Чтобы избежать проблем с ботами, команда инженеров Массачусетского технологического института разрабатывает набор универсальных роботизированных деталей, которые астронавт мог бы легко смешивать и подбирать для быстрой настройки различных "видов" роботов для выполнения различных миссий на Луне. Как только миссия завершена, робот может быть разобран, а его части использованы для настройки нового робота для выполнения другой задачи.

Команда называет систему WORMS в честь шагающей олигомерной роботизированной системы мобильности. Части системы включают роботизированные конечности в виде червей, которые астронавт может легко прикрепить к основанию и которые работают вместе как шагающий робот. В зависимости от миссии детали могут быть сконфигурированы для создания, например, больших "вьючных" ботов, способных поднимать тяжелые солнечные батареи на холм. Те же самые детали можно было бы переделать в шестиногих роботов-пауков, которых можно опускать в лавовую трубу для бурения в поисках замерзшей воды.

"Вы могли бы представить себе сарай на Луне с полками червей", - говорит руководитель группы Джордж Лордос, кандидат наук и преподаватель высшей школы на факультете аэронавтики и астронавтизма Массачусетского технологического института (AeroAstro), имея в виду независимых шарнирно сочлененных роботов, которые имеют свои собственные двигатели, датчики, компьютер и аккумулятор. "Астронавты могли бы пойти в сарай, выбрать нужных им червей, а также подходящую обувь, тело, датчики и инструменты, и они могли бы собрать все вместе, а затем разобрать, чтобы сделать новое. Конструкция является гибкой, устойчивой и экономичной".

Команда Lordos построила и продемонстрировала шестиногого робота WORMS. На прошлой неделе они представили свои результаты на аэрокосмической конференции IEEE, где также получили награду за лучший доклад конференции.

MIT team members include Michael J. Brown, Kir Latyshev, Aileen Liao, Sharmi Shah, Cesar Meza, Brooke Bensche, Cynthia Cao, Yang Chen, Alex S. Miller, Aditya Mehrotra, Jacob Rodriguez, Anna Mokkapati, Tomas Cantu, Katherina Sapozhnikov, Jessica Rutledge, David Trumper, Sangbae Kim, Olivier de Weck, Jeffrey Hoffman, along with Aleks Siemenn, Cormac O'Neill, Diego Rivero, Fiona Lin, Hanfei Cui, Isabella Golemme, John Zhang, Jolie Bercow, Prajwal Mahesh, Stephanie Howe, and Zeyad Al Awwad, as well as Chiara Rissola of Carnegie Mellon University and Wendell Chun of the University of Denver.

Животные инстинкты

WORMS был задуман в 2022 году как ответ на прорывную, инновационную и изменяющую правила игры (BIG) Idea Challenge НАСА - ежегодное соревнование для студентов университетов на проектирование, разработку и демонстрацию идеи, меняющей правила игры. В 2022 году НАСА поставило перед студентами задачу разработать роботизированные системы, способные передвигаться по экстремальной местности без использования колес.

Команда из мастерской космических ресурсов Массачусетского технологического института приняла вызов, специально разработав лунного робота, который мог бы перемещаться по экстремальной местности Южного полюса Луны - ландшафту, отмеченному толстым слоем пушистой пыли, крутыми скалистыми склонами и глубокими лавовыми трубами. В окружающей среде также находятся "постоянно затененные" регионы, которые могут содержать замороженную воду, которая, если она будет доступна, была бы необходима для поддержания жизнедеятельности астронавтов.

Размышляя о способах навигации по полярной местности Луны, студенты черпали вдохновение в животных. В ходе своего первоначального мозгового штурма они отметили, что определенные животные концептуально могут подходить для определенных миссий: паук может спуститься вниз и исследовать лавовую трубу, вереница слонов может нести тяжелое оборудование, поддерживая друг друга, вниз по крутому склону, а коза, привязанная к быку, может помочь вести более крупное животное вверх по склону холма, когда он перевозит множество солнечных панелей.

"Размышляя об этих вдохновляющих животных, мы поняли, что одно из простейших животных, червь, совершает движения, похожие на движения руки, или ноги, или позвоночника, или хвоста", - говорит заместитель руководителя группы и аспирант AeroAstro Майкл Браун. "И тогда загорелась лампочка: мы могли бы построить всех этих роботов, вдохновленных животными, используя червеобразные придатки"."

Включайся, выключайся

Лордос, грек по происхождению, помогал чеканить ЧЕРВЯКОВ и выбрал букву "О" для обозначения "олигомерного", что в переводе с греческого означает "несколько частей".

"Наша идея заключалась в том, что всего из нескольких деталей, скомбинированных по-разному, можно было бы смешивать и сочетать между собой и получить всех этих разных роботов", - говорит студентка AeroAstro Брук Бенше.

Основные части системы включают в себя придаток, или червяк, который может быть прикреплен к корпусу или шасси с помощью "универсального интерфейсного блока", который соединяет две части вместе с помощью механизма поворота и фиксации. Детали можно отсоединить с помощью небольшого инструмента, который высвобождает подпружиненные штифты блока.

Придатки и тела также могут соединяться с аксессуарами, такими как "башмак", который команда разработала в форме вока, и лидарная система, которая может отображать окружающую среду, помогая роботу ориентироваться.

"В будущих версиях мы надеемся добавить больше защелкивающихся датчиков и инструментов, таких как лебедки, датчики баланса и дрели", - говорит студент AeroAstro Джейкоб Родригес.

Команда разработала программное обеспечение, которое может быть адаптировано для координации нескольких придатков. В качестве доказательства концепции команда построила шестиногого робота размером примерно с тележку. В лаборатории они показали, что после сборки независимые конечности робота работают, чтобы передвигаться по ровной поверхности. Команда также показала, что они могут быстро собирать и разбирать робота в полевых условиях, на пустынном участке в Калифорнии.

В своем первом поколении каждый придаток червя имеет длину около 1 метра и весит около 20 фунтов. При гравитации Луны, которая составляет примерно одну шестую земной, каждая конечность весила бы около 3 фунтов, с которыми астронавт мог бы легко справиться, чтобы собрать или разобрать робота в полевых условиях. Команда спланировала спецификации для более крупного поколения с более длинными и немного более тяжелыми придатками. Эти более крупные части можно было бы соединить вместе, чтобы создать "упаковочных" ботов, способных перевозить тяжелые полезные грузы.

"Есть много модных слов, которые используются для описания эффективных систем для будущих космических исследований: модульные, реконфигурируемые, адаптируемые, гибкие, сквозные и так далее", - говорит Кевин Кемптон, инженер исследовательского центра НАСА в Лэнгли, который был судьей конкурса BIG Idea Challenge 2022. "Концепция MIT WORMS включает в себя все эти качества и многое другое".

Это исследование было частично поддержано НАСА, Массачусетским технологическим институтом, Массачусетским космическим грантом, Национальным научным фондом и Фондом Фанни и Джона Герц.

Видео: https://youtu.be/U72lmSXEVkM