MIT-Studenten bauen winzige selbstmontierende Roboter für den Weltraum

Wenn es nach ein paar MIT-Studenten geht, ist programmierbare Materie die Zukunft.

Stellen Sie sich Tausende oder Hunderttausende von Nanobots vor, die auf Befehl zusammen- und auseinandergebaut werden, um die effizienteste Form für den Aufstieg in die Umlaufbahn zu bilden, ein Ersatzstück für die Hüllenpanzerung der Internationalen Raumstation, ein Werkzeug zur Untersuchung eines Asteroiden oder einen Schreibtisch und einen Stuhl für einen fleißiger Astronaut.

In gewissem Sinne „eine Art recycelbarer 3D-Druck“ zu schaffen, sagt Martin Nisser, ein Doktorand am MIT, der mit einem Team daran arbeitet, neue Wege zur Steuerung und Manövrierung von Mikrobots zu erfinden.

Oder Transformers, wenn Sie so wollen. Vielleicht natürlich noch nicht ganz Optimus Prime.

Sie werden ElectroVoxels (Voxel = volumetrische Pixel) genannt und während sie noch getestet werden, hat Nisser einen neuartigen Weg gefunden, mit dem sie sich schnell und kostengünstig neu konfigurieren können.

„Eine der größten Herausforderungen bei rekonfigurierbaren Robotern besteht darin, dass Sie Berechnungen, elektronische Sensoren und Aktuatoren in jedes Modul einbetten müssen, wenn Sie möchten, dass sich jedes dieser kleinen Module von selbst bewegt, und das ist wirklich schwierig da die Module immer kleiner werden“, sagte mir Nisser kürzlich TechFirst-Podcast. „Der … wichtigste technische Beitrag, den wir entwickelt haben, besteht darin, einen Weg zu finden, Elektromagnete in diese Module einzubetten, um die Rekonfiguration durchzuführen … was gut ist, denn diese Elektromagnete sind wirklich, wirklich kostengünstig, sie sind einfach herzustellen, und sie erfordern nicht viel Wartung.“

Die Tests fanden an Bord des „Kotzkometen“ der NASA statt, einem großen, gepolsterten Flugzeug, bei dem die Sitze entfernt wurden, damit Wissenschaftler und Astronauten während Parabelflügen einige Sekunden Schwerelosigkeit erleben können.

Die aktuellen Prototypen sind etwa sechs Zentimeter lang (etwas mehr als zwei Zoll) und haben Elektromagnete in jede ihrer 12 Kanten eingebettet. Fügen Sie einen Mikrocontroller und integrierte Schaltkreise hinzu, mit denen Sie die Richtung regulieren können, in der der Strom durch die Elektromagnete fließt, und Sie können die ElectroVoxel dazu bringen, sich auf ausreichend ausgeklügelte Weise anzuziehen oder abzustoßen, um Schwenkungen um eine gemeinsame Achse und transversal über die Fläche eines anderen ElectroVoxel zu ermöglichen .

Laut MIT sind aktuelle formwandelnde, modulare Roboter vergleichsweise klobig. Sie sind mit großen, teuren Motoren ausgestattet, um die Bewegung zu erleichtern: denken Sie Transformatoren aber etwa 300 Generationen früher.

„Wenn jeder dieser Würfel in Bezug auf seine Nachbarn schwenken kann, können Sie Ihre erste 3D-Struktur tatsächlich in jede beliebige andere 3D-Struktur umkonfigurieren“, sagt Nisser.

Das könnte für nicht standardmäßige Werkzeuge nützlich sein oder um Masse für Drehbewegungen neu anzuordnen, um eine Form künstlicher Schwerkraft durch Zentrifugalkraft zu initiieren, oder um Masse zwischen Sie und eine gefährliche Sonneneruption zu bringen.

Im Moment sind die ElectroVoxels relativ groß, daher werden alle Strukturen, die sie erzeugen, eher grob und klumpig sein. Um sie wirklich nützlich zu machen, müssen Nisser und sein Team ElectroVoxels möglicherweise um Größenordnungen verkleinern.

„Wir arbeiten daran, diese Module zu miniaturisieren, um ein bisschen kleiner zu werden, und Sie wollen Hunderttausende davon bauen, die sich rekonfigurieren lassen, um eine Art recycelbaren 3D-Druck zu ermöglichen“, sagte Nisser.

Irgendwann tragen einige Module Werkzeuge. Andere speichern Strom in Batterien, während wieder andere Energie mit Sonnenkollektoren gewinnen. Wieder andere könnten konfigurierbare Motoren oder sogar Rohstoffvorräte wie Metalle oder Maschinenteile oder sogar Sauerstoff für temporäre Weltraumunterkünfte enthalten.

Aber all das liegt in der Zukunft.

Dennoch ist es eine wichtige Herausforderung, die es zu lösen gilt, wenn wir intelligente rekonfigurierbare Maschinen und Werkzeuge an einem Ort wollen, an dem Sie nicht einfach ein neues Teil bestellen und es morgen über Amazon Prime geliefert bekommen können.

„Der Weltraum ist eine Art … die letzte Grenze der Fertigung“, sagt Nisser. Es ist sehr, sehr schwierig, dort Dinge zu bauen. Wenn Sie also Dinge selbst zusammenbauen lassen können, ohne Astronauten dorthin schicken zu müssen – was sehr gefährlich ist – und alles auf einmal zu versenden, ist das wirklich von Vorteil. Und paradoxerweise ist die Rekonfiguration zwar in einer Umgebung so vorteilhaft, aber in gewisser Weise viel einfacher … weil man in einer Mikrogravitationsumgebung nicht gegen Gravitationsvektoren kämpfen muss.“

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