Wir leben in einer Welt, in der mehrere technologische Revolutionen gleichzeitig stattfinden. Während die Sprünge in den Bereichen Computer, Robotik und Biotechnologie große Beachtung finden, wird einem ebenso vielversprechenden Bereich weniger Aufmerksamkeit geschenkt. Dies wäre der Bereich der Fertigung, in dem sich Technologien wie 3D-Druck und autonome Roboter als ein großer Wegbereiter erweisen.
Zum Beispiel gibt es die Arbeit des MIT-Zentrums für Bits und Atome (CBA). Hier arbeiten Doktorand Benjamin Jenett und Professor Neil Gershenfeld (im Rahmen von Jenetts Doktorarbeit) an winzigen Robotern, die ganze Strukturen zusammenbauen können. Diese Arbeit könnte Auswirkungen auf alles haben, von Flugzeugen und Gebäuden bis hin zu Siedlungen im Weltraum.
Ihre Arbeit wird in einer Studie beschrieben, die kürzlich in der Oktoberausgabe der IEEE Robotics and Automation Letters. Die Studie wurde von Jenett und Gershenfeld verfasst, an denen auch die Kommilitonen Amira Abdel-Rahman und Kenneth Cheung teilnahmen - ein Absolvent des MIT und der CBA, die jetzt am Ames Research Center der NASA arbeiten.
Wie Gerensheld kürzlich in einer MIT-Pressemitteilung erklärte, gab es historisch gesehen zwei große Kategorien von Robotik. Einerseits erhalten Sie teure Robotik, die kundenspezifische Komponenten herstellt, die für bestimmte Anwendungen optimiert sind. Auf der anderen Seite gibt es solche, die aus kostengünstigen Serienmodulen mit geringerer Leistung hergestellt werden.
Die Roboter, an denen das CBA-Team arbeitet und die Jenett als Bipedal Isotropic Lattice Locomoting Explorer (BILL-E, wie WALL-E) bezeichnet hat, repräsentieren einen völlig neuen Zweig der Robotik. Einerseits sind sie viel einfacher als die teure, kundenspezifische und optimierte Vielfalt von Robotern. Andererseits sind sie weitaus leistungsfähiger als Massenroboter und können eine größere Vielfalt von Strukturen aufbauen.
Im Mittelpunkt des Konzepts steht die Idee, dass größere Strukturen durch die Integration kleinerer 3D-Teile zusammengesetzt werden können - was das CBA-Team als „Voxel“ bezeichnet. Diese Komponenten bestehen aus einfachen Streben und Knoten und können mit einfachen Verriegelungssystemen einfach miteinander befestigt werden. Da es sich größtenteils um leere Räume handelt, sind sie leicht und können dennoch so angeordnet werden, dass die Lasten effizient verteilt werden.
Die Roboter ähneln derweil einem kleinen Arm mit zwei langen Segmenten, die in der Mitte mit einer Klemmvorrichtung an jedem Ende angelenkt sind, mit der sie die Voxelstrukturen greifen. Diese Anhänge ermöglichen es den Robotern, sich wie Zollwürmer zu bewegen und ihre Körper zu öffnen und zu schließen, um sich von einem Punkt zum nächsten zu bewegen.
Der Hauptunterschied zwischen diesen Monteuren und herkömmlichen Robotern ist jedoch die Beziehung zwischen dem Roboterarbeiter und den Materialien, mit denen er arbeitet. Laut Gershefeld ist es unmöglich, diesen neuen Robotertyp von den Strukturen zu unterscheiden, die sie bauen, da sie als System zusammenarbeiten. Dies zeigt sich insbesondere beim Navigationssystem der Roboter.
Heutzutage benötigen die meisten mobilen Roboter ein hochpräzises Navigationssystem, um ihre Position zu verfolgen, wie z. B. GPS. Die neuen Assembler-Roboter müssen jedoch nur wissen, wo sie sich in Bezug auf die Voxel befinden (kleine Untereinheiten, an denen sie gerade arbeiten). Wenn ein Assembler zum nächsten übergeht, passt er sein Positionsgefühl neu an und verwendet alles, woran er arbeitet, um sich zu orientieren.
Jeder der BILL-E-Roboter kann seine Schritte zählen, wodurch er zusätzlich zur Navigation alle Fehler korrigieren kann, die er auf seinem Weg macht. Zusammen mit der von Abdel-Rahman entwickelten Steuerungssoftware ermöglicht dieser vereinfachte Prozess Schwärmen von BILL-Es, ihre Bemühungen zu koordinieren und zusammenzuarbeiten, was den Montageprozess beschleunigt. Wie Jenett sagte:
"Wir legen nicht die Präzision in den Roboter. Die Präzision kommt von der Struktur [wie sie allmählich Gestalt annimmt]. Das unterscheidet sich von allen anderen Robotern. Es muss nur wissen, wo der nächste Schritt ist. “
Jenett und seine Mitarbeiter haben mehrere Proof-of-Concept-Versionen der Assembler zusammen mit entsprechenden Voxel-Designs erstellt. Ihre Arbeit ist nun so weit fortgeschritten, dass Prototypversionen den Zusammenbau der Voxelblöcke zu linearen, zweidimensionalen und dreidimensionalen Strukturen demonstrieren können.
Diese Art des Montageprozesses hat bereits das Interesse der NASA (die bei dieser Forschung mit dem MIT zusammenarbeitet) und des in den Niederlanden ansässigen Luft- und Raumfahrtunternehmens Airbus SE geweckt, das die Studie ebenfalls gesponsert hat. Im Fall der NASA wäre diese Technologie ein Segen für ihre automatisierten rekonfigurierbaren Mission Adaptive Digital Assembly Systems (ARMADAS), die Cheung, Co-Autor, leitet.
Ziel dieses Projekts ist es, die notwendigen Automatisierungs- und Robotermontagetechnologien für die Entwicklung einer Weltrauminfrastruktur zu entwickeln, die eine Mondbasis und Lebensräume im Weltraum umfasst. In diesen Umgebungen bieten Roboter-Assembler den Vorteil, dass Strukturen schnell und kostengünstiger zusammengebaut werden können. Ebenso können sie problemlos Reparaturen, Wartungen und Änderungen durchführen.
„Für eine Raumstation oder einen Mondlebensraum würden diese Roboter auf der Struktur leben und diese kontinuierlich warten und reparieren“, sagt Jenett. Wenn Sie diese Roboter in der Nähe haben, müssen Sie keine großen vormontierten Strukturen von der Erde aus starten. In Kombination mit additiver Fertigung (3D-Druck) könnten sie auch lokale Ressourcen als Baumaterialien verwenden (ein Prozess, der als In-Situ Resource Utilization oder ISRU bezeichnet wird).
Sandor Fekete ist Direktor des Instituts für Betriebssysteme und Computernetzwerke an der Technischen Universität Braunschweig. In Zukunft hofft er, dem Team beizutreten, um die Steuerungssysteme weiterzuentwickeln. Während die Entwicklung dieser Roboter bis zu dem Punkt, dass sie Strukturen im Weltraum bauen können, eine bedeutende Herausforderung darstellt, sind die Anwendungen, die sie haben könnten, enorm. Wie Fekete sagte:
"Roboter werden nicht müde oder gelangweilt, und die Verwendung vieler Miniaturroboter scheint der einzige Weg zu sein, um diese wichtige Aufgabe zu erledigen." Diese äußerst originelle und clevere Arbeit von Ben Jenett und Mitarbeitern macht einen großen Sprung in Richtung des Aufbaus dynamisch einstellbarer Flugzeugflügel, riesiger Sonnensegel oder sogar rekonfigurierbarer Weltraumlebensräume. “
Es besteht kein Zweifel daran, dass die Menschheit, wenn sie nachhaltig auf der Erde leben oder sich in den Weltraum wagen will, auf eine ziemlich fortschrittliche Technologie angewiesen sein wird. Derzeit sind die vielversprechendsten davon diejenigen, die kostengünstige Möglichkeiten bieten, unsere Bedürfnisse zu erfüllen und unsere Präsenz im gesamten Sonnensystem auszudehnen.
In dieser Hinsicht wären Roboter-Assembler wie BILL-E nicht nur im Orbit, auf dem Mond oder darüber hinaus, sondern auch hier auf der Erde nützlich. In ähnlicher Weise in Kombination mit der 3D-Drucktechnologie könnten große Gruppen von Roboter-Assemblern, die für die Zusammenarbeit programmiert sind, billige, modulare Gehäuse bereitstellen, um die Wohnungskrise zu beenden.
Wie immer können technologische Innovationen, die die Erforschung des Weltraums vorantreiben, genutzt werden, um auch das Leben auf der Erde zu erleichtern!
