Elämme maailmassa, jossa tapahtuu useita teknologisia vallankumouksia samanaikaisesti. Laskennan, robotiikan ja biotekniikan aloilla tapahtuvat harppaukset saavat paljon huomiota, mutta yhtä lupaaviin kenttiin kiinnitetään vähemmän huomiota. Tämä olisi valmistusalue, jossa 3D-tulostaminen ja itsenäiset robotit ovat osoittautuneet valtavaksi pelinvaihtajaksi.
Esimerkiksi siellä on työtä, jota MIT: n bittien ja atomien keskus (CBA) tekee. Juuri täällä jatko-opiskelija Benjamin Jenett ja professori Neil Gershenfeld (osana Jenettin väitöskirjatyötä) työskentelevät pienissä roboteissa, jotka pystyvät koottamaan kokonaiset rakenteet. Tällä työllä voi olla vaikutuksia kaikkeen lentokoneista ja rakennuksista avaruusasutuksiin.
Heidän työnsä on kuvattu tutkimuksessa, joka ilmestyi äskettäin lokakuun numerossa IEEE -robotiikka- ja automaatiokirjeet. Tutkimuksen kirjoittivat Jenett ja Gershenfeld, joihin liittyivät jatko-opiskelija Amira Abdel-Rahman ja Kenneth Cheung - MIT: n ja CBA: n tutkinnon suorittanut, joka työskentelee nyt NASA: n Ames-tutkimuskeskuksessa.
Kuten Gerensheld selitti äskettäisessä MIT News -julkaisussa, robotiikkaa on historiallisesti ollut kaksi laajaa luokkaa. Toisaalta sinulla on kalliita robotiikoita, jotka on tehty räätälöityistä komponenteista, jotka on optimoitu tiettyihin sovelluksiin. Toisaalta, on niitä, jotka on valmistettu edullisista massatuotannollisista moduuleista, joiden suorituskyky on heikompi.
Robotit, joissa CBA-ryhmä työskentelee - joista Jenett on puhunut Bipedal Isotropic Lattice Locomoting Explorer (BILL-E, kuten WALL-E) - edustavat täysin uutta robottihaaraa. Toisaalta ne ovat paljon yksinkertaisempia kuin kalliita, räätälöityjä ja optimoituja robotteja. Toisaalta, ne ovat paljon tehokkaampia kuin massatuotetut robotit ja voivat rakentaa laajemman valikoiman rakenteita.
Konseptin ytimessä on idea, että suurempia rakenteita voidaan koota integroimalla pienempiä 3D-osia - mitä CBA-ryhmä kutsuu “vokseleiksi”. Nämä komponentit koostuvat yksinkertaisista tuista ja solmuista, ja ne voidaan kiinnittää helposti yhteen käyttämällä yksinkertaisia lukitusjärjestelmiä. Koska ne ovat enimmäkseen tyhjää tilaa, ne ovat kevyitä, mutta ne voidaan silti järjestää jakamaan kuormat tehokkaasti.
Sillä välin robotit muistuttavat pientä varret, joissa on kaksi pitkää segmenttiä, jotka on saranoitu keskelle kiinnityslaitteella molemmissa päissä, joilla ne tarttuvat vokselirakenteisiin. Nämä lisäykset antavat robotien liikkua kuten inchworms, avaamalla ja sulkemalla ruumiinsa siirtyäkseen paikasta toiseen.
Suurin ero näiden kokoonpanijoiden ja perinteisten robottien välillä on kuitenkin suhde robottityöntekijän ja työskentelevien materiaalien välillä. Gershefeldin mukaan tätä uudentyyppistä robottia on mahdotonta erottaa niiden rakentamista rakenteista, koska ne toimivat yhdessä järjestelmänä. Tämä on erityisen selvää, kun kyse on robotien navigointijärjestelmästä.
Nykyään useimmat mobiilirobotit, kuten GPS, tarvitsevat erittäin tarkan navigointijärjestelmän sijainnin seuraamiseksi. Uusien kokoonpanorobotien on kuitenkin vain tiedettävä missä ne ovat suhteessa vokseleihin (pienet alayksiköt, joissa he parhaillaan työskentelevät). Kun kokoonpanija siirtyy seuraavalle, se säätää sijaintitietonsa käyttämällä mitä tahansa työskentelee suuntautuakseen.
Jokainen BILL-E-robotti pystyy laskemaan vaiheet, mikä selaa navigoinnin lisäksi mahdolliset virheet, joita se tekee matkan varrella. Yhdessä Abdel-Rahmanin kehittämien ohjausohjelmistojen kanssa tämä yksinkertaistettu prosessi antaa BILL-Es -parvien mahdollisuuden koordinoida ponnistelujaan ja työskennellä yhdessä, mikä nopeuttaa kokoamisprosessia. Kuten Jenett sanoi:
”Emme laita tarkkuutta robottiin; tarkkuus tulee rakenteesta [kun se vähitellen muotoutuu]. Se eroaa kaikista muista roboteista. Sen on vain tiedettävä, missä seuraava askel on. ”
Jenett ja hänen työtoverinsa ovat rakentaneet kokoonpanijoiden useita konseptikonversioita yhdessä vastaavien vokselikuvioiden kanssa. Heidän työnsä on nyt edennyt pisteeseen, jossa prototyyppiversiot pystyvät osoittamaan vokselilohkojen kokoonpanon lineaarisiksi, kaksiulotteiseksi ja kolmiulotteiseksi rakenteiksi.
Tällainen kokoonpanoprosessi on herättänyt jo kiinnostusta NASA: n (joka tekee yhteistyötä MIT: n kanssa tässä tutkimuksessa) ja Alankomaissa toimivan ilmailuyrityksen Airbus SE: n kanssa, joka myös sponsoroi tutkimusta. NASA: n tapauksessa tämä tekniikka olisi apuna heidän automatisoituihin uudelleenkonfiguroitaviin operaation adaptiivisiin digitaalisiin kokoonpanojärjestelmiin (ARMADAS), joita avustaja Cheung johtaa.
Tämän hankkeen tavoitteena on kehittää tarvittavat automaatiotekniikat ja robottikokoonpanoteknologiat syvän avaruusinfrastruktuurin kehittämiseksi - johon sisältyy kuunpohja ja avaruusympäristöt. Näissä ympäristöissä robottiyhdistelmillä on etuna mahdollisuus koota rakenteet nopeasti ja kustannustehokkaammin. Samoin he pystyvät suorittamaan korjauksia, kunnossapitoa ja muutoksia helposti.
"Avaruusaseman tai kuun elinympäristön kannalta nämä robotit eläisivät rakenteessa ylläpitämällä ja korjaamalla sitä jatkuvasti", Jenett sanoo. Kun nämä robotit ovat ympärillä, ei tarvitse aloittaa suuria esiasennettuja rakenteita maasta. Yhdistettynä lisäaineiden valmistukseen (3D-tulostus) he voivat myös käyttää paikallisia resursseja rakennusmateriaaleina (prosessi, joka tunnetaan nimellä In-Situ Resource Utilization tai ISRU).
Sandor Fekete on Saksan Braunschweigin teknisen yliopiston käyttöjärjestelmien ja tietokoneverkkojen instituutin johtaja. Tulevaisuudessa hän toivoo liittyvänsä tiimiin ohjausjärjestelmien kehittämiseksi edelleen. Näiden robottien kehittäminen siihen pisteeseen, että ne pystyvät rakentamaan rakenteita avaruudessa, on merkittävä haaste, mutta niiden mahdolliset sovellukset ovat valtavat. Kuten Fekete sanoi:
”Robotit eivät väsy tai kyllästy, ja monien pienoisrobotien käyttäminen näyttää ainoalta tavalta tehdä tämä kriittinen työ. Tämä Ben Jenettin ja yhteistyökumppaneiden erittäin omaperäinen ja taitava työ tekee valtavan harppauksen dynaamisesti säädettävien lentokoneiden siipien, valtavien aurinkopurjeiden tai jopa uudelleen konfiguroitavien avaruusympäristöjen rakentamiseen. ”
Ei ole epäilystäkään siitä, että jos ihmiskunta haluaa elää kestävästi maapallolla tai lähteä avaruuteen, sen on luotettava joihinkin melko edistyneeseen tekniikkaan. Tällä hetkellä lupaavimmat näistä ovat niitä, jotka tarjoavat kustannustehokkaita tapoja huolehtia tarpeistamme ja laajentaa läsnäoloamme aurinkokunnan alueella.
Tässä suhteessa robottiyhdistelmät, kuten BILL-E, eivät olisi hyödyllisiä vain kiertoradalla, Kuussa tai sen ulkopuolella, vaan myös täällä maan päällä. Kun parit yhdistetään 3D-tulostustekniikkaan, suuret ryhmät robottikokoonpanijoita, jotka on ohjelmoitu toimimaan yhdessä, voisivat tarjota halvan, modulaarisen asunnon, joka voisi auttaa loppumaan asuntokriisiin.
Kuten aina, avaruustutkimuksen edistämiseen tähtääviä teknisiä innovaatioita voidaan hyödyntää myös maapallon elämän helpottamiseksi!
