Žijeme ve světě, ve kterém dochází současně k několika technologickým revolucím. Zatímco skoky, které se dějí v oblasti výpočetní techniky, robotiky a biotechnologie, si získávají velkou pozornost, méně pozornosti se věnuje oblasti, která je stejně slibná. To by byla oblast výroby, kde se technologie, jako je 3D tisk a autonomní roboty, ukazují jako obrovský měnič her.
Například, tam je práce, kterou sleduje Centrum pro bity a atomy (CBA) MIT. Právě zde se postgraduální student Benjamin Jenett a profesor Neil Gershenfeld (jako součást doktorské práce Jenetta) zabývají malými roboty, které jsou schopné sestavit celé struktury. Tato práce by mohla mít dopad na všechno od letadel a budov až po osídlení ve vesmíru.
Jejich práce je popsána ve studii, která se nedávno objevila v říjnovém čísle Dopisy robotiky a automatizace IEEE. Studii vytvořili Jenett a Gershenfeld, ke kterým se připojili kolegové postgraduální studenti Amira Abdel-Rahman a Kenneth Cheung - absolventka MIT a CBA, kteří nyní pracují ve výzkumném středisku NASA Ames Research Center.
Jak Gerensheld vysvětlil v nedávné zprávě MIT News, historicky existovaly dvě široké kategorie robotiky. Na jedné straně máte drahou robotiku vyrobenou z vlastních komponent, které jsou optimalizovány pro konkrétní aplikace. Na druhé straně existují i ty, které jsou vyrobeny z levných sériově vyráběných modulů s nižším výkonem.
Roboti, na kterých tým CBA pracuje, na nichž Jenett daboval bipedální izotropní průzkumník lokomotivy (BILL-E, stejně jako WALL-E) - představují zcela nové odvětví robotiky. Na jedné straně jsou mnohem jednodušší než drahá, zakázková a optimalizovaná paleta robotů. Na druhé straně jsou mnohem schopnější než sériově vyráběné roboty a mohou stavět širší škálu struktur.
Jádrem koncepce je myšlenka, že větší struktury lze sestavit integrací menších 3D kusů - což tým CBA nazývá „voxely“. Tyto komponenty jsou tvořeny jednoduchými vzpěrami a uzly a lze je snadno spojit pomocí jednoduchých západkových systémů. Protože se jedná většinou o prázdný prostor, jsou lehké, ale stále je možné je uspořádat tak, aby účinně distribuovaly zatížení.
Roboti se mezitím podobají malému ramenu se dvěma dlouhými segmenty, které jsou zavěšeny uprostřed, se svorkami na obou koncích, které používají k uchopení na voxelových strukturách. Tyto dodatky umožňují robotům pohybovat se jako palcovité červy, otevírající a zavírající těla, aby se mohli pohybovat z jednoho místa na další.
Hlavním rozdílem mezi těmito sestavovateli a tradičními roboty je však vztah mezi robotickým pracovníkem a materiály, se kterými pracuje. Podle Gershefelda je nemožné odlišit tento nový typ robota od struktur, které vytvářejí, protože pracují společně jako systém. To je zvlášť zřejmé, pokud jde o navigační systém robotů.
Většina mobilních robotů dnes vyžaduje vysoce přesný navigační systém, aby sledovala jejich polohu, například GPS. Nové montážní roboty však potřebují pouze vědět, kde jsou ve vztahu k voxelům (malé podjednotky, na kterých v současné době pracují). Když se assembler přesune na další, znovu nastaví svůj smysl pro polohu, pomocí čehokoli, na čem pracuje, aby se sám orientoval.
Každý z robotů BILL-E je schopen počítat své kroky, což mu kromě navigace umožňuje opravit všechny chyby, které udělá během cesty. Spolu s řídícím softwarem vyvinutým Abdel-Rahmanem tento zjednodušený proces umožní rojům BILL-Es koordinovat jejich úsilí a spolupracovat, což urychlí proces montáže. Jak Jenett řekla:
"Nevkládáme do robota přesnost;" přesnost vychází ze struktury [jak se postupně formuje]. To se liší od všech ostatních robotů. Potřebuje jen vědět, kde je jeho další krok. “
Jenett a jeho spolupracovníci vytvořili několik verzí konceptů sestavovatelů, společně s odpovídajícími návrhy voxelů. Jejich práce nyní pokročila do bodu, kdy prototypové verze jsou schopny demonstrovat sestavení bloků voxelů do lineárních, dvourozměrných a trojrozměrných struktur.
Tento druh montáže již přitahoval zájem NASA (která na tomto výzkumu spolupracuje s MIT) a nizozemské letecké společnosti Airbus SE, která tuto studii také sponzorovala. V případě NASA by tato technologie znamenala přínos pro jejich automatizované rekonfigurovatelné digitální adaptivní systémy sestav (ARMADAS), které spoluautor Cheung vede.
Cílem tohoto projektu je vyvinout nezbytné technologie automatizace a robotické montáže pro rozvoj infrastruktury hlubokého vesmíru - která zahrnuje měsíční základnu a kosmická stanoviště. V těchto prostředích nabízejí robotičtí montéři výhodu rychlého a levnějšího sestavování struktur. Podobně budou moci snadno provádět opravy, údržbu a úpravy.
"Pro kosmickou stanici nebo lunární stanoviště by tito roboti žili na struktuře, neustále by ji udržovali a opravovali," říká Jenett. Mít tyto roboty kolem eliminuje potřebu vypustit velké předmontované struktury ze Země. Při spárování s aditivní výrobou (3D tisk) by také mohli používat místní zdroje jako stavební materiály (proces známý jako využití zdrojů na místě nebo ISRU).
Sandor Fekete je ředitelem Ústavu operačních systémů a počítačových sítí na Technické univerzitě v Braunschweigu v Německu. V budoucnu doufá, že se připojí k týmu s cílem dále rozvíjet kontrolní systémy. Zatímco vývoj těchto robotů do té míry, že budou schopni stavět struktury ve vesmíru, je významnou výzvou, aplikace, které by mohly mít, jsou obrovské. Jak řekl Fekete:
„Roboti se neunaví a nenudí a použití mnoha miniaturních robotů vypadá jako jediný způsob, jak tuto kritickou práci udělat. Tato mimořádně originální a chytrá práce Ben Jenett a spolupracovníků dělá obrovský skok směrem k konstrukci dynamicky nastavitelných křídel letounu, obrovských solárních plachet nebo dokonce rekonfigurovatelných vesmírných stanovišť. “
Není pochyb o tom, že pokud chce lidstvo žít udržitelně na Zemi nebo se vydávat do vesmíru, bude se muset spolehnout na nějakou docela vyspělou technologii. Právě teď jsou nejslibnější z nich ty, které nabízejí nákladově efektivní způsoby, jak vidět naše potřeby a rozšířit naši přítomnost v celé sluneční soustavě.
V tomto ohledu by robotičtí montéři jako BILL-E nebyli užiteční pouze na oběžné dráze, na Měsíci nebo dále, ale také zde na Zemi. Když jsou podobně spárovány s technologií 3D tisku, velké skupiny robotických sestavovačů naprogramovaných tak, aby spolupracovaly, mohly poskytnout levné, modulární bydlení, které by mohlo pomoci ukončit krizi v oblasti bydlení.
Jako vždy, technologické inovace, které pomáhají urychlit průzkum vesmíru, mohou být využity k usnadnění života na Zemi!
