Viviamo in un mondo in cui sono in atto più rivoluzioni tecnologiche allo stesso tempo. Mentre i salti che si stanno verificando nei settori dell'informatica, della robotica e della biotecnologia stanno guadagnando una grande attenzione, viene data meno attenzione a un campo altrettanto promettente. Questo sarebbe il campo della produzione, in cui tecnologie come la stampa 3D e robot autonomi stanno dimostrando di essere un grande punto di svolta.
Ad esempio, c'è il lavoro svolto dal Center for Bits and Atoms (CBA) del MIT. È qui che lo studente laureato Benjamin Jenett e il professor Neil Gershenfeld (come parte del lavoro di tesi di dottorato di Jenett) stanno lavorando su piccoli robot in grado di assemblare intere strutture. Questo lavoro potrebbe avere implicazioni per qualsiasi cosa, dagli aerei e dagli edifici agli insediamenti nello spazio.
Il loro lavoro è descritto in uno studio recentemente apparso nel numero di ottobre del Lettere di robotica e automazione IEEE. Lo studio è stato scritto da Jenett e Gershenfeld, a cui si sono uniti gli studenti universitari Amira Abdel-Rahman e Kenneth Cheung, laureati al MIT e al CBA, che ora lavora presso il Centro di ricerca Ames della NASA.
Come Gerensheld ha spiegato in un recente comunicato del MIT News, ci sono state storicamente due grandi categorie di robotica. Da un lato, hai una robotica costosa realizzata con componenti personalizzati ottimizzati per applicazioni particolari. D'altra parte, ci sono quelli che sono realizzati con moduli economici prodotti in serie con prestazioni inferiori.
I robot su cui sta lavorando il team CBA - che Jenett ha soprannominato Bipedal Isotropic Lattice Locomoting Explorer (BILL-E, come WALL-E) - rappresentano un ramo completamente nuovo della robotica. Da un lato, sono molto più semplici della varietà costosa, personalizzata e ottimizzata di robot. Dall'altro, sono molto più capaci dei robot prodotti in serie e possono costruire una più ampia varietà di strutture.
Al centro del concetto c'è l'idea che strutture più grandi possano essere assemblate integrando pezzi 3D più piccoli, che il team CBA chiama "voxel". Questi componenti sono costituiti da semplici puntoni e nodi e possono essere facilmente fissati insieme mediante semplici sistemi di aggancio. Poiché sono principalmente spazi vuoti, sono leggeri ma possono comunque essere organizzati per distribuire i carichi in modo efficiente.
I robot, nel frattempo, assomigliano a un piccolo braccio con due lunghi segmenti che sono incernierati nel mezzo con un dispositivo di bloccaggio su ciascuna estremità che usano per afferrare le strutture voxel. Queste appendici consentono ai robot di muoversi come i vermi, aprendo e chiudendo i loro corpi per spostarsi da un punto all'altro.
Tuttavia, la principale differenza tra questi assemblatori e robot tradizionali è la relazione tra il lavoratore robotico e i materiali con cui sta lavorando. Secondo Gershefeld, è impossibile distinguere questo nuovo tipo di robot dalle strutture che costruiscono poiché lavorano insieme come sistema. Ciò è particolarmente evidente quando si tratta del sistema di navigazione dei robot.
Oggi, la maggior parte dei robot mobili richiede un sistema di navigazione estremamente preciso per tenere traccia della propria posizione, come il GPS. I nuovi robot assemblatori, tuttavia, devono solo sapere dove si trovano in relazione ai voxel (piccole subunità su cui stanno attualmente lavorando). Quando un assemblatore si sposta su quello successivo, regola nuovamente il suo senso della posizione, usando tutto ciò su cui sta lavorando per orientarsi.
Ciascuno dei robot BILL-E è in grado di contare i suoi passi, il che oltre alla navigazione gli consente di correggere eventuali errori commessi lungo il percorso. Insieme al software di controllo sviluppato da Abdel-Rahman, questo processo semplificato consentirà agli sciami di BILL-Es di coordinare i loro sforzi e lavorare insieme, accelerando così il processo di assemblaggio. Come disse Jenett:
"Non stiamo mettendo la precisione nel robot; la precisione deriva dalla struttura [man mano che prende forma]. È diverso da tutti gli altri robot. Deve solo sapere dove si trova il prossimo passo. "
Jenett e i suoi collaboratori hanno realizzato diverse versioni di prova di concetto degli assemblatori, insieme ai corrispondenti disegni voxel. Il loro lavoro è ora progredito al punto in cui le versioni prototipo sono in grado di dimostrare l'assemblaggio dei blocchi voxel in strutture lineari, bidimensionali e tridimensionali.
Questo tipo di processo di assemblaggio ha già attirato l'interesse della NASA (che sta collaborando con il MIT in questa ricerca) e della compagnia aerospaziale olandese Airbus SE - che ha anche sponsorizzato lo studio. Nel caso della NASA, questa tecnologia sarebbe un vantaggio per i loro sistemi di assemblaggio digitale adattivo di missione riconfigurabile automatizzato (ARMADAS), guidati dal coautore Cheung.
Lo scopo di questo progetto è quello di sviluppare l'automazione necessaria e le tecnologie di assemblaggio robotico per sviluppare l'infrastruttura dello spazio profondo, che include una base lunare e habitat spaziali. In questi ambienti, gli assemblatori robotici offrono il vantaggio di poter assemblare le strutture in modo rapido ed economico. Allo stesso modo, saranno in grado di eseguire riparazioni, manutenzione e modifiche con facilità.
"Per una stazione spaziale o un habitat lunare, questi robot vivrebbero sulla struttura, mantenendola e riparandola continuamente", afferma Jenett. Avere questi robot in giro eliminerà la necessità di lanciare grandi strutture preassemblate dalla Terra. Se abbinati alla produzione additiva (stampa 3D), sarebbero anche in grado di utilizzare le risorse locali come materiali da costruzione (un processo noto come utilizzo delle risorse in situ o ISRU).
Sandor Fekete è direttore dell'Istituto di sistemi operativi e reti informatiche dell'Università tecnica di Braunschweig, Germania. In futuro, spera di unirsi al team per sviluppare ulteriormente i sistemi di controllo. Mentre sviluppare questi robot al punto che saranno in grado di costruire strutture nello spazio è una sfida significativa, le applicazioni che potrebbero avere sono enormi. Come ha detto Fekete:
"I robot non si stancano o si annoiano e l'utilizzo di molti robot in miniatura sembra l'unico modo per svolgere questo lavoro critico. Questa opera estremamente originale e intelligente di Ben Jenett e collaboratori fa un grande salto verso la costruzione di ali di aeroplano regolabili dinamicamente, enormi vele solari o persino habitat spaziali riconfigurabili. "
Non vi è dubbio che se l'umanità vuole vivere in modo sostenibile sulla Terra o avventurarsi nello spazio, dovrà fare affidamento su una tecnologia piuttosto avanzata. In questo momento, i più promettenti di questi sono quelli che offrono modi convenienti per vedere le nostre esigenze ed estendere la nostra presenza attraverso il Sistema Solare.
A questo proposito, assemblatori di robot come BILL-E non sarebbero utili solo in orbita, sulla Luna o oltre, ma anche qui sulla Terra. Se abbinati in modo simile alla tecnologia di stampa 3D, grandi gruppi di assemblatori robotici programmati per lavorare insieme potrebbero fornire alloggi modulari economici che potrebbero contribuire a porre fine alla crisi abitativa.
Come sempre, le innovazioni tecnologiche che aiutano a far progredire l'esplorazione dello spazio possono essere sfruttate per rendere più facile anche la vita sulla Terra!
