Maanalaisista elinympäristöistä on viime aikoina tullut a keskipiste planeetan ulkopuolisista kolonisaatiopyrkimyksistä. Suojaus mikrometeoriiteilta, säteilyltä ja muilta mahdollisilta vaaroilta tekee maanalaisista kohteista toivottavia verrattuna pinta-asuntoihin. Tällaisten maanalaisten rakenteiden rakentamiseen liittyy lukuisia haasteita, joista vähäisin on niiden rakentaminen. Tutkijaryhmä osoitteessa Delftin teknillinen yliopisto (TUD) valmistelee suunnitelmaa materiaalin kaivamisesta ja sen käyttämisestä elinympäristöjen tulostamiseen. Kaikki tämä tehtiin parveilevien robottien kanssa.
Idea juontaa juurensa a myöntää mahdollisuus Euroopan avaruusjärjestön lähettämä. Opiskelijat osoitteessa Robottirakennuslaboratorio (RB) TU Delftissä, johtajana DR. Henriette Bier , olivat innokkaita osallistumaan haasteeseen, joka keskittyy paikan päällä tapahtuvaan resurssien hyödyntämiseen off-Earth rakentamisessa. RB-tiimi yhdessä materiaalitieteen, robotiikan ja ilmailutekniikan asiantuntijoiden kanssa esitti idean, jolle myönnettiin 100 000 euroa. Euroopan avaruusjärjestö (ESA) laatimaan alustavan käsitteen todisteen.
Ehdotettu lähestymistapa keskittyy laboratorion erikoisalaan – robottirakentamiseen – ja siinä on neljä pääkomponenttia – regoliitin kaivaminen esiin, uuden elinympäristön tulostaminen additiivisella valmistusprosessilla, kaikkien tehtävien suorittamiseen tarvittavien robottien välisen työn koordinointi ja tehostaa niitä sekä elinympäristöä.
Regoliittia on kaivettu roboteilla tutkittu aiemmin , mutta yleensä kuun yhteydessä. Erilaiset louhintamallit ovat hyödyllisiä erilaisten rakenteiden rakentamisessa, ja kuvio, johon RB-tiimi keskittyi, oli alaspäin kalteva spiraali. Tällainen rakenne voisi luoda vakaan, turvallisen rakenteen suhteellisen pienellä pinnalla.
Esimerkki joistakin vähentävistä työstöradoista, joita voitaisiin käyttää elinympäristön tunneleiden kovertamiseen.
Luotto: Bier et al.
Tämän rakenteen jännitysten ja venymien mallintaminen on keskeinen osa nykyistä tutkimusprojektia. Tiimi kehitti 1 m x 1 m mittakaavan prototyypin fragmentista, jonka kuviot antaisivat heille mahdollisuuden luoda turvallisia ja vakaita alueita tehokkaasti. Jotkut näistä alueista suunniteltiin asutusta silmällä pitäen, mukaan lukien irrotettavat kasvialueet, joihin voitiin sijoittaa hydroponisesti kasvatettuja kasveja.
Tonneittain regoliittia olisi poistettava kaikilta todellisen mittakaavan louhintapaikoilta. Tätä regolittia käytetään materiaalina vakaan elinympäristön 3D-tulostukseen. Alun perin tiimi suunnitteli yhdistävänsä regolithin nestemäinen rikki valmistamaan betonia. Mutta saatuaan mukaan materiaalitutkijat ja teollisuuskumppani, joka oli erikoistunut robottitulostukseen sementillä, he päätyivät käyttämään sementtipohjaista betonia hyödyntämällä joitain Marsin vesivaroja. Sementin luominen itsessään vaatii kuitenkin infrastruktuurin, joten kaikki tällaiset suunnitelmat regolitin hyödyntämiseksi joutuisivat odottamaan, kunnes infrastruktuuri on jo olemassa planeetalla.
Videolla keskustellaan siitä, kuinka parvimetodologiaa voidaan ottaa käyttöön Marsin tutkimisen avuksi.
Itse elinympäristön jäsentäminen on myös keskeinen näkökohta suunniteltaessa, minkä muotoinen sen tulisi olla 3D tulostettu . Tiimi keskittyi suhteellisen huokoisiin rakenteisiin, minkä ansiosta he pystyivät käyttämään vähemmän materiaalia rakentamisessa. Rakenteilla oli kuitenkin edelleen huomattavan korkea lujuus ja kestävyys, ja ne myös eristivat hyvin säteily- ja mikrometeoriittivaikutuksia, joita maanalainen yhdyskunta pyrkii välttämään.
Jotkut tämän lähestymistavan eduista johtuvat yhdestä suurimmista innovaation tekijöistä – yhteistyöstä. Projektia koordinoi RB-laboratorio, mutta siihen osallistuu kumppaneita sekä TUD:sta että ulkopuolisia kaupallisia kumppaneita. Nämä yhteistyökumppanit tuovat mukanaan siviili-, ilmailu- ja robottitekniikan asiantuntemusta sekä lisävalmistustekniikoita robottiparven rakentamisen lähestymistavan kehittämiseen.
Esimerkki 'juurakon' elinympäristöstä, jonka pinnalla olisi suhteellisen pieni paljas alue, mutta joka tarjoaisi suuren asumiskelpoisen tilan maan alla.
Luotto: Bier et al.
Näiden yhteistyökumppaneiden on jatkettava työskentelyä yhdessä pitkään, jotta tämä projekti lopulta toteutetaan Marsissa. Teknologian demonstraattorina sillä on vielä pitkä matka, jotta se hyväksyttäisiin edes missiokonseptina. Dr. Bier ja hänen tiiminsä toivovat jatkavansa konseptin eteenpäin viemistä ja etsivät tulevia rahoitusmahdollisuuksia osana tätä kehityspolkua.
Onneksi parveilevilla roboteilla ja 3D-painetuilla sementtipohjaisilla elinympäristöillä on keskeinen rooli toistaiseksi vain tieteiskirjallisuuden - maanalaisen Marsin kaupungin - tulevassa kehityksessä.
Lisätietoja:
arXiv - Suunnittelusta robottiin - maanalaisten elinympäristöjen tuotanto Marsissa
TÄMÄ - Toteutetut OSIP-ideat – joulukuu 2020
UT - Tämä Martian Lava Tube -kattoikkuna on 50 metriä poikki. Maan suurin laavaputki on vain 15 metriä halkaisijaltaan
UT - Marsista löytyi maanalaista nestemäistä vettä!
Pääkuva:
Käsite maanalaisesta elinympäristöstä ja roboteista ja energialähteistä, jotka rakentavat ja saavat voimansa.
Luotto - Bier et al.