NASA тестує здатність системи, що включає простих роботів, структурні будівельні блоки та інтелектуальні алгоритми для створення функціональних, великомасштабних структур, що зрештою зможе допомогти у створенні автономної інфраструктури в далекому космосі.
Майбутні довгострокові місії з дослідження далекого космосу на Місяць, Марс та за їх межами вимагатимуть створення великомасштабної інфраструктури, такої як сонячні електростанції, системи зв'язку та населені зони тощо. Щоб підтримувати довгострокову присутність у глибокому космосі, NASA потребує можливості створювати та підтримувати ці системи на місці, а не відправляти із Землі велике попередньо зібране обладнання.
У рамках проекту «Автоматизовані адаптивні цифрові складальні системи для місії, що реконфігуруються» (ARMADAS) NASA розробляє апаратну та програмну систему, яка зможе автономно збирати матеріали для створення різних функціональних структур. У системі використовуються різні типи роботів, схожих на хробаків, які можуть збирати, ремонтувати та переконфігурувати конструкційні матеріали для різних великомасштабних апаратних систем у космосі. Роботи можуть виконувати свою роботу на орбіті, на поверхні Місяця чи інших планетах — навіть до прибуття людей.
Дослідники з Дослідницького центру Еймса NASA нещодавно провели лабораторну демонстрацію технології ARMADAS та проаналізували продуктивність системи. Під час випробувань три робота працювали автономно, як команда, щоб збудувати укриття розміром у кілька метрів — розміром приблизно з сарай — використовуючи сотні будівельних блоків. Команда опублікувала свої результати у журналі Science Robotics.
«Експеримент із наземного складання продемонстрував найважливіші частини системи: масштабованість та надійність роботів, а також продуктивність конструкцій, які вони будують. Цей тип випробувань є ключовим для розвитку технологій у космічному застосуванні», — сказала Крістін Грегг, головний інженер ARMADAS.
Програмовані структури, що реконфігуруються
«Можливості «адаптивності до місії» дозволяють повторно використовувати систему для різних цілей, у тому числі для тих, які запозичують обладнання із завершених операцій, що знижує вартість нових місій», — сказав Кенні Чунг, головний дослідник ARMADAS. Система ARMADAS може використовувати невеликий набір тривимірних будівельних блоків, званих вокселами (об'ємний аналог двовимірних пікселів), для формування практично будь-якої структури. Система є програмованою, вона може самостійно переконфігуруватися відповідно до мінливих потреб за допомогою роботів.
Вокселі, використані в демонстрації, були виготовлені з міцних та легких композитних матеріалів і мали форму, звану кубооктаедр, із дротяним каркасом, плоскими гранями та дуже точною геометрією. Розмір конструкцій, які можна виготовити у такий спосіб, обмежений лише кількістю будівельних блоків.
Надійна система спирається на будівельні блоки
Будівельні блоки також є ключем до автономності та надійності роботизованої системи. «Як правило, дуже складно розробити надійних автономних роботів, які можуть працювати в неструктурованому середовищі, наприклад, на типовому будівельному майданчику. Ми перевертаємо цю проблему з ніг на голову, створюючи дуже простих і надійних роботів, які працюють у надзвичайно структурованому ґратчастому середовищі», — сказав Грегг.
Для демонстрації команда ARMADAS надала план конструкції, але не керувала роботою роботів на мікрорівні. Програмні алгоритми самі планували завдання роботів. Під час роботи два робота рухалися на зовнішній стороні конструкції як черв'яки, переміщаючи по одному вокселу розміром з футбольний м'яч за раз. Один робот забирав воксели зі «станції постачання» та передавав їх другому роботу, який, у свою чергу, розміщував кожен воксел у потрібному місці. Третій робот, дерючись по внутрішньому простору вокселів, прикріплював кожен новий воксел до решти структури.
«Оскільки роботи вирівнюють кожен маленький крок зі структурою, яка по суті є тривимірною сіткою, прості алгоритми з низькими вимогами до обчислень та вимірювань можуть досягти цілей високого рівня автономності. Система будує та виправляє помилки самостійно, без машинного зору чи зовнішніх засобів вимірювання», — сказав Грегг.
У майбутньому робота розширить бібліотеку типів вокселів, з якими працюють роботи, включивши до неї сонячні панелі, електричні з'єднання, екранування та багато іншого. Кожен новий тип модуля значно розширить можливості застосування, оскільки роботи зможуть комбінувати модулі відповідно до конкретних потреб та місць. Команда ARMADAS також працює над новими можливостями роботів, щоб гарантувати, що автономно збудовані об'єкти будуть безпечними та надійними до прибуття астронавтів.
Технологічний підхід ARMADAS може посилити можливості дослідження далекого космосу. Надалі роботи зможуть також розбирати космічні конструкції, перепрофілювати будівельні блоки та будувати нові конструкції.
