Живеем в свят, в който едновременно се извършват множество технологични революции. Докато скоковете, които се случват в областта на изчислителната техника, роботиката и биотехнологиите, привличат голямо внимание, по-малко внимание се отделя на поле, което е също толкова обещаващо. Това би било областта на производството, където технологии като 3D печат и автономни роботи се оказват огромен смяна на игри.
Например там е работата, осъществявана от Центъра за битове и атоми (CBA) на MIT. Именно тук аспирантът Бенджамин Дженет и професор Нийл Гершенфелд (като част от докторската дисертационна работа на Дженет) работят върху малки роботи, които са способни да сглобяват цели структури. Тази работа може да има отражение за всичко - от самолети и сгради до селища в космоса.
Работата им е описана в проучване, което наскоро се появи в октомврийския брой на IEEE Роботика и автоматизация писма, Изследването е автор на Дженет и Гершенфелд, към които се присъединяват колегите Асмира Абдел-Рахман и Кенет Чеунг - възпитаник на MIT и CBA, който сега работи в изследователския център на Еймс на НАСА.
Както Гереншелд обясни в скорошно издание на MIT News, исторически има две широки категории роботика. От една страна, имате скъпа роботика, създадена по поръчка на компоненти, оптимизирани за конкретни приложения. От друга страна има и такива, които са направени от евтини масово произвеждани модули с по-ниска производителност.
Роботите, над които работи екипът на CBA - които Дженет е нарекъл Бипедал Изотропна решетка Locomoting Explorer (BILL-E, като WALL-E) - представляват изцяло нов клон на роботиката. От една страна, те са много по-прости от скъпото, персонализирано и оптимизирано разнообразие от роботи. От друга страна, те са далеч по-способни от масово произвежданите роботи и могат да изграждат по-голямо разнообразие от структури.
В основата на концепцията стои идеята, че по-големи структури могат да бъдат сглобени чрез интегриране на по-малки 3D части - които екипът на CBA нарича „воксели“. Тези компоненти са съставени от прости подпори и възли и могат лесно да бъдат закрепени заедно с помощта на прости системи за фиксиране. Тъй като те са предимно празни, те са леки, но все още могат да бъдат организирани така, че да разпределят натоварванията ефективно.
Междувременно роботите наподобяват малка ръка с два дълги сегмента, които са шарнирно разположени в средата със затягащо устройство във всеки край, което използват за захващане на вокселните структури. Тези придатъци позволяват на роботите да се движат наоколо като инчови червеи, отваряйки и затваряйки телата си, за да се движат от едно място на друго.
Основната разлика между тези асемблери и традиционните роботи е връзката между роботизирания работник и материалите, с които работи. Според Гершефелд е невъзможно да се разграничи този нов тип робот от структурите, които изграждат, тъй като работят заедно като система. Това е особено очевидно, когато става въпрос за навигационната система на роботите.
Днес повечето мобилни роботи изискват високо прецизна навигационна система, която да следи позицията им, като GPS. Новите асемблерни роботи обаче трябва само да знаят къде се намират по отношение на вокселите (малки субединици, върху които работят в момента). Когато асемблерът премине към следващия, той коригира чувството си за позиция, използвайки каквото и да работи, за да се ориентира.
Всеки от роботите BILL-E е способен да брои своите стъпки, което в допълнение към навигацията му позволява да коригира всички грешки, които прави по пътя. Наред с контролния софтуер, разработен от Abdel-Rahman, този опростен процес ще даде възможност на рояци на BILL-Es да координират своите усилия и да работят заедно, което ще ускори процеса на сглобяване. Както Дженет каза:
„Не поставяме точността в робота; точността идва от структурата [тъй като тя постепенно придобива форма]. Това е различно от всички други роботи. Просто трябва да знае къде е следващата му стъпка. "
Дженет и неговите сътрудници са изградили няколко версии на асемблерите с доказателство за концепцията, заедно със съответните дизайни на воксели. Тяхната работа е напреднала до степен, в която прототипните версии са в състояние да демонстрират сглобяването на вокселните блокове в линейни, двуизмерни и триизмерни структури.
Този вид процес на сглобяване вече привлече интереса на НАСА (която си сътрудничи с MIT в това изследване) и базираната в Холандия аерокосмическа компания Airbus SE - която също спонсорира проучването. В случая на НАСА тази технология ще бъде благодат за техните автоматизирани преконфигурируеми мисионни адаптивни системи за цифрово сглобяване (ARMADAS), които е съавтор Cheung.
Целта на този проект е да се разработят необходимите технологии за автоматизация и роботизирана сглобяване, за да се развие дълбоководна инфраструктура - която включва лунна база и космически местообитания. В тези среди роботизираните асемблери предлагат предимството, че могат да сглобяват структури бързо и по-икономично. По подобен начин те ще могат да извършват ремонти, поддръжка и модификации с лекота.
„За космическа станция или лунно местообитание тези роботи ще живеят върху конструкцията, непрекъснато я поддържат и ремонтират“, казва Дженет. Наличието на тези роботи наоколо ще премахне необходимостта от изстрелване на големи сглобяеми структури от Земята. Когато бъдат сдвоени с адитивното производство (3D печат), те също ще могат да използват местните ресурси като строителни материали (процес, известен като In-Situ Resource Utilization или ISRU).
Сандор Фекете е директор на Института за операционни системи и компютърни мрежи в Техническия университет в Брауншвайг, Германия. В бъдеще той се надява да се присъедини към екипа, за да доразвие системите за контрол. Докато разработването на тези роботи до степен, че те ще могат да изграждат структури в космоса е значително предизвикателство, приложенията, които биха могли да имат, са огромни. Както каза Фекете:
„Роботите не се уморяват или отегчават и използването на много миниатюрни роботи изглежда е единственият начин да свършите тази критична работа. Тази изключително оригинална и умна работа на Бен Дженет и сътрудници прави гигантски скок към изграждането на динамично регулируеми крила на самолета, огромни слънчеви платна или дори преконфигурируеми космически местообитания. "
Няма съмнение, че ако човечеството иска да живее устойчиво на Земята или да излезе в космоса, ще трябва да разчита на някаква доста напреднала технология. В момента най-обещаващите от тях са тези, които предлагат рентабилни начини да се запознаем с нашите нужди и да разширим присъствието си в Слънчевата система.
В това отношение сглобяващите роботи като BILL-E биха били полезни не само в орбита, на Луната или извън нея, но и тук, на Земята. Когато са сдвоени по подобен начин с технологията за 3D печат, големи групи роботизирани асемблери, програмирани да работят заедно, могат да осигурят евтин, модулен корпус, който може да помогне да се сложи край на жилищната криза.
Както винаги, технологичните иновации, които помагат за предварително проучване на космоса, могат да бъдат използвани и за улесняване на живота на Земята!
