Um exército de pequenos robôs poderia montar estruturas enormes no espaço

A foto mostra dois protótipos de robôs montadores trabalhando, reunindo uma série de pequenas unidades, conhecidas como voxels, em uma estrutura maior.

Imagem cortesia de Benjamin Jenett

Vivemos em um mundo onde várias revoluções tecnológicas estão ocorrendo ao mesmo tempo. Enquanto os saltos que estão ocorrendo nos campos da computação, robótica e biotecnologia estão ganhando muita atenção, menos atenção está sendo dada a um campo igualmente promissor. Este seria o campo da manufatura, onde tecnologias como impressão 3D e robôs autônomos estão se mostrando uma grande mudança de jogo.

Por exemplo, há o trabalho que está sendo realizado pelo Center for Bits and Atoms (CBA) do MIT . É aqui que o estudante Benjamin Jenett e o professor Neil Gershenfeld (como parte do trabalho de tese de doutorado de Jenett) estão trabalhando em pequenos robôs capazes de montar estruturas inteiras. Este trabalho pode ter implicações para tudo, desde aeronaves e edifícios até assentamentos no espaço.

Seu trabalho é descrito em um estudo que apareceu recentemente na edição de outubro da IEEE Robotics and Automation Letters . O estudo foi de autoria de Jenett e Gershenfeld, a quem se juntaram as colegas Amira Abdel-Rahman e Kenneth Cheung - formada pelo MIT e pela CBA, que agora trabalha no Centro de Pesquisa Ames da NASA.

Como a Gerensheld explicou em um comunicado recente do MIT News , historicamente existem duas grandes categorias de robótica. Por um lado, você tem robótica cara feita de componentes personalizados que são otimizados para aplicações específicas. Por outro lado, existem aqueles que são fabricados com módulos produzidos em massa e baratos, com desempenho inferior.

Os robôs nos quais a equipe da CBA está trabalhando - que Jenett chamou de Explorador de Locomotiva de Estrutura Isotrópica Bipedal (BILL-E, como WALL-E) - representam um ramo inteiramente novo da robótica. Por um lado, eles são muito mais simples do que a variedade cara, personalizada e otimizada de robôs. Por outro lado, eles são muito mais capazes que os robôs produzidos em massa e podem construir uma variedade maior de estruturas.

No centro do conceito está a ideia de que estruturas maiores podem ser montadas integrando peças 3D menores - que a equipe da CBA chama de "voxels". Esses componentes são compostos de suportes e nós simples e podem ser facilmente presos juntos usando sistemas simples de travamento. Como são na maioria espaços vazios, são leves, mas ainda podem ser organizados para distribuir as cargas com eficiência.

Enquanto isso, os robôs se assemelham a um braço pequeno com dois segmentos longos articulados no meio com um dispositivo de fixação em cada extremidade que eles usam para prender as estruturas de voxel. Esses apêndices permitem que os robôs se movam como minhocas, abrindo e fechando seus corpos para passar de um ponto para o outro.

No entanto, a principal diferença entre esses montadores e robôs tradicionais é a relação entre o trabalhador robótico e os materiais com os quais está trabalhando. Segundo Gershefeld, é impossível distinguir esse novo tipo de robô das estruturas que eles constroem, pois trabalham juntos como um sistema. Isto é especialmente aparente quando se trata do sistema de navegação dos robôs.

Hoje, a maioria dos robôs móveis exige um sistema de navegação altamente preciso para acompanhar sua posição, como o GPS. Os novos robôs montadores, no entanto, precisam apenas saber onde estão em relação aos voxels (pequenas subunidades nas quais estão trabalhando atualmente). Quando um montador passa para o próximo, ele reajusta seu senso de posição, usando o que estiver trabalhando para se orientar.

Cada um dos robôs BILL-E é capaz de contar suas etapas, o que, além da navegação, permite corrigir os erros cometidos ao longo do caminho. Juntamente com o software de controle desenvolvido por Abdel-Rahman, esse processo simplificado permitirá que os enxames do BILL-Es coordenem seus esforços e trabalhem juntos, o que acelerará o processo de montagem. Como Jenett disse :

“Não estamos colocando a precisão no robô; a precisão vem da estrutura [à medida que gradualmente toma forma]. Isso é diferente de todos os outros robôs. Só precisa saber onde está o próximo passo. ”

Um robô montador de protótipo usando seu design semelhante a uma minhoca para se mover em uma estrutura. Crédito: MIT / CBA / Benjamin Jenett

Jenett e seus colaboradores criaram várias versões de prova de conceito dos montadores, juntamente com os projetos correspondentes de voxel. O trabalho deles progrediu até o ponto em que as versões dos protótipos são capazes de demonstrar a montagem dos blocos de voxel em estruturas lineares, bidimensionais e tridimensionais.

Esse tipo de processo de montagem já atraiu o interesse da NASA (que está colaborando com o MIT nesta pesquisa) e da empresa aeroespacial holandesa Airbus SE - que também patrocinou o estudo. No caso da NASA, esta tecnologia seria um benefício para os seus Sistema de Montagem Digital Adaptativa por Missão Reconfigurável Automatizada (armadas), que co-autor Cheung lidera.

O objetivo deste projeto é desenvolver as tecnologias de automação e montagem robótica necessárias para desenvolver a infraestrutura espacial profunda - que inclui uma base lunar e habitats espaciais. Nesses ambientes, os montadores robóticos oferecem a vantagem de poder montar estruturas de maneira rápida e econômica. Da mesma forma, eles poderão realizar reparos, manutenção e modificação com facilidade.

"Para uma estação espacial ou um habitat lunar, esses robôs viveriam na estrutura, mantendo e reparando continuamente", diz Jenett. A existência desses robôs eliminará a necessidade de lançar grandes estruturas pré-montadas da Terra. Quando combinados com a manufatura aditiva (impressão 3D), eles também poderiam usar recursos locais como materiais de construção (um processo conhecido como Utilização de Recursos In Situ ou ISRU).

Conceito artístico de habitat espacial construído usando o sistema ARMADAS, com a ISS em primeiro plano. Crédito: NASA

Sandor Fekete é o diretor do Instituto de Sistemas Operacionais e Redes de Computadores da Universidade Técnica de Braunschweig, Alemanha. No futuro, ele espera se juntar à equipe para desenvolver ainda mais os sistemas de controle. Embora o desenvolvimento desses robôs ao ponto em que eles possam construir estruturas no espaço seja um desafio significativo, as aplicações que eles podem ter são enormes. Como Fekete disse :

“Os robôs não ficam cansados ​​ou entediados, e usar muitos robôs em miniatura parece ser a única maneira de realizar esse trabalho crítico. Este trabalho extremamente original e inteligente de Ben Jenett e colaboradores dá um grande salto em direção à construção de asas de avião dinamicamente ajustáveis, enormes velas solares ou até habitats espaciais reconfiguráveis. ”

Há pouca dúvida de que, se a humanidade quiser viver de forma sustentável na Terra ou se aventurar no espaço, precisará contar com alguma tecnologia bastante avançada. No momento, as mais promissoras são as que oferecem maneiras econômicas de atender às nossas necessidades e ampliar nossa presença em todo o Sistema Solar.

Nesse sentido, montadores de robôs como o BILL-E não seriam apenas úteis em órbita, na Lua ou além, mas também aqui na Terra. Quando combinados da mesma forma com a tecnologia de impressão 3D, grandes grupos de montadores robóticos programados para trabalhar juntos podem fornecer habitação modular barata que pode ajudar a pôr um fim à crise imobiliária.

Como sempre, inovações tecnológicas que ajudam a explorar a exploração espacial também podem ser aproveitadas para facilitar a vida na Terra!

Fonte - Universe Today

Expandindo referencias:

IEEE

MIT