Klára Ponczová, 19. 01. 21

Led se nabízí jako ideální konstrukční materiál na průzkumné roboty pohybující se ve vesmíru. Jak bude vypadat proces výroby a jakým designérským výzvám budou v tomto směru vědci čelit?

I přesto, že do vývoje planetárních průzkumných robotů vkládají vědci z NASA i JPL nemalé úsilí, stále u nich dochází ke značnému množství poruch. Tyto poruchy sice nejsou nějak závažné, jenže roboty ve vzdáleném vesmíru nemá kdo opravit, jejich mise tak sebemenším poškozením většinou končí.

I přesto, že se v dnešní době už designují roboti, kteří se sami opravit dokážou, jako například vozítka designovaná pro pohyb na Marsu, která si dovedou sama vyměnit sjetá kola, visí ve vzduchu znepokojivá otázka, kde ta kola budou pořád brát…

Led a solární energie

Čímž se dostáváme k ještě zásadnějšímu problému, než je poruchovost, a tím jsou materiální zdroje. Kde brát materiály, které pomohu s udržením robota v chodu i v extrémně nehostinných podmínkách?

Problém s dobíjením průzkumných robotů se vědcům podařil vyřešit relativně úspěšně za pomocí solární energie. Tu totiž, minimálně v naší sluneční soustavě, najdeme téměř všude. Sice z ní nevyrobíme kola, ale můžeme ji použít k výrobě kol z dalšího materiálu, který je nám ve vesmíru k dispozici. A tím je led.

Tisíc možných podob ledu

A právě toto téma na loňské mezinárodní konferenci o inteligentních robotech a systémech (IROS 2020) nastínil tým vědců Devin Carroll a Mark Yim z Pensylvánské univerzity. Je jasné, že led nikdy nebude tak účinný jako jsou tradiční konstrukční materiály jako titan nebo uhlíková vlákna, ale lze jej najít na řadě míst, kde nic jiného k dispozici nemáme, a je jedinečný v tom, jak je možné jej upravovat. Relativně malé množství tepla lze totiž použít nejen k jeho řezání a tvarování, ale také k lepení.

Předpokládá se, že robot by s ledem pracoval v prostředí, kde se tato surovina nachází všude a teplota je stabilně dostatečně nízká, aby teplo, které robot generuje při pohybu nebo zpracování materiálu, nevedlo k jeho samovolnému tání.

Jako nejúčinnější a energeticky nejefektivnější metoda zpracovávání ledu robotem se zatím jeví zpracovávání materiálu pomocí vrtání a řezání. 3D tisk, CNC obrábění a formování se ukazuje jako energeticky příliš náročné.  I tady však vědci narážejí na komplikace, kterými jsou ledové hobliny a voda, které by mohly při řezání spadnout a znovu zmrznout tam, kde nemají.

IceBot na Antarktidě

Jeden robot částečně vyrobený z ledu už existuje. Vědci ho pojmenovali příznačně IceBot a jde o upravený prototyp průzkumného antarktického robota o hmotnosti 6,3 kg. Byl vyroben ručně a vše, co zatím dokázal, je to, že se okamžitě nerozpadl a ihned neroztál ani v pokojové teplotě.

Vědce čeká ještě mnoho práce, než vytvoří IceBota, který by ovládal některou z požadovaných funkcí jako je vlastní replikace, vylepšení nebo oprava, ale právě na tom teď intenzivně pracují.

Jak to celé uchopit

„Aktuálně se zabýváme tím, jak designovat manipulátor, kterým by robot led uchopoval a následně jej mohl začít zpracovávat,“ říká Devin Carroll, hlavní vědec, který se na vývoji ledového robota podílí.

Zatím se jako nadějná jeví myšlenka použití sítě odporových drátů k roztavení části povrchu ledových bloků a vytvoření dočasného spojení mezi blokem ledu a manipulátorem zatímco s ním bude robot manévrovat a zpracovávat jej do požadovaného tvaru. Tím by se totiž předešlo nutnosti dělat do ledu díry nebo jej jinak deformovat.

„Jednou ze zajímavých výzev designu v těchto směrech je zajistit, abychom maximalizovali sílu připojení a zároveň minimalizovali při tom spotřebovanou energii,“ vysvětluje Carroll. Zejména ve vzdálených prostředích je totiž energie cennou komoditou a navrhované systémy s tím musí počítat.

Led jako nestabilní surovina

Ledu jako vesmírnému stavebnímu materiálu zatím nebylo věnováno příliš mnoho pozornosti zvláště z důvodu nejistoty, kterou práce s ním obnáší. Designér dopředu neví, co všechno může v neznámých podmínkách led narušit a vzhledem k choulostivosti materiálu je zde prostor pro chybu mnohem větší než u stabilnějších surovin.

I přesto se však v hlavách vědců už teď rýsuje směr, kterým by roboti ve vesmírném ledovém království nakonec mohli docela dobře fungovat. Tomu směru se říká „spolupráce“.

„Představuji si systém se dvěma typy robotů. První zkoumá prostředí a shromažďuje materiály potřebné k vlastnímu vylepšování nebo opravám. Druhý robot je určitým druhem manipulátoru/výrobního systému. Můžeme si představit průzkumného robota vracejícího se do centralizovaného umístění s požadavkem na svého robotího kolegu na výrobu pluhu nebo jiného rozšíření. Ten mu jej bude schopen vyrobit a rovnou jej k němu i připojit,“ vysvětluje svou ideu Carroll.

Podobně by to pak mělo fungovat i u oprav - pokud by na sobě robot například detekoval trhlinu, manipulátor by byl schopen ji pomocí ledu utěsnit a zabránit jejímu zvětšování. Na rozdíl od současných robotů NASA by tak jeho mise sebemenším poškozením nebo nedostatkem vybavení nekončila.

Tento článek je chráněn pomocí blockchainové služby Mytitle.