-печать, формование и механическую обработку. Также важно разработать модульное соединение, которое позволит автоматизировать процесс сборки. Тогда получится использовать автоматизацию для соединения приводов со льдом, вместо того, чтобы ремонтировать робота вручную.

Сейчас идет разработка концевого эффектора (устройства на конце роборуки) для манипулирования глыбами льда без их постоянной деформации, которая может произойти при использовании традиционных креплений, таких как винты.

Первые испытания роботов пройдут в Антарктиде, где подобные механизмы с дистанционным управлением тоже могут быть полезны для исследований.