MIT-studenten bouwen kleine zelfassemblerende robots voor de ruimte

Als een paar MIT-studenten hun zin krijgen, heeft programmeerbare materie de toekomst.

Denk aan duizenden of honderdduizenden nanobots die op commando assembleren en demonteren om de meest efficiënte vorm te vormen om in een baan om de aarde te komen, een vervangend stuk rompbeplating van het International Space Station te creëren, een hulpmiddel om een ​​asteroïde te onderzoeken, of een bureau en stoel voor een hardwerkende astronaut.

In zekere zin creëren we "een soort recyclebaar 3D-printen", zegt Martin Nisser, een promovendus aan het MIT die met een team werkt aan het uitvinden van nieuwe manieren om microbots te besturen en te manoeuvreren.

Of Transformers, zo je wilt. Misschien nog niet helemaal Optimus Prime natuurlijk.

Ze heten ElectroVoxels (voxels = volumetrische pixels) en terwijl ze nog aan het testen zijn, heeft Nisser een nieuwe manier gevonden om zichzelf snel en voordelig opnieuw te configureren.

"Een van de grote uitdagingen met herconfigureerbare robots is dat als je wilt dat elk van deze kleine modules zichzelf kan verplaatsen, je berekeningen, elektronische sensoren en actuatoren in elke module moet inbedden, en dat is echt moeilijk om te doen naarmate de modules steeds kleiner worden,” vertelde Nisser me in een recente TechFirst-podcast. "De ... belangrijkste technische bijdrage die we hebben ontwikkeld, is om een ​​manier te vinden om elektromagneten in deze modules in te bedden om de herconfiguratie uit te voeren ... wat goed is, want deze elektromagneten zijn echt, erg goedkoop, ze zijn gemakkelijk te produceren, en ze hebben niet veel onderhoud nodig.”

De tests vonden plaats aan boord van NASA's 'braakkomeet', een groot gecapitonneerd vliegtuig waarvan de stoelen zijn verwijderd, zodat wetenschappers en astronauten een paar seconden nul-zwaartekracht kunnen ervaren tijdens paraboolvluchten in een lus.

De huidige prototypes zijn ongeveer zes centimeter lang (iets meer dan twee inch) en hebben elektromagneten ingebed in elk van hun 12 randen. Voeg een microcontroller en geïntegreerde schakelingen toe waarmee u de richting van de stroom door de elektromagneten kunt regelen, en u kunt ervoor zorgen dat de ElectroVoxels elkaar op voldoende verfijnde manieren aantrekken of afstoten om draaiingen rond een gedeelde as en transversaal over het gezicht van een andere ElectroVoxel mogelijk te maken .

De huidige vormveranderende, modulaire robots zijn relatief onhandig, zegt MIT. Ze zijn gebouwd met grote, dure motoren om beweging te vergemakkelijken: denk transformers maar ongeveer 300 generaties eerder.

"Als elk van die kubussen kan draaien ten opzichte van hun buren, kun je je eerste 3D-structuur in feite opnieuw configureren in een andere willekeurige 3D-structuur", zegt Nisser.

Dat kan handig zijn voor niet-standaard gereedschap, of om massa te herschikken voor draaiende bewegingen om een ​​vorm van kunstmatige zwaartekracht te initiëren via middelpuntvliedende kracht, of om massa tussen jou en een gevaarlijke zonnevlam te plaatsen.

Op dit moment zijn de ElectroVoxels relatief groot, dus alle structuren die ze maken zullen nogal grof en klonterig zijn. Om ze echt nuttig te maken, zullen Nisser en zijn team ElectroVoxels met mogelijk ordes van grootte moeten verkleinen.

"We werken aan het miniaturiseren van deze modules om een ​​beetje kleiner te worden, en je wilt honderdduizenden van deze bouwen die herconfiguratie kunnen doen om een ​​soort recyclebaar 3D-printen mogelijk te maken," vertelde Nisser me.

Uiteindelijk zullen sommige modules tools bevatten. Anderen slaan energie op in batterijen, terwijl weer anderen energie kunnen opvangen met zonnepanelen. Weer andere kunnen configureerbare motoren bevatten, of zelfs reserves van grondstoffen zoals metalen of machineonderdelen of zelfs zuurstof voor tijdelijke schuilplaatsen.

Maar dat is allemaal in de toekomst.

Toch is het een belangrijke uitdaging om op te lossen als we slimme, herconfigureerbare machines en gereedschappen willen op een plek waar je niet zomaar een nieuw onderdeel kunt bestellen en het morgen via Amazon Prime kunt laten bezorgen.

"De ruimte is een soort van... de laatste grens van fabricage", zegt Nisser. Het is heel, heel uitdagend om daar dingen te bouwen. Dus als je dingen zelf in elkaar kunt zetten zonder dat je astronauten daarheen hoeft te sturen - wat erg gevaarlijk is - en om alles in één keer te verzenden, is dat echt een voordeel. En paradoxaal genoeg, hoewel het een omgeving is waar herconfiguratie zo voordelig is, is herconfiguratie in zekere zin veel eenvoudiger … omdat je in een microzwaartekrachtomgeving niet hoeft te vechten tegen zwaartekrachtvectoren.

Zich abonneren op TechFirst, of krijg een volledig transcript van ons gesprek.