Schlechte Nachrichten, wenn Sie zum Mond oder zum Mars ziehen möchten: Es ist etwas schwierig, eine Unterkunft zu finden. Glücklicherweise denkt die NASA (wie immer) voraus und hat gerade eine selbstorganisierende Roboterstruktur vorgestellt, die möglicherweise ein entscheidender Bestandteil bei der Abwanderung vom Planeten ist.
Heute veröffentlicht in Science RoboticsIn dem Artikel des NASA Ames Research Center wird die Erstellung und Erprobung dessen beschrieben, was sie „selbstreprogrammierbare mechanische Metamaterialien“ nennen. Dies ist eine äußerst präzise Beschreibung für ein Gebäude, das sich selbst aufbaut. Das unvermeidliche Akronym dafür ist „Automated Reconfigurable Mission Adaptive Digital Assembly Systems“ oder ARMADAS.
„Wir glauben, dass diese Art von Bautechnologie viele sehr allgemeine Anwendungen bedienen kann“, sagte Hauptautorin Christine Gregg gegenüber Tech. „Kurzfristig kommen die robuste Autonomie und die leichten Strukturen unseres Ansatzes Anwendungen in rauen Umgebungen wie der Mondoberfläche oder dem Weltraum stark zugute. Dazu gehört der Bau von Kommunikationstürmen und Schutzräumen auf der Mondoberfläche, die vor der Ankunft der Astronauten benötigt werden, sowie Strukturen im Orbit wie Ausleger und Antennen.“
Die Grundidee der sich selbst aufbauenden Struktur liegt in einer cleveren Synergie zwischen dem Baumaterial – kuboktaedrischen Rahmen, die sie Voxel nennen – und den beiden Robotertypen, die sie zusammenbauen.
Ein Robotertyp läuft mit zwei Beinen über die Oberfläche, scheinbar inspiriert von den Kinesin-Transportmolekülen unserer eigenen Biologie, und trägt ein Voxel wie einen Rucksack. Sobald dieser angebracht ist, gleitet ein Befestigungsroboter, der wie ein Wurm im Rahmen selbst lebt, über die reversiblen Befestigungspunkte und zieht sie fest. Keiner von beiden benötigt ein leistungsstarkes Sensorsystem, und aufgrund ihrer Funktionsweise ist auch keine hohe Präzision erforderlich.
Auf den meisten Bildern in diesem Beitrag sind ein Paar Gehhilfen und ein Befestigungswurm zu sehen. Und hier ist ein Transportläufer, der ein Voxel an einen Platzierungsläufer übergibt, während der Verbindungsroboter unten lauert und darauf wartet, hinüberzufahren und den Rahmen in Position zu bringen.
Zwei Roboter tauschen ein Strukturelement aus, während ein dritter unten darauf wartet, es am Gitter zu befestigen. Bildnachweis: NASA
Die Form der Teile ermöglicht die Befestigung in verschiedenen Winkeln bei gleichzeitiger Beibehaltung einer guten Strukturfestigkeit. Sie möchten wahrscheinlich keine Steine auf einer Kuppel aus diesen Dingen lagern, aber sie eignen sich hervorragend als Unterlage, auf der Sie Isolierung und Dichtmittel anbringen können, um eine Behausung zu errichten.
„Wir glauben, dass diese Art von Bau besonders für langfristige und/oder sehr große Infrastrukturen geeignet ist, einschließlich Lebensräumen, Instrumenten oder anderer Infrastruktur im Orbit oder auf der Mondoberfläche (Versorgungsmasten, Fahrzeuglandeanlagen)“, sagte Co-Autor Kenneth Cheung. „Für uns sind die Strukturen und alle Robotersysteme Ressourcen, die über Raum und Zeit optimiert werden können. Es sieht so aus, als ob es immer Situationen geben wird, in denen es optimal ist, die Struktur einfach an Ort und Stelle zu belassen (und sie vielleicht regelmäßig mit einem Roboter zu inspizieren), also haben wir damit begonnen.“
Die Teile selbst könnten auch vor Ort gebaut werden, bemerkte Gregg:
„Die Voxel können aus vielen verschiedenen Materialien und Herstellungsverfahren hergestellt werden. Für Weltraumanwendungen möchten wir schließlich Voxel aus Materialien herstellen, die wir vor Ort auf dem Mond oder anderen Planetenkörpern finden.“
Natürlich sind diese Videos der Roboter bei der Arbeit stark beschleunigt, aber anders als bei der Arbeit in einer Fabrik oder auf dem Bürgersteig ist Geschwindigkeit nicht unbedingt von entscheidender Bedeutung, wenn es darum geht, Dinge im Weltraum oder auf der Oberfläche eines anderen Planeten zu bauen.
„Unsere Roboter können schneller arbeiten als in diesem Artikel gezeigt, aber wir sahen es nicht als entscheidend für die primären Ziele an, sie dazu zu bringen. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, dieses System schneller arbeiten zu lassen, darin, mehr Roboter einzusetzen“, sagte Cheung. „Die Gesamtstrategie für die Skalierbarkeit (von Geschwindigkeit, Größe) besteht darin, die Komplexität der Skalierung auf Algorithmen übertragen zu können, sowohl für die Planung und Terminierung als auch für die Erkennung von Fehlern und die Durchführung von Reparaturen.“
Die vom Labor entwickelten Roboter nahmen 256 Voxel und fügten sie in insgesamt 4,2 Arbeitstagen zu einer begehbaren Schutzstruktur zusammen. So sah der Anfang aus (wieder bei weitem nicht in Echtzeit):
Bildnachweis: NASA
Hätten wir sie ein Jahr vor der Besatzung zum Mars oder zum Mond geschickt, könnten sie mit der nötigen Zeit ein Dutzend solcher Strukturen bauen, die doppelt so groß sind. Oder vielleicht könnten sie die erforderliche Beschichtung nachträglich an der Außenseite anbringen und versiegeln – das würde zwar den Rahmen des heute veröffentlichten Papiers sprengen, aber ein naheliegender nächster Schritt sein.
Obwohl die Roboter in dieser Laborumgebung über Kabel mit Strom versorgt werden, sind sie für den Batteriebetrieb oder die Stromversorgung vor Ort konzipiert. Der Befestigungsroboter ist bereits batteriebetrieben und die Forscher denken darüber nach, die Läufer zwischen oder sogar während der Einsätze aufgeladen zu halten.
„Wir stellen uns vor, dass Roboter in Kraftwerken autonom aufgeladen werden könnten oder vielleicht sogar drahtlos Strom übertragen könnten. Wie Sie erwähnt haben, könnte der Strom auch durch die Struktur selbst geleitet werden, was sowohl für die Ausstattung der Struktur als auch für den Antrieb der Roboter nützlich sein könnte“, sagte Gregg.
Konzeptdarstellung des ARMADAS-Gebäudes unter Astronautenaufsicht. Bildnachweis: NASA
Versionen des Roboters sind bereits im Weltraum geflogen und haben in der Schwerelosigkeit gearbeitet, also kein Grund zur Sorge. Und es gibt grundsätzlich nichts, was sie daran hindert, in Schwerkräften außerhalb der Erde wie denen des Mondes zu arbeiten. Allerdings ist dies erst der Anfang – als würde man die Existenz von 2x4s und Nägeln enthüllen. Es gibt mehr über das Potenzial und Konzeptdarstellungen dessen, was sie bauen könnten, in diesem NASA-Nachrichtenbeitrag.
„Die nächsten Versionen unserer Roboter für die Laborumgebung werden schneller und zuverlässiger sein, basierend auf unseren Erkenntnissen aus den ersten Versionen. Wir sind sehr daran interessiert zu verstehen, wie verschiedene Arten von Bausteinen in die Strukturen integriert werden können, um eine funktionale Ausstattung zu gewährleisten“, sagte Gregg.
Ebenso wird die Forschung an Strukturen fortgesetzt, bei denen Schwärme von Robotern zum Einsatz kommen, nicht nur eine Handvoll; Für einen einfachen Unterschlupf könnten zwei Wanderer vier Tage brauchen, aber für etwas, das zehnmal größer ist, könnte es 100-mal länger dauern. Aber viele Hände – insbesondere Roboterhände – machen die Arbeit leicht.