Žijeme vo svete, v ktorom dochádza k viacerým technologickým revolúciám súčasne. Kým skokom, ku ktorým dochádza v oblasti výpočtovej techniky, robotiky a biotechnológie, sa venuje veľká pozornosť, oblasti, ktorá je rovnako sľubná, sa venuje menej pozornosti. To by bola oblasť výroby, v ktorej sa technológie ako 3D tlač a autonómne roboty ukazujú ako obrovský menič hier.
Napríklad sa tu pracuje na práci Centra bitov a atómov MIT (CBA) MIT. Práve v tomto prípade postgraduálny študent Benjamin Jenett a profesor Neil Gershenfeld (ako súčasť doktorandských dizertačných prác Jenett) pracujú na malých robotoch, ktoré sú schopné zostaviť celé štruktúry. Táto práca by mohla mať dopad na všetko od lietadiel a budov až po osídlenie vo vesmíre.
Ich práca je opísaná v štúdii, ktorá sa nedávno objavila v októbrovom čísle Listy robotiky a automatizácie IEEE, Štúdiu napísali Jenett a Gershenfeld, ku ktorým sa pridala spolu s postgraduálnou študentkou Amira Abdel-Rahman a Kenneth Cheung - absolventka MIT a CBA, ktorí teraz pracujú vo Výskumnom centre Ames v NASA.
Ako Gerensheld vysvetlil v nedávnom vydaní MIT News, historicky existujú dve široké kategórie robotiky. Na jednej strane máte drahú robotiku vyrobenú z vlastných komponentov, ktoré sú optimalizované pre konkrétne aplikácie. Na druhej strane existujú také, ktoré sú vyrobené z lacných sériovo vyrábaných modulov s nižším výkonom.
Roboty, na ktorých pracuje tím CBA, na ktorých Jenett nazýva prieskumník bipedálnych izotropných lokomotív (Lattice Locomoting Explorer) (BILL-E, podobne ako WALL-E), predstavujú úplne nové odvetvie robotiky. Na jednej strane sú omnoho jednoduchšie ako drahé, zvyčajné a optimalizované druhy robotov. Na druhej strane sú omnoho lepšie ako hromadne vyrábané roboty a dokážu vybudovať širšiu škálu štruktúr.
Jadrom koncepcie je myšlienka, že väčšie štruktúry sa dajú zostaviť integráciou menších 3D častí, ktoré tím CBA nazýva „voxely“. Tieto komponenty sú tvorené jednoduchými vzperami a uzlami a dajú sa ľahko ľahko spojiť pomocou jednoduchých západkových systémov. Pretože ide väčšinou o prázdny priestor, sú ľahké, ale stále ich možno usporiadať tak, aby efektívne rozdeľovali zaťaženie.
Roboty sa medzitým podobajú malému ramenu s dvoma dlhými segmentmi, ktoré sú zavesené v strede, so zvieracím zariadením na každom konci, ktoré používajú na prichytenie k voxelovým štruktúram. Tieto dodatky umožňujú robotom pohybovať sa ako palcové červy, otvárať a zatvárať svoje telá, aby sa mohli pohybovať z jedného miesta na druhé.
Hlavným rozdielom medzi týmito zostavovateľmi a tradičnými robotmi je však vzťah medzi robotickým pracovníkom a materiálmi, s ktorými pracuje. Podľa Gershefelda nie je možné odlíšiť tento nový typ robota od štruktúr, ktoré vyrábajú, pretože spolupracujú ako systém. Toto je zvlášť zrejmé, pokiaľ ide o navigačný systém robotov.
Väčšina mobilných robotov dnes vyžaduje vysoko presný navigačný systém na sledovanie svojej polohy, napríklad GPS. Nové roboti v oblasti zostavovania však musia vedieť len to, kde sa nachádzajú voxely (malé podjednotky, na ktorých v súčasnosti pracujú). Keď sa zostavovateľ presunie na ďalší, znova nastaví svoj zmysel pre polohu a pomocou všetkého, na čom pracuje, sa sám orientuje.
Každý z robotov BILL-E je schopný spočítať svoje kroky, čo mu okrem navigácie umožňuje opraviť všetky chyby, ktoré urobí na ceste. Spolu s riadiacim softvérom vyvinutým spoločnosťou Abdel-Rahman, tento zjednodušený proces umožní rojom BILL-Es koordinovať ich úsilie a spolupracovať, čo urýchli proces montáže. Ako Jenett povedal:
„Robota nepresadzujeme presne; presnosť vychádza zo štruktúry [ako sa postupne formuje]. To sa líši od všetkých ostatných robotov. Potrebuje len vedieť, kde je jej ďalší krok. “
Jenett a jeho spolupracovníci zostavili niekoľko skúšobných verzií zostavovateľov spolu so zodpovedajúcimi návrhmi voxelu. Ich práca teraz pokročila do bodu, keď prototypové verzie sú schopné demonštrovať zostavenie voxelových blokov do lineárnych, dvojrozmerných a trojrozmerných štruktúr.
Tento druh procesu montáže už upútal záujem agentúry NASA (ktorá na tomto výskume spolupracuje s MIT) a holandskú leteckú spoločnosť Airbus SE, ktorá túto štúdiu tiež sponzorovala. V prípade NASA by táto technológia bola prínosom pre ich automatizované rekonfigurovateľné digitálne montážne systémy misií (ARMADAS), ktoré spoluautor Cheung vedie.
Cieľom tohto projektu je vyvinúť potrebné technológie automatizácie a robotického zostavovania na rozvoj infraštruktúry v kozmickom priestore - ktorá zahŕňa lunárny základ a vesmírne biotopy. V týchto prostrediach ponúkajú robotickí montážni pracovníci tú výhodu, že dokážu rýchlo a lacnejšie zostaviť štruktúry. Podobne budú môcť ľahko vykonávať opravy, údržbu a úpravy.
„Pokiaľ ide o vesmírnu stanicu alebo lunárny biotop, títo roboti by žili na konštrukcii a nepretržite by ju udržiavali a opravovali,“ hovorí Jenett. Ak budete mať tieto roboty okolo, vylúčite potrebu vypustenia veľkých vopred zostavených štruktúr zo Zeme. Keby boli spárované s výrobou aditív (3D tlač), mohli by tiež použiť miestne zdroje ako stavebné materiály (proces známy ako Využitie zdrojov na mieste alebo ISRU).
Sandor Fekete je riaditeľom Inštitútu operačných systémov a počítačových sietí na Technickej univerzite v Braunschweigu v Nemecku. V budúcnosti dúfa, že sa pripojí k tímu s cieľom ďalej rozvíjať kontrolné systémy. Zatiaľ čo vývoj týchto robotov do tej miery, že budú schopní budovať štruktúry vo vesmíre, predstavuje významnú výzvu, aplikácie, ktoré by mohli mať, sú obrovské. Ako povedal Fekete:
„Roboti sa neunavujú a nenudí a zdá sa, že použitie mnohých miniatúrnych robotov je jediný spôsob, ako túto kritickú prácu urobiť. Táto mimoriadne originálna a šikovná práca Ben Jenett a spolupracovníkov robí obrovský skok smerom k výstavbe dynamicky nastaviteľných krídel lietadla, obrovských solárnych plachiet alebo dokonca prekonfigurovateľných vesmírnych biotopov. “
Niet pochýb o tom, že ak chce ľudstvo trvalo žiť na Zemi alebo sa vydať do vesmíru, bude sa musieť spoľahnúť na nejakú dosť vyspelú technológiu. Najsľubnejšie sú práve tie, ktoré ponúkajú nákladovo efektívne spôsoby, ako vidieť naše potreby a rozšíriť našu prítomnosť v celej slnečnej sústave.
Z tohto hľadiska by robotickí roboti, ako je BILL-E, boli užitoční nielen na obežnej dráhe, na Mesiaci alebo neskôr, ale aj tu na Zemi. Pri podobnom spojení s technológiou 3D tlače by veľké skupiny robotických montážnych robotov naprogramovaných na spoluprácu mohli poskytnúť lacné, modulárne bývanie, ktoré by mohlo pomôcť ukončiť krízu v bývaní.
Ako vždy, technologické inovácie, ktoré pomáhajú rozvíjať vesmírny výskum, sa dajú využiť na uľahčenie života na Zemi!
