Когда астронавты начнут строить постоянную базу на Луне, что НАСА планирует сделать в ближайшие годы, им понадобится помощь. Роботы потенциально могли бы выполнять тяжелую работу, прокладывая кабели, развертывая солнечные батареи, возводя башни связи и строя жилища. Но если каждый робот предназначен для определенного действия или задачи, лунная база может быть захвачена целым зоопарком машин, каждая со своими уникальными частями и протоколами. Чтобы избежать проблем с ботами, команда инженеров Массачусетского технологического института разрабатывает набор универсальных роботизированных частей, которые астронавт может легко смешивать и сочетать, чтобы быстро настроить различные «виды» роботов для различных миссий на Луне. После завершения миссии робота можно разобрать и использовать его части для настройки нового робота для решения другой задачи.
Команда называет систему WORMS, что означает Ходячая Олигомерная Роботизированная Система Подвижности. Части системы включают в себя роботизированные конечности, вдохновленные червями, которые космонавт может легко прикрепить к основанию и которые работают вместе как ходячий робот. В зависимости от миссии детали могут быть сконфигурированы для создания, например, больших «вьючных» ботов, способных нести тяжелые солнечные батареи в гору. Те же части могут быть преобразованы в роботов-пауков с шестью ногами, которых можно опустить в лавовую трубу, чтобы добыть замороженную воду.
«Вы можете представить себе сарай на Луне с полками с червями», — говорит руководитель группы Джордж Лордос, доктор философии. кандидат и аспирант кафедры аэронавтики и астронавтики Массачусетского технологического института (AeroAstro) в отношении независимых шарнирно-сочлененных роботов, которые несут свои собственные двигатели, датчики, компьютер и аккумулятор. «Астронавты могут пойти в сарай, выбрать нужных им червей, а также подходящую обувь, тело, датчики и инструменты, и они могут соединить все вместе, а затем разобрать, чтобы сделать новое. Конструкция гибкая, устойчивая и экономически эффективным." Команда Лордоса построила и продемонстрировала шестиногого робота WORMS. На прошлой неделе они представили свои результаты на аэрокосмической конференции IEEE, где также получили награду за лучшую статью.
WORMS был задуман в 2022 году как ответ на проект НАСА «Прорыв, инновации и изменение игры» (BIG) Idea Challenge — ежегодный конкурс для студентов университетов, призванный спроектировать, разработать и продемонстрировать революционную идею. В 2022 году НАСА поставило перед студентами задачу разработать роботизированные системы, способные передвигаться по пересеченной местности без использования колес. Команда из Space Resources Workshop при Массачусетском технологическом институте приняла вызов, специально нацелившись на дизайн лунного робота, который мог бы перемещаться по экстремальной местности Южного полюса Луны — ландшафту, отмеченному густой пушистой пылью; крутые скалистые склоны; и глубокие лавовые трубы. В окружающей среде также есть «постоянно затененные» области, которые могут содержать замерзшую воду, которая, если бы она была доступна, была бы необходима для поддержания жизни космонавтов.
Обдумывая, как ориентироваться в полярной местности Луны, студенты черпали вдохновение у животных. В ходе своего первоначального мозгового штурма они отметили, что определенные животные могут концептуально подходить для определенных миссий: паук может спуститься и исследовать лавовую трубу, слоны могут нести тяжелое оборудование, поддерживая друг друга на крутом склоне, а коза, привязанная к быку, может помочь вести более крупное животное вверх по склону холма, поскольку оно перевозит множество солнечных батарей. «Размышляя об этих вдохновениях животных, мы поняли, что одно из простейших животных, червяк, совершает движения, похожие на движения руки, ноги, позвоночника или хвоста», — говорит заместитель руководителя группы и аспирант «АэроАстро». Майкл Браун. «А потом вспыхнула лампочка: мы могли бы построить всех этих роботов, вдохновленных животными, используя червеобразные придатки».
Лордос, имеющий греческое происхождение, помог создать WORMS и выбрал букву «О» для обозначения «олигомерный», что по-гречески означает «несколько частей». «Наша идея заключалась в том, что, используя всего несколько частей, объединенных по-разному, вы можете смешивать и сочетать и получать всех этих разных роботов», — говорит студентка AeroAstro Брук Бенше. Основные части системы включают придаток или червяк, который можно прикрепить к корпусу или шасси с помощью «универсального интерфейсного блока», который соединяет две части вместе с помощью поворотно-замкового механизма. Детали можно отсоединить с помощью небольшого инструмента, который освобождает подпружиненные штифты блока.
Придатки и тела также могут соединяться с аксессуарами, такими как «обувь», которую команда разработала в форме вока, и системой LiDAR, которая может отображать окружение, чтобы помочь роботу ориентироваться. «В будущих итерациях мы надеемся добавить больше датчиков и инструментов с защелкой, таких как лебедки, датчики баланса и дрели», — говорит студент AeroAstro Джейкоб Родригес. Команда разработала программное обеспечение, которое можно адаптировать для координации нескольких придатков. В качестве доказательства концепции команда построила шестиногого робота размером с тележку. В лаборатории они показали, что после сборки независимые конечности робота работают, чтобы ходить по ровной поверхности. Команда также показала, что может быстро собрать и разобрать робота в полевых условиях, на пустынном участке в Калифорнии.
В первом поколении каждый придаток WORMS имеет длину около 1 метра и весит около 20 фунтов. При гравитации Луны, которая составляет примерно одну шестую от земной, каждая конечность будет весить около 3 фунтов, с которыми астронавт может легко 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 соединить вместе, чтобы построить «вьючных» ботов, способных перевозить тяжелые грузы. «Есть много модных словечек, 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, работавший в качестве исследователя. судья конкурса BIG Idea Challenge 2022 года. «Концепция MIT WORMS включает в себя все эти качества и многое другое».
