Мы живём в мире, где прямо сейчас происходит множество технологических революций. Хотя скачки, которые происходят в области вычислительной техники, робототехники и биотехнологии, привлекают к себе большое внимание, меньше внимания уделяется области, которая столь же многообещающа. Это будет сфера производства, где технологии, такие как 3D-печать и автономные роботы, окажут огромное влияние на мир.
Например, есть работа, которую проводит Центр битов и атомов CBA. Именно здесь аспирант Бенджамин Дженетт и профессор Нил Гершенфельд работают над крошечными роботами, которые способны собирать целые структуры. Эта работа может иметь последствия для всего: от самолётов и зданий до космических поселений.
Их работа описана в исследовании, которое недавно появилось в октябрьском выпуске IEEE Robotics and Automation Letters. Автором исследования были Дженетт и Гершенфельд, к которым присоединились аспирант Амира Абдель-Рахман и Кеннет Чунг.
Как объяснил Гереншельд, исторически сложилось две широкие категории робототехники. С одной стороны, у вас есть дорогая робототехника, изготовленная на заказ, которая оптимизирована для конкретных приложений. С другой стороны, есть такие роботы, которые сделаны из недорогих серийных модулей с более низкой производительностью.
Роботы, над которыми работает команда CBA – которые Дженетт назвала Bipedal Isotropic Lattice Locomoting Explorer (BILL-E, как WALL-E) — представляют собой совершенно новую отрасль робототехники. С одной стороны, они намного проще, чем дорогие, настраиваемые и оптимизированные разновидности роботов. С другой стороны, они гораздо более просты, чем серийные роботы, и могут создавать более разнообразные конструкции.
В основе концепции лежит идея о том, что более крупные конструкции могут быть собраны путём интеграции более мелких трёхмерных элементов, которые команда CBA называет “вокселями”. Эти компоненты состоят из простых стоек и узлов и могут быть легко скреплены вместе с помощью простых защёлок. Поскольку они в основном пустые, то они лёгкие, но все же могут быть использованы для эффективного распределения нагрузки.
Роботы, тем временем, напоминают маленькую руку с двумя длинными сегментами, с зажимным устройством на каждом конце, которое они используют, чтобы захватить воксельные структуры. Эти придатки позволяют роботам перемещаться, подобно червям.
Тем не менее, основное различие между этими сборщиками и традиционными роботами – это связь между рабочим-роботом и материалами, с которыми он работает. Согласно Гершефельду, невозможно отличить этот новый тип робота от структур, которые они строят, так как они работают вместе как система. Это особенно очевидно, когда речь идёт 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 свою позицию, используя то, над чем он работает, чтобы ориентироваться.
Каждый из роботов BILL-E способен подсчитывать свои шаги, что в дополнении к навигации позволяет исправлять любые ошибки, которые он совершает на своем пути. Наряду с управляющим программным обеспечением, разработанным Абдель-Рахманом, этот упрощённый процесс позволит группам BILL-E координировать свои усилия и работать вместе, что ускорит процесс сборки.
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, двумерные и трёхмерные структуры.
Процесс сборки такого рода уже вызвал интерес у НАСА (которое сотрудничает с MIT в этом исследовании) и находящейся в Нидерландах аэрокосмической компании Airbus SE, которая также выступила спонсором исследования. В случае НАСА эта технология была бы 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 преимуществом возможности быстрого и экономичного монтажа конструкций. Точно так же они смогут с лёгкостью проводить ремонт, техническое обслуживание и модификацию.
“В случае с космической станцией или лунной средой обитания эти роботы будут жить на сооружении, постоянно поддерживая и ремонтируя его”, – говорит Дженетт.
Использование таких роботов устранит необходимость запуска больших предварительно собранных конструкций с Земли. В сочетании с аддитивным производством (3D-печать) они также смогут использовать местные ресурсы в качестве строительных материалов.
Шандор Фекете является директором Института операционных систем и компьютерных сетей в 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, представляет собой серьёзную проблему, приложения, которые они могут иметь, огромны.
“Роботы не устают и не скучают, и использование множества миниатюрных роботов кажется единственным способом выполнить эту важную работу”, – сказал Фекете.
Эта чрезвычайно оригинальная и многообещающая работа Бена Дженетта и его коллег делает гигантский скачок в направлении создания динамически регулируемых крыльев самолета, огромных солнечных парусов или даже динамических космических мест обитания.
Нет сомнений в том, что если человечество хочет жить и процветать на Земле или отправиться 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 её пределами, но и здесь, на Земле. При аналогичном сочетании с технологией 3D-печати большие группы сборщиков-роботов, запрограммированных на совместную работу, могут обеспечить дешёвое модульное жильё, которое может помочь положить конец жилищному кризису.
Технологические инновации, которые помогают продвигать исследования космоса, так же можно использовать и для того, чтобы облегчить жизнь на Земле!
