Мы живем в мире, где происходит множество технологических революций одновременно. В то время как скачки, которые происходят в области вычислительной техники, робототехники и биотехнологии, привлекают большое внимание, меньше внимания уделяется области, которая является столь же многообещающей. Это будет сфера производства, где технологии, такие как 3D-печать и автономные роботы, оказываются огромным изменением игры.
Например, есть работа, которую ведет Центр битов и атомов MIT (CBA). Именно здесь аспирант Бенджамин Дженетт и профессор Нил Гершенфельд (в рамках докторской диссертации Дженетт) работают над крошечными роботами, способными собирать целые конструкции. Эта работа может иметь значение для всего: от самолетов и зданий до космических поселений.
Их работа описана в исследовании, которое недавно появилось в октябрьском выпуске Письма по робототехнике и автоматизации IEEE, Автором исследования были Дженетт и Гершенфельд, к которым присоединились аспирант Амира Абдель-Рахман и Кеннет Чунг - выпускник Массачусетского технологического института и Центрального банка США, который сейчас работает в Исследовательском центре Эймса НАСА.
Как объяснил Гереншельд в недавнем выпуске MIT News, исторически сложилось две широкие категории робототехники. С одной стороны, вы получаете дорогую робототехнику, изготовленную на заказ, которая оптимизирована для конкретных приложений. С другой стороны, есть такие, которые сделаны из недорогих серийных модулей с более низкой производительностью.
Роботы, над которыми работает команда CBA, - которую Дженетт окрестила Исследователем перемещений изотропной решетчатой решетки (BILL-E, как WALL-E), представляют собой совершенно новую отрасль робототехники. С одной стороны, они намного проще, чем дорогие, настраиваемые и оптимизированные разнообразные роботы. С другой стороны, они гораздо более способны, чем серийные роботы, и могут создавать более разнообразные конструкции.
В основе концепции лежит идея о том, что более крупные конструкции могут быть собраны путем интеграции более мелких трехмерных элементов, которые команда CBA называет «вокселями». Эти компоненты состоят из простых стоек и узлов и могут быть легко скреплены вместе с помощью простых защелок. Поскольку они в основном пустые, они легкие, но все же могут быть организованы для эффективного распределения нагрузки.
Роботы, тем временем, напоминают маленькую руку с двумя длинными сегментами, которые шарнирно расположены посередине с зажимным устройством на каждом конце, которое они используют для захвата воксельных структур. Эти придатки позволяют роботам перемещаться, как дюймовые черви, открывая и закрывая свои тела, чтобы перемещаться из одного места в другое.
Тем не менее, основное различие между этими сборщиками и традиционными роботами - это связь между рабочим-роботом и материалами, с которыми он работает. По словам Гершефельда, невозможно отличить этот новый тип робота от структур, которые они строят, поскольку они работают вместе как система. Это особенно очевидно, когда речь идет о навигационной системе роботов.
Сегодня большинству мобильных роботов требуется высокоточная навигационная система для отслеживания их положения, такая как GPS. Новым роботам-ассемблерам, однако, нужно только знать, где они находятся по отношению к вокселям (малым подразделениям, над которыми они в настоящее время работают). Когда ассемблер переходит к следующему, он перенастраивает свое чувство положения, используя то, над чем он работает, чтобы ориентироваться.
Каждый из роботов BILL-E способен подсчитывать свои шаги, что в дополнение к навигации позволяет исправлять любые ошибки, которые он совершает на своем пути. Наряду с управляющим программным обеспечением, разработанным Абдель-Рахманом, этот упрощенный процесс позволит группам BILL-Es координировать свои усилия и работать вместе, что ускорит процесс сборки. Как сказала Дженетт:
«Мы не ставим точность в роботе; точность исходит из структуры [как она постепенно обретает форму]. Это отличается от всех других роботов. Ему просто нужно знать, где находится его следующий шаг ».
Дженетт и его коллеги создали несколько проверочных версий ассемблеров вместе с соответствующими конструкциями вокселей. Их работа теперь продвинулась до такой степени, что версии прототипов могут продемонстрировать сборку воксельных блоков в линейные, двухмерные и трехмерные структуры.
Этот вид процесса сборки уже вызвал интерес у НАСА (которое сотрудничает с MIT в этом исследовании) и находящейся в Нидерландах аэрокосмической компании Airbus SE - которая также спонсировала исследование. В случае НАСА эта технология станет благом для их автоматизированных реконфигурируемых систем адаптивных цифровых сборок (ARMADAS), которую возглавляет Чунг.
Целью этого проекта является разработка необходимых технологий автоматизации и роботизированной сборки для развития инфраструктуры дальнего космоса, которая включает в себя лунную базу и космические места обитания. В этих средах роботизированные сборщики обладают тем преимуществом, что могут собирать конструкции быстрее и с меньшими затратами. Точно так же они смогут с легкостью проводить ремонт, техническое обслуживание и модификацию.
«Для космической станции или лунной среды обитания эти роботы будут жить на сооружении, постоянно поддерживая и ремонтируя его», - говорит Дженетт. Наличие этих роботов устранит необходимость запуска больших предварительно собранных структур с Земли. В сочетании с аддитивным производством (3D-печать) они также смогут использовать местные ресурсы в качестве строительных материалов (процесс, известный как использование ресурсов на месте или ISRU).
Сандор Фекете - директор Института операционных систем и компьютерных сетей при Техническом университете Брауншвейга, Германия. В будущем он надеется присоединиться к команде с целью дальнейшего развития систем управления. Хотя разработка этих роботов до такой степени, что они смогут строить структуры в космосе, является серьезной проблемой, их приложения могут быть огромными. Как сказал Фекете:
«Роботы не устают и не скучают, и использование множества миниатюрных роботов кажется единственным способом выполнить эту важную работу. Эта чрезвычайно оригинальная и умная работа Бена Дженетта и его коллег делает гигантский скачок в направлении создания динамически регулируемых крыльев самолетов, огромных солнечных парусов или даже реконфигурируемых космических мест обитания ».
Нет никаких сомнений в том, что если человечество хочет жить устойчиво на Земле или выходить в космос, оно должно полагаться на некоторые довольно передовые технологии. Прямо сейчас наиболее перспективными из них являются те, которые предлагают экономически эффективные способы удовлетворения наших потребностей и расширения нашего присутствия по всей Солнечной системе.
В этом отношении роботы-сборщики, такие как BILL-E, будут полезны не только на орбите, на Луне или за ее пределами, но и здесь, на Земле. При аналогичном сочетании с технологией 3D-печати большие группы сборщиков-роботов, запрограммированных на совместную работу, могут обеспечить дешевое модульное жилье, которое может помочь положить конец жилищному кризису.
Как всегда, можно использовать технологические инновации, которые помогают продвигать исследования космоса, чтобы облегчить жизнь на Земле!
