Vi lever i en verden der flere teknologiske revolusjoner finner sted samtidig. Mens hoppene som finner sted innen databehandling, robotikk og bioteknologi får mye oppmerksomhet, blir mindre oppmerksomhet rettet mot et felt som er like lovende. Dette ville være produksjonsfeltet, der teknologier som 3D-utskrift og autonome roboter viser seg å være en enorm spillbytter.
For eksempel er det arbeidet som forfølges av MITs Center for Bits and Atoms (CBA). Det er her doktorgradsstudent Benjamin Jenett og professor Neil Gershenfeld (som en del av Jenetts doktorgradsarbeid) jobber med bittesmå roboter som er i stand til å sette sammen hele strukturer. Dette arbeidet kan ha konsekvenser for alt fra fly og bygninger til bebyggelse i verdensrommet.
Arbeidet deres er beskrevet i en studie som nylig dukket opp i oktoberutgaven av IEEE Robotikk og automatiseringsbrev. Studien ble forfattet av Jenett og Gershenfeld, som fikk selskap av stipendiat Amira Abdel-Rahman og Kenneth Cheung - utdannet ved MIT og CBA, som nå jobber ved NASAs Ames Research Center.
Som Gerensheld forklarte i en fersk utgivelse av MIT News, har det historisk sett vært to brede kategorier av robotikk. På den ene siden har du fått dyre robotikk laget tilpassede komponenter som er optimalisert for bestemte applikasjoner. På den annen side er det de som er laget av rimelige masseproduserte moduler med lavere ytelse.
Robotene som CBA-teamet jobber med - som Jenett har kalt Bipedal Isotropic Lattice Locomoting Explorer (BILL-E, som WALL-E) - representerer en helt ny gren av robotikk. På den ene siden er de mye enklere enn den dyre, tilpassede og optimaliserte varianten av roboter. På den andre siden er de langt mer dyktige enn masseproduserte roboter og kan bygge et bredere utvalg av strukturer.
I hjertet av konseptet er ideen om at større strukturer kan settes sammen ved å integrere mindre 3D-brikker - som CBA-teamet kaller “voxels”. Disse komponentene består av enkle stivere og noder og kan enkelt festes sammen ved hjelp av enkle sperresystemer. Siden de stort sett er tomt, er de lette, men kan likevel ordnes for å fordele belastninger effektivt.
Robotene ligner i mellomtiden på en liten arm med to lange segmenter som er hengslet i midten med en klemmeinnretning i hver ende som de bruker for å gripe tak i voxelstrukturen. Disse vedleggene lar robotene bevege seg rundt som tommerorm, åpne og lukke kroppene sine for å bevege seg fra det ene stedet til det neste.
Imidlertid er hovedforskjellen mellom disse montere og tradisjonelle roboter forholdet mellom robotarbeideren og materialene den jobber med. I følge Gershefeld er det umulig å skille denne nye typen roboter fra strukturene de bygger siden de fungerer sammen som et system. Dette er spesielt tydelig når det gjelder robotenes navigasjonssystem.
I dag krever de fleste mobile roboter et meget presist navigasjonssystem for å holde oversikt over sin posisjon, for eksempel GPS. De nye monteringsrobotene trenger imidlertid bare vite hvor de er i forhold til voxellene (små underenheter de jobber med for tiden). Når en samler flytter til den neste, justerer den sin følelse av posisjon, ved å bruke hva den jobber med å orientere seg.
Hver av BILL-E-robotene er i stand til å telle trinnene sine, som i tillegg til navigasjon lar den rette opp eventuelle feil den gjør underveis. Sammen med kontrollprogramvare utviklet av Abdel-Rahman, vil denne forenklede prosessen gjøre det mulig for svermer av BILL-Es å koordinere deres innsats og arbeide sammen, noe som vil øke montasjeprosessen. Som Jenett sa:
"Vi legger ikke presisjonen i roboten; presisjonen kommer fra strukturen [når den gradvis tar form]. Det er forskjellig fra alle andre roboter. Den trenger bare å vite hvor neste steg er. ”
Jenett og hans medarbeidere har bygget flere proof-of-concept-versjoner av samlerne, sammen med tilsvarende Voxel-design. Arbeidet deres har nå kommet til et punkt hvor prototypeversjoner er i stand til å demonstrere samlingen av voxel-blokkene til lineære, todimensjonale og tredimensjonale strukturer.
Denne typen monteringsprosesser har allerede vekket interessen fra NASA (som samarbeider med MIT om denne forskningen), og Nederland-baserte luftfartsselskapet Airbus SE - som også sponset studien. I NASAs tilfelle vil denne teknologien være en velsignelse for deres automatiserte rekonfigurerbare Mission Adaptive Digital Assembly Systems (ARMADAS), som medforfatter Cheung leder.
Målet med dette prosjektet er å utvikle de nødvendige automatiserings- og robotmonteringsteknologiene for å utvikle dypromsinfrastruktur - som inkluderer en månebase og romhabitater. I disse miljøene tilbyr robotmonterere fordelen av å kunne sette sammen strukturer raskt og mer kostnadseffektivt. Tilsvarende vil de være i stand til å utføre reparasjoner, vedlikehold og endringer med letthet.
"For en romstasjon eller et månemiljø, vil disse robotene leve på strukturen og kontinuerlig vedlikeholde og reparere den," sier Jenett. Å ha disse robotene vil eliminere behovet for å lansere store forhåndsmonterte strukturer fra Jorden. Når de er parret med additiv produksjon (3D-utskrift), vil de også kunne bruke lokale ressurser som byggematerialer (en prosess kjent som In-Situ Resource Utilization eller ISRU).
Sandor Fekete er direktør for Institutt for operativsystemer og datanettverk ved det tekniske universitetet i Braunschweig, Tyskland. I fremtiden håper han å bli med på teamet for å videreutvikle kontrollsystemene. Selv om det er en betydelig utfordring å utvikle disse robotene til et punkt at de vil kunne bygge strukturer i verdensrommet, er applikasjonene de kan ha enorme. Som Fekete sa:
“Roboter blir ikke lei eller kjeder seg, og det å bruke mange miniatyrroboter virker som den eneste måten å få denne kritiske jobben til. Dette ekstremt originale og smarte verket av Ben Jenett og samarbeidspartnere gjør et kjempesprang mot konstruksjonen av dynamisk justerbare flyvinger, enorme solseil eller til og med rekonfigurerbare romhabitater. ”
Det er liten tvil om at hvis menneskeheten ønsker å leve bærekraftig på jorden eller våge seg ut i verdensrommet, vil den trenge å stole på noe ganske avansert teknologi. Akkurat nå er de mest lovende av disse de som tilbyr kostnadseffektive måter å ivareta våre behov og utvide vår tilstedeværelse på i solsystemet.
I så henseende ville robotmonterere som BILL-E ikke bare være nyttige i bane, på månen eller utover, men også her på jorden. Når de ble sammenkoblet med 3D-trykkteknologi, kunne store grupper av robotmonterere som var programmert til å samarbeide, tilby billige, modulære boliger som kan bidra til å få slutt på boligkrisen.
Som alltid kan teknologiske nyvinninger som hjelper til med å fremme romutforskning, også brukes for å gjøre livet på jorden enklere!
