Me elame maailmas, kus korraga toimuvad mitmed tehnoloogilised pöörded. Kui arvutustehnika, robootika ja biotehnoloogia valdkonnas toimuvad hüpped pälvivad suurt tähelepanu, pööratakse vähem tähelepanu just sama paljutõotavale valdkonnale. See oleks tootmise valdkond, kus sellised tehnoloogiad nagu 3D-printimine ja autonoomsed robotid on osutunud tohutuks mänguvahetajaks.
Näiteks on seal tööd, mida teeb MITi bittide ja aatomite keskus (CBA). Just siin töötavad kraadiõppur Benjamin Jenett ja professor Neil Gershenfeld (Jenetti doktoritöö raames) pisikeste robotite kallal, mis on võimelised terveid konstruktsioone kokku panema. Sellel tööl võib olla mõju kõigele, alates lennukitest ja ehitistest kuni kosmoses asuvate asulateni.
Nende tööd on kirjeldatud uuringus, mis ilmus hiljuti ajakirja oktoobrikuu numbris IEEE robootika ja automaatika kirjad. Uuringu autorid olid Jenett ja Gershenfeld, kellega liitusid ka abiturient Amira Abdel-Rahman ja Kenneth Cheung - MITi ja CBA lõpetanu, kes töötab nüüd NASA Amesi uurimiskeskuses.
Nagu Gerensheld hiljutises MIT News väljaandes selgitas, on ajalooliselt olnud kaks robootika laia kategooriat. Ühelt poolt on teil kallis robootika, mis on valmistatud kohandatud komponentidest, mis on optimeeritud konkreetsete rakenduste jaoks. Teisest küljest on neid, mis on valmistatud odavatest masstootmises moodulitest, mille jõudlus on madalam.
Robotid, mille kallal CBA meeskond töötab - mille Jenett on nimetanud Bipedali isotroopsete võrede vedurite uurimiseks (BILL-E, nagu WALL-E) - esindavad täiesti uut robootikaharu. Ühest küljest on need palju lihtsamad kui kallid, kohandatud ja optimeeritud robotid. Teisest küljest on need palju võimsamad kui masstootmises kasutatavad robotid ja suudavad ehitada laiemat valikut struktuure.
Kontseptsiooni keskmes on idee, et suuremaid struktuure saab kokku panna väiksemate 3D-detailide integreerimisega - mida CBA meeskond nimetab voksliteks. Need komponendid koosnevad lihtsatest tugipostidest ja sõlmedest ning neid saab lihtsate lukustussüsteemide abil hõlpsasti kokku kinnitada. Kuna need on enamasti tühjad kohad, on need kerged, kuid neid saab siiski paigutada nii, et need jaotaksid tõhusalt koormusi.
Robotid meenutavad vahepeal väikest kätt, millel on kaks pikka segmenti, mis on keskel hingedega kinnitatud mõlemas otsas oleva kinnitusseadmega, mida nad kasutavad vokselkonstruktsioonide külge haardumiseks. Need lisad võimaldavad robotitel liikuda ringi nagu tolmukad, avades ja sulgedes oma keha, et liikuda ühest kohast teise.
Peamine erinevus nende kokkupanijate ja traditsiooniliste robotite vahel on aga robotitöötaja suhe materjalidega, millega ta töötab. Gershefeldi sõnul on seda uut tüüpi roboti eristamine nende ehitatavatest konstruktsioonidest võimatu, kuna need töötavad koos süsteemina. See on eriti ilmne robotite navigatsioonisüsteemi osas.
Tänapäeval nõuab enamik mobiilseid roboteid oma asukoha jälgimiseks ülitäpset navigatsioonisüsteemi, näiteks GPS-i. Uued monteerimisrobotid vajavad aga ainult teadmist, kus nad on vokslite suhtes (väikesed allüksused, mille kallal nad praegu töötavad). Kui kokkupanija liigub järgmisele, kohandab ta oma positsioonitunnet, kasutades orienteerumiseks iganes oma tööd.
Kõik BILL-E robotid on võimelised oma samme loendama, mis lisaks navigeerimisele võimaldab tal parandada ka kõiki vigu, mida ta teel teeb. Koos Abdel-Rahmani välja töötatud juhtimistarkvaraga võimaldab see lihtsustatud protsess BILL-Es sülemitel oma jõupingutusi koordineerida ja koostööd teha, mis kiirendab monteerimisprotsessi. Nagu Jenett ütles:
„Me ei täpsusta roboti täpsust; täpsus tuleneb struktuurist [kui see järk-järgult kuju võtab]. See erineb kõigist teistest robotitest. See peab lihtsalt teadma, kus on järgmine samm. ”
Jenett ja tema kaastöötajad on ehitanud koostajate mitu kontseptsioonikindlustuse versiooni koos vastavate voksli kujundustega. Nende töö on nüüd edenenud punktini, kus prototüüpide versioonid on võimelised demonstreerima vokseliplokkide kokkupanemist lineaarseks, kahemõõtmeliseks ja kolmemõõtmeliseks struktuuriks.
Selline kokkupaneku protsess on juba äratanud NASA (kes teeb selle uurimistööga koostööd MIT-iga) ja Hollandis asuva kosmose- ja kosmoseettevõtte Airbus SE - kes samuti uuringut toetas. NASA puhul oleks see tehnoloogia kasulik nende automatiseeritud ümberkonfigureeritavate missioonide adaptiivsete digitaalsete koostussüsteemide (ARMADAS) jaoks, mida kaasautor Cheung juhib.
Selle projekti eesmärk on arendada välja vajalik automaatika ja robotite kokkupanemise tehnoloogiad süvakosmose infrastruktuuri arendamiseks - mis hõlmab Kuu alust ja kosmoseelupaiku. Nendes keskkondades pakuvad robotkomplekteerijad eelist, kuna nad saavad konstruktsioone kiiresti ja kulutõhusamalt kokku panna. Samamoodi saavad nad hõlpsalt läbi viia remonti, hooldust ja ümberehitust.
"Kosmosejaama või Kuu elupaiga jaoks elaksid need robotid konstruktsiooni peal, hooldades ja parandades seda pidevalt," ütleb Jenett. Nende robotite olemasolu kõrvaldab vajaduse Maalt suurte eelmonteeritud konstruktsioonide käivitamiseks. Lisandite valmistamise (3D-printimine) abil saavad nad kasutada ehitusmaterjalidena ka kohalikke ressursse (protsess, mida tuntakse in-situ ressursside kasutamise või ISRU nime all).
Sandor Fekete on Saksamaa Braunschweigi tehnikaülikooli opsüsteemide ja arvutivõrkude instituudi direktor. Tulevikus loodab ta meeskonnaga liituda, et kontrollisüsteeme edasi arendada. Nende robotite arendamine niivõrd, et nad suudavad kosmosekonstruktsioone ehitada, on oluline väljakutse, kuid nende rakendatavad rakendused on tohutud. Nagu Fekete ütles:
„Robotid ei väsi ega igav ning paljude minirobotite kasutamine näib olevat ainus viis selle kriitilise töö tegemiseks. See Ben Jenetti ja kaastöötajate äärmiselt originaalne ja nutikas töö teeb hiiglasliku hüppe dünaamiliselt reguleeritavate lennuki tiibade, tohutute päikesepurjete või isegi ümberkonfigureeritavate kosmoseelupaikade ehitamiseks. ”
Pole kahtlust, et kui inimkond soovib elada jätkusuutlikult Maal või asuda kosmosesse, peab ta toetuma mõnele üsna arenenud tehnoloogiale. Praegu on kõige lootustandvamad need, mis pakuvad kulutõhusaid viise meie vajaduste rahuldamiseks ja kohaloleku laiendamiseks kogu Päikesesüsteemis.
Selles osas oleks robotikomplekte nagu BILL-E kasulik mitte ainult orbiidil, Kuul või mujal, vaid ka siin Maa peal. Sarnaselt 3D-printimistehnoloogiaga sidumisel võiksid suured koostööprogrammideks loodud robotikomplektide rühmad pakkuda odavat moodulkorpust, mis aitaks korpusekriisile lõppu teha.
Nagu alati, saab kosmoseuuringuid edendavaid tehnoloogilisi uuendusi kasutada ka selleks, et muuta elu Maa peal lihtsamaks!
