Ihmisten avaruustutkimus kiihtyy tulevina vuosikymmeninä. Pelkästään sisäisessä aurinkokunnassa suunnitellaan tehtäviä, joissa robottitutkijat ja -miehistöt lähetetään Near Earth Objects (NEO) -kohteisiin, takaisin Kuuhun ja jopa Marsiin. Tämän lisäksi on jopa suunnitelmia lähettää robottitehtäviä Europaan, Enceladukseen, Titaaniin ja muihin 'valtameren maailmoihin' etsimään elämän merkkejä.
Joka tapauksessa herää luonnollisia kysymyksiä, millaiset tehtävät sopivat heille parhaiten. Titanin kaltaisissa paikoissa (joissa on alhainen painovoima ja tiheä ilmakehä) ilmadrooneja pidetään parhaana panoksena. Mutta mitä tulee kiviseen paikkaan, kuten asteroideihin, kuuhun ja Marsiin, paras ehdokas voi olla robotti käärmeitä , jotka voisivat löytää tiensä ahtaissa tiloissa ja matkustaa maan alle.
Tätä konseptia ehdotti kolme vuotta sitten Tieteellisen ja teollisen tutkimuksen säätiö (SINTEF), Pohjoismaiden suurin riippumaton tutkimusorganisaatio. Osana ESAn tilaamaa hanketta, joka tunnetaan nimellä SERPEX – he alkoivat tutkia, kuinka käärmeiden liikkeitä matkivat robotit voisivat auttaa astronauteja kansainvälisellä avaruusasemalla.
SINTEFin tutkijat Pål Liljebäck ja Aksel Transeth sekä Knut Robert Fossum NTNU:n CIRiS:stä leikkimässä käärmerobotin Wheekon kanssa. Luotto: SINTEF / Thor Nielsen.
Mutta kuten Aksel Transeth, SINTEFin vanhempi tutkija, selitti hiljattain lehdistötiedote , mahdollisuudet menevät paljon ISS:ää pidemmälle:
”Kunnianhimoisempia sovelluksia ovat mahdolliset toimet komeetoilla ja kuussa. [A] Snake Robot, joka voi auttaa ISS:n astronauteja laitteidensa kunnossapidossa, on ehkä ratkaisu, joka voidaan toteuttaa lyhyemmällä aikavälillä.
Muihin robottimatkailijoihin verrattuna robottikäärmeen tärkein myyntivaltti on se, että se tarjoaa paremman liikkuvuuden. NASA on nyt kahden vuosikymmenen ajan tutkinut punaista planeettaa robottikuljettajilla alkaen Pathfinder ja Vierailija vuonna 1997, Henki ja Tilaisuus vuonna 2003 ja sitten Uteliaisuus vuonna 2012. Ja hieman yli kahden vuoden kuluttua he lähettävät Maaliskuu 2020 mönkijä.
Kaikissa tapauksissa nämä robotit kiertävät kuudella pyörällä ja tekevät kokeita robottikäsivarsilla olevilla instrumenteilla. Mutta kuten näiden rovereiden takana olevat tehtäväryhmät ovat oppineet, liikkuvuus voi olla haaste. Esimerkiksi viiden vuoden jälkeen Marsin pinnallaHenkiroverista tuli juuttunut pehmeään maahan , johon sen tehtävä päättyi. Ja niin menestyneitä kuin nämä tehtävät ovatkin olleet tutkimuksen tekemisessä, on paikkoja, joihin he eivät yksinkertaisesti pääse.
SINTEFin tutkijat päättivät käsitellä näitä ongelmia biomimikriin eli elävien olentojen toimintoja matkivien robottien avulla. Yhdistämällä mönkijän, joka pystyy navigoimaan pitkiä matkoja, ja käärmerobottia, joka pystyy ryömimään maata pitkin ja pääsemään vaikeapääsyisiin paikkoihin, he uskovat, että tulevat tehtävät voisivat mennä paikkoihin ja kerätä näytteitä tavoilla, joita muut tehtävät eivät pystyisi.
ESA kehitti äskettäin suunnitelmansa perustaa Kuu-tukikohta 2030-luvulle mennessä. Luotto: ESA/Foster+Partners
Kuten Transeth selitti vuonna 2013, tämä pariutuminen avaisi kaikenlaisia mahdollisuuksia. 'Katsomme useita vaihtoehtoja, jotta rover ja robotti voisivat toimia yhdessä', hän sanoi. 'Koska mönkijällä on tehokas energialähde, se voi tarjota käärmerobotille virtaa mönkijän ja robotin välissä olevan kaapelin kautta. Jos robotin täytyisi käyttää omia akkujaan, siitä loppuisi virta ja menetämme sen.
Transethin ja hänen kollegoidensa kuvittelemassa kokoonpanossa mönkijä hoitaisi pitkiä matkoja ja pystyisi sitten lähettämään käärmeen ryömimään ahtaille, vaikeapääsyisille alueille. Ne yhdistettäisiin kaapelilla, joka toimittaisi sähköä, viestintäsignaaleja ja käärmeen vetämiseen takaisin sisään. Tässä mielessä käärme toimisi kuin yksi roverin käsivarresta, mutta sillä olisi mahdollisuus matkustaa itsenäisesti.
'Uskomme, että voimme suunnitella robotin, joka voi pitää kiinni, rullata itsensä ylös ja sitten laajentaa kehoaan saavuttaakseen uusia kontaktipisteitä', sanoi Transeth. 'Lisäksi uskomme, että se voi hiipiä sisään ISS:n laitteiden osien joukkoon ja käyttää laitteiden pintoja saadakseen pitoa jatkaakseen eteenpäin - aivan samalla tavalla kuin oikeat käärmeet luonnossa.'
Marsissa näytteiden kerääminen on ratkaisevan tärkeää monien avaruusjärjestöjen tutkimukselle. Curiosity-mönkijän osalta hydratoituneiden mineraalien ja saven esiintyminen maanäytteissä vahvisti, että Marsissa oli kerran lämpimämpi ja kosteampi ilmasto. Ja tulevaisuudessa tutkijat toivovat löytävänsä Marsin maaperästä biovalmistajia, jotka voisivat osoittaa biologisen elämän olemassaolon (menneisyyden tai nykyisen). Tässä suhteessa käärmerobotti osoittautuisi erittäin hyödylliseksi, koska se pääsisi maanalaisiin syvennyksiin, joihin rover ei voi päästä.
Apollo 10:stä kuvattuna Rima Ariadaeuksena tunnettu mutkainen rille, joka on seurausta romahtaneesta laavaputkesta. Kiitos: NASA
Kuussa käärmerobotit voisivat olla erityisen hyödyllisiä auttaessaan ESA:ta toteuttamaan ehdotuksensa. Kuun kylä ” – pysyvä tieteellisen toiminnan, matkailun ja kaivostoiminnan tukikohta, joka toimisi myös ISS:n seuraajana. Tämän tukikohdan todennäköisin sijainti voi olla sisällä vakaat laavaputket tai maanalaisia tunneleita, jotka tarjoaisivat luonnollisen suojan meteoreja, auringon säteilyä ja kosmisia säteitä vastaan.
Mutta ennen kuin tämä tukikohta voidaan rakentaa, nämä tunnelit ja laavaputket on tarkastettava sen varmistamiseksi, että ne ovat turvallisia ihmisille. ESA on myös viime vuosina sitoutunut komeettojen tutkimiseen, mikä sisälsi komeettojen lähettämisen Rosetta-avaruusluotain ja Philae laskuri tapaamaan komeetan 67P/Tsjurjumov–Gerasimenko vuonna 2014.
Valitettavasti laskeutuja kokenut ongelmia kun sen harppuunajärjestelmä (joka on suunniteltu pitämään se paikallaan) ei toiminut. Tämän seurauksena se joutui tekemään toisen pehmeän laskun, joka jätti sen asentoon ja paikkaan, joka ei ollut optimaalinen tutkimuksen kannalta. Tulevaisuudessa ESA voisi välttää tämän lähettämällä pinnalle luotain, joka levittäisi käärmeet pintaan, joka voisi sitten tunkeutua komeetan sisäpuolelle.
Mutta sillä välin operaatiot ISS:llä ovat näiden robottien realistisin ja todennäköisin sovellus. Täällä astronautit ovat mukana käynnissä olevissa tieteellisissä kokeissa, mutta ovat myös vastuussa aseman ja kaikkien sen laitteiden ylläpidosta. Tässä jälkimmäisessä mielessä SERPEX-projekti voisi varmasti osoittautua hyödylliseksi tarjoamalla heille robottiapulaisia, jotka voivat auttaa säännöllisessä kunnossapidossa.
'On mahdollista, että robotti voisi suorittaa osan rutiinitarkastuksesta ja huoltotöistä', Transeth sanoi. ”Kokeet pinotaan hyllyosiin, joiden takana voi esiintyä korroosiota. Tämän selvittämiseksi on tehtävä tarkastuksia. Käärmerobotti voisi hiipiä osien taakse, suorittaa tarkastuksen ja ehkä jopa tehdä pieniä huoltotöitä.'
Jotkut SINTEFin tähän mennessä kehittämistä konsepteista sisältävät mm Aiko robot , joka kehitettiin tuottamaan kannettava järjestelmä käärmerobotin liikkumista varten. Robotti koostuu useista identtisistä liitosmoduuleista, joissa kussakin on kaksi moottoroitua vapausastetta. Kuten yllä olevasta videosta näkyy, sitä ajavat robotin ja sen tiellä olevien esteiden väliset kosketusvoimat.
Ja sitten on Wheeko robotti , jonka SINTEF on kehittänyt yhdessä Tieteidenvälisen avaruuden tutkimuksen keskus (CIRiS) ja Norjan avaruuskeskus (NSC). Kuten Aiko, tämä kokeellinen robotti on suunniteltu tutkimaan käärmerobotin liikkumista tasaisilla pinnoilla. Se koostuu kymmenestä identtisestä liitosmoduulista, joissa kussakin on kaksi moottoroitua vapausastetta.
Mutta tietysti käärmerobottien kehittäminen, jotka pystyvät hoitamaan erilaisia tehtäviä työskennellessään eri ympäristöissä – aina työskentelystä mikrogravitaatiossa ISS:llä ja käärmeillä tunneleissa painovoiman vaikutuksesta kehossa – tuo monia haasteita. Ja tulevina vuosina Transeth ja hänen kollegansa etsivät tapoja käsitellä niitä kaikkia.
'Haluamme selvittää, mitä spesifikaatioita käärmerobottijärjestelmä vaatii', hän sanoi. ”Esimerkiksi millaisia antureita robotti tarvitsee saadakseen riittävän ymmärryksen ympäristöstään? Mitä tekniikoita on saatavilla, jotta voimme vastata näihin tarpeisiin, ja mitä uusia teknologioita on kehitettävä? Mitä epävarmuustekijöitä liittyy siihen, mitä on mahdollista saavuttaa?'
ISS:llä olevilla astronauteilla on jo nyt robottiapulaisia Synkronoidun asennon pito Kytke ja suuntaa uudelleen kokeellinen satelliitti (PALJAT). Nämä vapaasti lentävät satelliitit toimivat testausalustana erilaisille laitteistoille ja ohjelmistoille, jotka kaikki ovat kriittisiä tuleville avaruustehtäville, joissa käytetään hajautettua avaruusalusarkkitehtuuria.
Pian ne korvataan dronilla nimeltä Astrobee – robottikuutio, joka on täynnä antureita, kameroita, tietokoneita ja propulsiojärjestelmää. Amesin tutkimuskeskuksen idea Älykäs robottiryhmä , tämä drone lentää ISS:n ympäri ja tekee tarkastuksia.
Jotkut Astrobeen käyttämästä tekniikasta ovat samanlaisia kuin Transeth ja hänen kollegansa aikovat soveltaa käärmerobottijärjestelmäänsä. Sellaisenaan he toivovat oppivansa paljon tämän dronin ISS:llä olleesta ajasta ja ottavansa huomioon siitä saadut opetukset.
Lisälukemista: SINTEF