Робот научился собирать кубоктаэдры и двигаться по ним — это можно использовать для строительства космических станций

_{Источник: MIT}

В октябрьском выпуске IEEE Robotics and Automation Letters опубликована статья аспиранта Бенджамина Дженетта, профессора Нила Гершенфельда с соавторами Амиром Абдель-Рахманом и выпускником CBA Кеннетом Ченгом. Последний сейчас работает в НАСА и руководит проектом ARMADAS по разработке лунной базы, которая может быть построена с помощью роботов. В статье Дженетта описан новый вид робототехники, который может помочь разработать такую базу.

«В основе этого лежит новый вид робототехники, который мы называем относительными роботами», — говорит Гершенфельд. Исторически, объясняет он, существует две широкие категории робототехники: роботы одной категории изготавливаются из дорогих компонентов, которые тщательно подгоняются для конкретных применений, таких как сборка на заводе. Роботы второй категории создаются из недорогих серийных модулей с гораздо более низкой производительностью. Новые роботы, однако, являются альтернативой обоим. Они намного проще, чем первые, и в то же время гораздо более эффективны, чем последние. Более того, как считает Гершенфельд, они способны революционизировать производство крупномасштабных систем — от самолетов до мостов и целых зданий.

По словам Гершенфельда, ключевое различие заключается во взаимосвязи между роботизированным устройством и материалами, с которыми оно работает и которыми манипулирует. С этими новыми типами роботов «вы не можете отделить робота от конструкции — они работают вместе как система», — утверждает исследователь. Например, в то время как большинству мобильных роботов требуются высокоточные навигационные системы, чтобы отслеживать их положение, новым роботам-ассемблерам нужно только отслеживать, где они находятся относительно небольших подразделений-вокселей, имеющих форму кубоктаэдров. Каждый раз, когда робот делает шаг к следующему вокселю, он корректирует свое положение по отношению к конкретным компонентам, на которых он стоит в данный момент.

Основное видение исследователей заключается в том, что так же, как самые сложные изображения могут быть воспроизведены с использованием массива пикселей на экране, практически любой физический объект может быть воссоздан в виде массива более мелких трехмерных фрагментов — то есть вокселей, которые сами могут быть сделаны из простых распорок и узлов.

Эти простые компоненты могут быть организованы для эффективного распределения нагрузки; они, в основном, состоят из открытого пространства, поэтому общий вес конструкции сводится к минимуму. Узлы могут быть подобраны и размещены рядом друг с другом простыми сборщиками, а затем скреплены вместе с помощью систем, встроенных в каждый воксел.

Сами роботы напоминают маленькую руку с двумя длинными сегментами посередине и приспособлениями для крепления на воксельных конструкциях на каждом конце. Простые устройства движутся как гусеницы, продвигаясь вдоль ряда вокселей, многократно открывая и закрывая свои V-образные тела. Дженетт назвал своих маленьких роботов BILL-E (отсылка к роботу из фильма WALL-E), который расшифровывается как Bipedal Isotropic Lattice Locomoting Explorer.

Дженетт создал несколько версий роботов и вокселей для проверки. Он использовал эти прототипы для демонстрации сборки блоков в линейные, двухмерные и трехмерные структуры. «Мы не делаем точность самым важным компонентом робота, — говорит Дженетт. — Этим он отличается от всех других роботов. Ему просто нужно знать, где находится его следующий шаг». По словам Гершенфельда, каждый из крошечных роботов работает над сборкой деталей. Этот вид сборки больших структур из идентичных кусочков с использованием простой роботизированной системы, очень похожий на то, как ребенок собирает большой замок из блоков LEGO, уже вызвал интерес некоторых крупных потенциальных пользователей, включая НАСА и Европейской аэрокосмической компании Airbus SE, которая также помогла спонсировать исследование. Одним из преимуществ такой сборки является то, что ремонт и техническое обслуживание можно легко выполнить с помощью того же вида роботизированного процесса, что и первоначальная сборка. Поврежденные секции могут быть демонтированы из конструкции и заменены новыми. «При использовании на космической станции эти роботы будут жить на сооружении, постоянно поддерживая и ремонтируя его», — говорит Дженетт.

В конечном счете, такие системы можно использовать для строительства целых зданий, особенно в сложных условиях, таких как в космосе, на Луне или Марсе, говорит Гершенфельд. Это может избавить от необходимости перевозить большие предварительно собранные конструкции с Земли. Вместо этого можно было бы отправлять большие партии крошечных подразделений или формировать их из местных материалов.