Ζούμε σε έναν κόσμο όπου πολλές τεχνολογικές επαναστάσεις πραγματοποιούνται ταυτόχρονα. Ενώ τα άλματα που συμβαίνουν στους τομείς της πληροφορικής, της ρομποτικής και της βιοτεχνολογίας λαμβάνουν μεγάλη προσοχή, λιγότερη προσοχή δίνεται σε έναν τομέα που είναι εξίσου ελπιδοφόρος. Αυτός θα ήταν ο τομέας της κατασκευής, όπου τεχνολογίες όπως η εκτύπωση 3D και τα αυτόνομα ρομπότ αποδεικνύονται ότι είναι ένα τεράστιο παιχνίδι αλλαγής.
Για παράδειγμα, υπάρχει το έργο που επιδιώκεται από το Κέντρο Μπιτς και Ατόμων (CBA) του MIT. Είναι εδώ που ο μεταπτυχιακός φοιτητής Benjamin Jenett και ο καθηγητής Neil Gershenfeld (ως μέρος της διδακτορικής διατριβής της Jenett) εργάζονται σε μικροσκοπικά ρομπότ που μπορούν να συναρμολογήσουν ολόκληρες δομές. Αυτό το έργο θα μπορούσε να έχει επιπτώσεις για τα πάντα, από αεροσκάφη και κτίρια έως οικισμούς στο διάστημα.
Το έργο τους περιγράφεται σε μια μελέτη που εμφανίστηκε πρόσφατα στο τεύχος Οκτωβρίου του Γράμματα ρομποτικής και αυτοματισμού IEEE. Η μελέτη συντάχθηκε από τη Jenett και τον Gershenfeld, οι οποίοι ενώθηκαν από τη συνάδελφο μεταπτυχιακό φοιτητή Amira Abdel-Rahman και Kenneth Cheung - απόφοιτο του MIT και της CBA, οι οποίοι εργάζονται τώρα στο Κέντρο Έρευνας Ames της NASA.
Όπως εξήγησε ο Gerensheld σε μια πρόσφατη ανακοίνωση του MIT News, υπήρχαν ιστορικά δύο ευρείες κατηγορίες ρομποτικής. Από τη μία πλευρά, έχετε ακριβά ρομποτική που έχουν δημιουργήσει προσαρμοσμένα στοιχεία που έχουν βελτιστοποιηθεί για συγκεκριμένες εφαρμογές. Από την άλλη πλευρά, υπάρχουν εκείνα που κατασκευάζονται από φθηνές μονάδες μαζικής παραγωγής με χαμηλότερη απόδοση.
Τα ρομπότ στα οποία εργάζεται η ομάδα CBA - στα οποία η Jenett ονομάστηκε Bipedal Isotropic Lattice Locomoting Explorer (BILL-E, όπως το WALL-E) - αντιπροσωπεύει έναν εντελώς νέο κλάδο ρομποτικής. Από τη μία πλευρά, είναι πολύ πιο απλές από την ακριβή, προσαρμοσμένη και βελτιστοποιημένη ποικιλία ρομπότ. Από την άλλη, είναι πολύ πιο ικανά από τα ρομπότ μαζικής παραγωγής και μπορούν να χτίσουν μια ευρύτερη ποικιλία δομών.
Στο επίκεντρο της ιδέας είναι η ιδέα ότι μεγαλύτερες δομές μπορούν να συναρμολογηθούν ενσωματώνοντας μικρότερα τρισδιάστατα κομμάτια - τα οποία η ομάδα CBA αποκαλεί «voxels». Αυτά τα εξαρτήματα αποτελούνται από απλά στηρίγματα και κόμβους και μπορούν εύκολα να στερεωθούν μαζί χρησιμοποιώντας απλά συστήματα μανδάλωσης. Δεδομένου ότι είναι ως επί το πλείστον άδειο χώρο, είναι ελαφρύ, αλλά μπορούν να διευθετηθούν ώστε να κατανέμουν αποτελεσματικά τα φορτία.
Τα ρομπότ, εν τω μεταξύ, μοιάζουν με ένα μικρό βραχίονα με δύο μεγάλα τμήματα που είναι αρθρωτά στη μέση με μια συσκευή σύσφιξης σε κάθε άκρο που χρησιμοποιούν για να πιάσουν τις δομές voxel. Αυτά τα προσαρτήματα επιτρέπουν στα ρομπότ να κινούνται σαν σκουλήκια, ανοίγοντας και κλείνοντας το σώμα τους για να μετακινηθούν από το ένα σημείο στο άλλο.
Ωστόσο, η κύρια διαφορά μεταξύ αυτών των συναρμολογητών και των παραδοσιακών ρομπότ είναι η σχέση μεταξύ του ρομποτικού εργαζομένου και των υλικών με τα οποία εργάζεται. Σύμφωνα με τον Gershefeld, είναι αδύνατο να γίνει διάκριση αυτού του νέου τύπου ρομπότ από τις δομές που κατασκευάζουν, καθώς συνεργάζονται ως σύστημα. Αυτό είναι ιδιαίτερα εμφανές όταν πρόκειται για το σύστημα πλοήγησης των ρομπότ.
Σήμερα, τα περισσότερα κινητά ρομπότ απαιτούν ένα πολύ ακριβές σύστημα πλοήγησης για να παρακολουθούν τη θέση τους, όπως το GPS. Τα νέα ρομπότ συναρμολόγησης, ωστόσο, χρειάζεται να γνωρίζουν μόνο πού βρίσκονται σε σχέση με τα φωνητικά (μικρές υπομονάδες στις οποίες εργάζονται αυτήν τη στιγμή). Όταν ένας συναρμολογητής κινείται στον επόμενο, αναπροσαρμόζει την αίσθηση της θέσης του, χρησιμοποιώντας ό, τι εργάζεται για να προσανατολιστεί.
Κάθε ένα από τα ρομπότ BILL-E έχει τη δυνατότητα να μετρά τα βήματά του, το οποίο εκτός από την πλοήγηση του επιτρέπει να διορθώνει τυχόν λάθη που κάνει. Μαζί με το λογισμικό ελέγχου που αναπτύχθηκε από τον Abdel-Rahman, αυτή η απλοποιημένη διαδικασία θα επιτρέψει στα σμήνη του BILL-Es να συντονίσουν τις προσπάθειές τους και να συνεργαστούν, κάτι που θα επιταχύνει τη διαδικασία συναρμολόγησης. Όπως είπε η Jenett:
«Δεν βάζουμε την ακρίβεια στο ρομπότ. η ακρίβεια προέρχεται από τη δομή [καθώς σταδιακά διαμορφώνεται]. Αυτό είναι διαφορετικό από όλα τα άλλα ρομπότ. Απλώς πρέπει να ξέρει πού είναι το επόμενο βήμα. "
Ο Τζένετ και οι συνεργάτες του έχουν δημιουργήσει αρκετές αποδείξεις της έννοιας των συναρμολογητών, μαζί με αντίστοιχα σχέδια voxel. Η δουλειά τους έχει πλέον προχωρήσει στο σημείο όπου οι πρωτότυπες εκδόσεις είναι σε θέση να αποδείξουν τη συναρμολόγηση των μπλοκ voxel σε γραμμικές, δισδιάστατες και τρισδιάστατες δομές.
Αυτό το είδος διαδικασίας συναρμολόγησης έχει ήδη προσελκύσει το ενδιαφέρον της NASA (η οποία συνεργάζεται με το MIT σε αυτήν την έρευνα) και της αεροδιαστημικής εταιρείας Airbus SE με έδρα την Ολλανδία - η οποία επίσης χρηματοδότησε τη μελέτη. Στην περίπτωση της NASA, αυτή η τεχνολογία θα ήταν ένα πλεονέκτημα για τα αυτοματοποιημένα ψηφιακά συστήματα προσαρμοσμένης αποστολής Adaptive Mission (ARMADAS), τα οποία ηγείται ο συν-συγγραφέας Cheung.
Στόχος αυτού του έργου είναι η ανάπτυξη των απαραίτητων τεχνολογιών αυτοματοποίησης και ρομποτικής συναρμολόγησης για την ανάπτυξη υποδομών βαθιού διαστήματος - η οποία περιλαμβάνει μια σεληνιακή βάση και διαστημικούς οικοτόπους. Σε αυτά τα περιβάλλοντα, οι ρομποτικοί συναρμολογητές προσφέρουν το πλεονέκτημα ότι είναι σε θέση να συναρμολογούν κατασκευές γρήγορα και πιο οικονομικά. Ομοίως, θα μπορούν να πραγματοποιούν επισκευές, συντήρηση και τροποποιήσεις με ευκολία.
«Για έναν διαστημικό σταθμό ή ένα σεληνιακό βιότοπο, αυτά τα ρομπότ θα ζούσαν στη δομή, διατηρώντας συνεχώς και επισκευάζοντάς το», λέει η Jenett. Έχοντας αυτά τα ρομπότ θα εξαλειφθεί η ανάγκη εκτόξευσης μεγάλων προσυναρμολογημένων κατασκευών από τη Γη. Όταν συνδυάζονται με την κατασκευή πρόσθετων (εκτύπωση 3D), θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιούν τοπικούς πόρους ως δομικά υλικά (μια διαδικασία γνωστή ως In-Situ Resource Utilization ή ISRU).
Ο Sandor Fekete είναι διευθυντής του Ινστιτούτου Λειτουργικών Συστημάτων και Δικτύων Υπολογιστών στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Braunschweig της Γερμανίας. Στο μέλλον, ελπίζει να ενταχθεί στην ομάδα προκειμένου να αναπτύξει περαιτέρω τα συστήματα ελέγχου. Ενώ η ανάπτυξη αυτών των ρομπότ στο σημείο που θα είναι σε θέση να χτίσει δομές στο διάστημα είναι μια σημαντική πρόκληση, οι εφαρμογές που θα μπορούσαν να έχουν είναι τεράστιες. Όπως είπε ο Φέκετε:
"Τα ρομπότ δεν κουράζονται ή βαριούνται και η χρήση πολλών μικροσκοπικών ρομπότ φαίνεται ότι είναι ο μόνος τρόπος για να γίνει αυτή η κριτική δουλειά. Αυτή η εξαιρετικά πρωτότυπη και έξυπνη δουλειά του Ben Jenett και συνεργατών κάνει ένα τεράστιο άλμα προς την κατασκευή δυναμικά ρυθμιζόμενων φτερών αεροπλάνου, τεράστιων ηλιακών πανιών ή ακόμη και αναδιαμορφώσιμων διαστημικών ενδιαιτημάτων. "
Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι εάν η ανθρωπότητα θέλει να ζήσει με βιώσιμο τρόπο στη Γη ή να βγει στο διάστημα, θα πρέπει να βασιστεί σε κάποια αρκετά προηγμένη τεχνολογία. Αυτή τη στιγμή, οι πιο ελπιδοφόρες από αυτές είναι αυτές που προσφέρουν οικονομικά αποδοτικούς τρόπους για να ανταποκριθούμε στις ανάγκες μας και να επεκτείνουμε την παρουσία μας στο Ηλιακό Σύστημα.
Από αυτή την άποψη, οι συναρμολογητές ρομπότ όπως το BILL-E δεν θα ήταν μόνο χρήσιμοι σε τροχιά, στη Σελήνη ή πέραν αυτής, αλλά και εδώ στη Γη. Όταν συνδυάζεται ομοίως με την τεχνολογία εκτύπωσης 3D, μεγάλες ομάδες ρομποτικών συναρμολογημένων προγραμματισμένων να συνεργαστούν θα μπορούσαν να παρέχουν φθηνό, αρθρωτό περίβλημα που θα μπορούσε να βοηθήσει να τερματιστεί η κρίση στέγασης.
Όπως πάντα, οι τεχνολογικές καινοτομίες που βοηθούν στην προώθηση της εξερεύνησης του διαστήματος μπορούν να αξιοποιηθούν για να κάνουν τη ζωή στη Γη ευκολότερη επίσης!
