Vi lever i en verden, hvor flere teknologiske revolutioner finder sted på samme tid. Mens springene, der finder sted inden for computere, robotik og bioteknologi, får meget opmærksomhed, gives der mindre opmærksomhed til et felt, der er lige så lovende. Dette ville være fremstillingsområdet, hvor teknologier som 3D-udskrivning og autonome robotter viser sig at være en enorm spiludveksler.
F.eks. Er der arbejdet, der udføres af MIT's Center for Bits and Atoms (CBA). Det er her, studerende Benjamin Jenett og professor Neil Gershenfeld (som en del af Jenetts doktorafhandling) arbejder på små robotter, der er i stand til at samle hele strukturer. Dette arbejde kan have konsekvenser for alt fra fly og bygninger til bygder i rummet.
Deres arbejde er beskrevet i en undersøgelse, der for nylig blev vist i oktoberudgaven af IEEE Robotik og automatiseringsbreve. Undersøgelsen er forfatter af Jenett og Gershenfeld, som blev sammen med medstuderende Amira Abdel-Rahman og Kenneth Cheung - en kandidat fra MIT og CBA, der nu arbejder på NASAs Ames Research Center.
Som Gerensheld forklarede i en nylig MIT News-udgivelse, har der historisk set været to brede kategorier af robotik. På den ene side har du dyre robotik lavet brugerdefinerede komponenter, der er optimeret til bestemte applikationer. På den anden side er der dem, der er lavet af billige masseproducerede moduler med lavere ydelse.
Robotterne, som CBA-teamet arbejder på - som Jenett har kaldt Bipedal Isotropic Lattice Locomoting Explorer (BILL-E, ligesom WALL-E) - repræsenterer en helt ny gren af robotik. På den ene side er de meget enklere end den dyre, brugerdefinerede og optimerede række robotter. På den anden side er de langt mere dygtige end masseproducerede robotter og kan opbygge en bredere vifte af strukturer.
I hjertet af konceptet er ideen om, at større strukturer kan samles ved at integrere mindre 3D-stykker - som CBA-teamet kalder “voxels”. Disse komponenter er sammensat af enkle stivere og knudepunkter og kan let fastgøres sammen ved hjælp af enkle låseanlæg. Da de for det meste er tomt, er de lette, men kan stadig arrangeres for at fordele belastninger effektivt.
Roboterne ligner i mellemtiden en lille arm med to lange segmenter, der er hængslet i midten med en spændeanordning i hver ende, som de bruger til at gribe fat i voxelstrukturen. Disse vedhæng gør det muligt for robotterne at bevæge sig som tomme orme, åbne og lukke deres kroppe for at bevæge sig fra det ene sted til det næste.
Den største forskel mellem disse samlere og traditionelle robotter er imidlertid forholdet mellem robotarbejderen og materialerne, det arbejder med. Ifølge Gershefeld er det umuligt at skelne denne nye type robot fra de strukturer, de bygger, da de fungerer sammen som et system. Dette er især synligt, når det kommer til robotternes navigationssystem.
I dag kræver de fleste mobile robotter et meget præcist navigationssystem for at holde styr på deres position, f.eks. GPS. De nye samlerobotter skal imidlertid kun vide, hvor de er i forhold til voxels (små underenheder, de arbejder på i øjeblikket). Når en samler bevæger sig hen til den næste, justeres den sin følelse af position ved hjælp af hvad den arbejder på for at orientere sig.
Hver af BILL-E-robotterne er i stand til at tælle sine trin, som ud over navigation tillader den at rette eventuelle fejl, den foretager undervejs. Sammen med styresoftware udviklet af Abdel-Rahman vil denne forenklede proces gøre det muligt for sværme af BILL-Es at koordinere deres indsats og arbejde sammen, hvilket vil fremskynde monteringsprocessen. Som Jenett sagde:
”Vi lægger ikke præcisionen i roboten; præcisionen kommer fra strukturen [når den gradvist tager form]. Det er forskelligt fra alle andre robotter. Det skal bare vide, hvor det næste trin er. ”
Jenett og hans medarbejdere har bygget flere proof-of-concept-versioner af samlerne sammen med tilsvarende voxel-design. Deres arbejde er nu gået til det punkt, hvor prototypeversioner er i stand til at demonstrere samlingen af voxel-blokke i lineære, to-dimensionelle og tredimensionelle strukturer.
Denne form for monteringsproces har allerede tiltrukket sig interessen fra NASA (som samarbejder med MIT om denne forskning), og det nederlandske-baserede luftfartsselskab Airbus SE - som også sponsorerede undersøgelsen. I NASA's tilfælde ville denne teknologi være en velsignelse for deres automatiserede genkonfigurerbare Mission Adaptive Digital Assembly Systems (ARMADAS), som medforfatter Cheung leder.
Formålet med dette projekt er at udvikle de nødvendige automatiserings- og robotmonteringsteknologier til at udvikle dybde-infrastruktur - som inkluderer en månebase og rumhabitater. I disse miljøer tilbyder robotmonterede fordele ved at være i stand til at samle strukturer hurtigt og mere omkostningseffektivt. Tilsvarende vil de være i stand til let at udføre reparationer, vedligeholdelse og ændringer.
”For en rumstation eller et månemiljø vil disse robotter leve på strukturen og vedligeholde og reparere den konstant,” siger Jenett. At have disse robotter rundt vil eliminere behovet for at lancere store formonterede strukturer fra Jorden. Når de er parret med additivfremstilling (3D-udskrivning), ville de også kunne bruge lokale ressourcer som byggematerialer (en proces, der kaldes In-Situ Resource Utilization eller ISRU).
Sandor Fekete er direktør for Institut for Operativsystemer og Computernetværk ved Det Tekniske Universitet i Braunschweig, Tyskland. I fremtiden håber han at blive medlem af teamet for at videreudvikle kontrolsystemerne. Selvom udviklingen af disse robotter til det punkt, at de vil være i stand til at opbygge strukturer i rummet, er en betydelig udfordring, er de anvendelser, de kunne have, enorme. Som Fekete sagde:
”Robotter bliver ikke trætte eller kede sig, og at bruge mange miniatyrrobotter virker som den eneste måde at få dette kritiske job udført. Dette ekstremt originale og smarte værk af Ben Jenett og samarbejdspartnere skaber et kæmpe spring mod konstruktion af dynamisk justerbare flyvinger, enorme solsejl eller endda rekonfigurerbare pladshabitater. ”
Der er ingen tvivl om, at hvis menneskeheden ønsker at leve bæredygtigt på Jorden eller vove sig ud i rummet, bliver det nødvendigt at stole på noget temmelig avanceret teknologi. Lige nu er det mest lovende af dem dem, der tilbyder omkostningseffektive måder at se på vores behov og udvide vores tilstedeværelse på tværs af solsystemet.
I denne henseende ville robotsamlere som BILL-E ikke kun være nyttige i bane, på Månen eller derudover, men også her på Jorden. Når de blev parret på samme måde med 3D-udskrivningsteknologi, kunne store grupper af robotmonteringsprogrammer, der er programmeret til at arbejde sammen, tilbyde billige, modulære boliger, der kunne hjælpe med at få en ende på boligkrisen.
Som altid kan teknologiske nyskabelser, der hjælper med at fremme rumforskning, også udnyttes for at gøre livet på Jorden lettere!
