Cuando los astronautas comiencen a construir una base permanente en la Luna, como planea hacer la NASA en los próximos años, necesitarán ayuda. Los robots podrían potencialmente hacer el trabajo pesado colocando cables, desplegando paneles solares, erigiendo torres de comunicaciones y construyendo hábitats. Pero si cada robot está diseñado para una acción o tarea específica, una base lunar podría verse invadida por un zoológico de máquinas, cada una con sus propias partes y protocolos únicos.
Para evitar un cuello de botella de bots, un equipo de ingenieros del MIT está diseñando un kit de piezas robóticas universales que un astronauta podría mezclar y combinar fácilmente para configurar rápidamente diferentes «especies» de robots para adaptarse a varias misiones en la luna. Una vez que se completa una misión, se puede desarmar un robot y usar sus partes para configurar un nuevo robot para cumplir con una tarea diferente.
El equipo llama al sistema GUSANOS, por Walking Oligomeric Robotic Mobility System. Las partes del sistema incluyen extremidades robóticas inspiradas en gusanos que un astronauta puede encajar fácilmente en una base y que funcionan juntas como un robot andante. Dependiendo de la misión, las piezas se pueden configurar para construir, por ejemplo, grandes robots de «paquete» capaces de transportar pesados paneles solares cuesta arriba. Las mismas partes podrían reconfigurarse en robots araña de seis patas que se pueden bajar a un tubo de lava para perforar en busca de agua congelada.
«Se podría imaginar un cobertizo en la luna con estantes de gusanos», dice el líder del equipo George Lordos, candidato a doctorado e instructor graduado en el Departamento de Aeronáutica y Astronáutica (AeroAstro) del MIT, en referencia a los robots articulados independientes que llevan su propio motores, sensores, computadora y batería. «Los astronautas podrían entrar en el cobertizo, elegir los gusanos que necesitan, junto con los zapatos, el cuerpo, los sensores y las herramientas adecuados, y podrían ensamblar todo y luego desarmarlo para hacer uno nuevo. El diseño es flexible, sostenible y económico.»
El equipo de Lordos ha construido y demostrado un robot GUSANO de seis patas. La semana pasada, presentaron sus resultados en la Conferencia Aeroespacial de IEEE, donde también recibieron el Premio al Mejor Artículo de la conferencia.
Los miembros del equipo del MIT incluyen a Michael J. Brown, Kir Latyshev, Aileen Liao, Sharmi Shah, Cesar Meza, Brooke Bensche, Cynthia Cao, Yang Chen, Alex S. Miller, Aditya Mehrotra, Jacob Rodriguez, Anna Mokkapati, Tomas Cantu, Katherina Sapozhnikov, Jessica Rutledge, David Trumper, Sangbae Kim, Olivier de Weck, Jeffrey Hoffman, junto con Aleks Siemenn, Cormac O’Neill, Diego Rivero, Fiona Lin, Hanfei Cui, Isabella Golemme, John Zhang, Jolie Bercow, Prajwal Mahesh, Stephanie Howe, y Zeyad Al Awwad, así como Chiara Rissola de la Universidad Carnegie Mellon y Wendell Chun de la Universidad de Denver.
Instintos animales
WORMS se concibió en 2022 como una respuesta al Desafío de ideas revolucionarias, innovadoras y revolucionarias (BIG) de la NASA, una competencia anual para que los estudiantes universitarios diseñen, desarrollen y demuestren una idea revolucionaria. En 2022, la NASA desafió a los estudiantes a desarrollar sistemas robóticos que puedan moverse en terrenos extremos, sin el uso de ruedas.
Un equipo del Taller de Recursos Espaciales del MIT asumió el desafío, apuntando específicamente a un diseño de robot lunar que pudiera navegar por el terreno extremo del Polo Sur de la luna, un paisaje que está marcado por polvo espeso y esponjoso; laderas empinadas y rocosas; y profundos tubos de lava. El entorno también alberga regiones «permanentemente sombreadas» que podrían contener agua congelada que, de ser accesible, sería esencial para sustentar a los astronautas.
Mientras reflexionaban sobre formas de navegar por el terreno polar de la luna, los estudiantes se inspiraron en los animales. En su lluvia de ideas inicial, notaron que ciertos animales podrían adaptarse conceptualmente a ciertas misiones: una araña podría descender y explorar un tubo de lava, una fila de elefantes podría transportar equipo pesado mientras se apoyan mutuamente en una pendiente empinada, y una cabra, atada a un buey, podría ayudar a llevar al animal más grande por la ladera de una colina mientras transporta una serie de paneles solares.
«Mientras pensábamos en estas inspiraciones animales, nos dimos cuenta de que uno de los animales más simples, el gusano, hace movimientos similares a los de un brazo, una pierna, una columna vertebral o una cola», dice el líder adjunto del equipo y estudiante graduado de AeroAstro. Michael Brown. «Y luego se encendió la bombilla: podríamos construir todos estos robots inspirados en animales usando apéndices parecidos a gusanos».
Poner, quitar
Lordos, de ascendencia griega, ayudó a acuñar GUSANOS y eligió la letra «O» para representar «oligomérico», que en griego significa «unas pocas partes».
«Nuestra idea era que, con solo unas pocas piezas, combinadas de diferentes maneras, se podían mezclar y combinar y obtener todos estos robots diferentes», dice Brooke Bensche, estudiante de AeroAstro.
Las partes principales del sistema incluyen el apéndice, o gusano, que se puede unir a un cuerpo o chasis a través de un «bloque de interfaz universal» que une las dos partes a través de un mecanismo de giro y bloqueo. Las piezas se pueden desconectar con una pequeña herramienta que libera los pasadores con resorte del bloque.
Los apéndices y los cuerpos también pueden encajar en accesorios como un «zapato», que el equipo diseñó con la forma de un wok, y un sistema LiDAR que puede mapear los alrededores para ayudar a un robot a navegar.
«En iteraciones futuras, esperamos agregar más sensores y herramientas a presión, como cabrestantes, sensores de equilibrio y taladros», dice el estudiante de AeroAstro, Jacob Rodríguez.
El equipo desarrolló un software que se puede adaptar para coordinar múltiples apéndices. Como prueba de concepto, el equipo construyó un robot de seis patas del tamaño de un kart. En el laboratorio, demostraron que una vez ensambladas, las extremidades independientes del robot trabajaban para caminar sobre un terreno nivelado. El equipo también demostró que podían armar y desarmar rápidamente el robot en el campo, en un sitio del desierto en California.
En su primera generación, cada apéndice de GUSANO mide alrededor de 1 metro de largo y pesa alrededor de 20 libras. En la gravedad de la luna, que es aproximadamente una sexta parte de la de la Tierra, cada miembro pesaría alrededor de 3 libras, lo que un astronauta podría manejar fácilmente para construir o desmontar un robot en el campo. El equipo ha planificado las especificaciones para una generación más grande con apéndices más largos y un poco más pesados. Estas partes más grandes podrían unirse para construir bots de «paquete», capaces de transportar cargas útiles pesadas.
«Hay muchas palabras de moda que se usan para describir sistemas efectivos para la futura exploración espacial: modulares, reconfigurables, adaptables, flexibles, transversales, etcétera», dice Kevin Kempton, ingeniero del Centro de Investigación Langley de la NASA, quien se desempeñó como juez del BIG Idea Challenge 2022. «El concepto MIT WORMS incorpora todas estas cualidades y más».
Esta investigación fue apoyada, en parte, por la NASA, el MIT, la Subvención Espacial de Massachusetts, la Fundación Nacional de Ciencias y la Fundación Fannie y John Hertz.
Video: https://youtu.be/U72lmSXEVkM
