NASA тестирует способность системы, включающей простых роботов, структурные строительные блоки и интеллектуальные алгоритмы, для создания функциональных, крупномасштабных структур, что в конечном итоге сможет помочь в создании автономной инфраструктуры в дальнем космосе.
Будущие долгосрочные миссии по исследованию дальнего космоса на Луну, Марс и за их пределами потребуют создания крупномасштабной инфраструктуры, такой как солнечные электростанции, системы связи и обитаемые зоны и т.д. Чтобы поддерживать долгосрочное присутствие в глубоком космосе, NASA нуждается в возможности создавать и поддерживать эти системы на месте, а не отправлять с Земли крупное предварительно собранное оборудование.
В рамках проекта «Автоматизированные реконфигурируемые адаптивные цифровые сборочные системы для миссии» (ARMADAS) NASA разрабатывает аппаратную и программную систему, которое сможет автономно собирать материалы для создания различных функциональных структур. В системе используются различные типы роботов, похожих на червей, которые могут собирать, ремонтировать и переконфигурировать конструкционные материалы для различных крупномасштабных аппаратных систем в космосе. Роботы могут выполнять свою работу на орбите, на поверхности Луны или на других планетах — даже до прибытия людей.
Исследователи из Исследовательского центра Эймса NASA недавно провели лабораторную демонстрацию технологии ARMADAS и проанализировали производительность системы. Во время испытаний три робота работали автономно, как команда, чтобы построить укрытие размером в несколько метров — размером примерно с сарай — используя сотни строительных блоков. Команда опубликовала свои результаты в журнале Science Robotics.
«Эксперимент по наземной сборке продемонстрировал важнейшие части системы: масштабируемость и надежность роботов, а также производительность конструкций, которые они строят. Этот тип испытаний является ключевым для развития технологий в космическом применении», — сказала Кристин Грегг, главный инженер ARMADAS в NASA Эймс.
Программируемые, реконфигурируемые структуры
«Возможности «адаптивности к миссии» позволяют повторно использовать систему для различных целей, в том числе для тех, которые заимствуют оборудование из завершенных операций, что снижает стоимость новых миссий», — сказал Кенни Чунг, главный исследователь ARMADAS. Система ARMADAS может использовать небольшой набор трехмерных строительных блоков, называемых вокселами (объемный аналог двумерных пикселей), для формирования практически любой структуры.Система является программируемой, она может самостоятельно переконфигурироваться в соответствии с меняющимися потребностями с помощью роботов.
Воксели, использованные в демонстрации, были изготовлены из прочных и легких композитных материалов и имели форму, называемую кубооктаэдр, с проволочным каркасом, плоскими гранями и очень точной геометрией. Размер конструкций, которые можно изготовить таким способом, ограничен только количеством строительных блоков.
Надежная система опирается на строительные блоки
Строительные блоки также являются ключом к автономности и надежности роботизированной системы. «Как правило, очень сложно разработать надежных автономных роботов, которые могут работать в неструктурированной среде, например, на типичной строительной площадке. Мы переворачиваем эту проблему с ног на голову, создавая очень простых и надежных роботов, которые работают в чрезвычайно структурированной решетчатой среде», — сказал Грегг.
Для демонстрации команда ARMADAS предоставила план конструкции, но не управляла работой роботов на микроуровне. Программные алгоритмы сами планировали задачи для роботов. Во время работы два робота, двигались по внешней стороне конструкции как червяки, перемещая по одному вокселу размером с футбольный мяч за раз. Один робот забирал вокселы со «станции снабжения» и передавал их второму роботу, который, в свою очередь, размещал каждый воксел в нужном месте. Третий робот, карабкаясь по внутреннему пространству вокселей, прикреплял каждый новый воксел к остальной части структуры.
«Поскольку роботы выравнивают каждый маленький шаг со структурой, которая по сути представляет собой трехмерную сетку, простые алгоритмы с низкими требованиями к вычислениям и измерениям могут достичь целей высокого уровня автономности. Система строит и исправляет ошибки самостоятельно, без машинного зрения или внешних средств измерения», — сказал Грегг.
В будущем работа расширит библиотеку типов вокселей, с которыми работают роботы, включив в нее солнечные панели, электрические соединения, экранирование и многое другое. Каждый новый тип модуля значительно расширит возможности применения, поскольку роботы смогут комбинировать модули в соответствии с конкретными потребностями и местами. Команда ARMADAS также работает над новыми возможностями роботов, чтобы гарантировать, что автономно построенные объекты будут безопасными и надежными до прибытия астронавтов.
Технологический подход ARMADAS может усилить возможности в исследовании дальнего космоса. В дальнейшем роботы смогут также и разбирать космические конструкции, перепрофилировать строительные блоки и строить новые конструкции.
