När det gäller rymdutforskning är det robotar som gör det mesta av arbetet. Den trenden kommer att fortsätta när vi skickar uppdrag till världens ytor längre och längre in i solsystemet. Men för att robotar ska vara effektiva i de utmanande miljöerna som vi behöver utforska - som Saturns mån Titan - behöver vi mer kapabla robotar.
En ny robot som NASA utvecklar kan vara nästa steg i robotutforskning.
Saturnus måne Titan finns på alla planetforskares lista över potentiella mål för utforskning. Men varje uppdrag till Titan måste tävla med en miljö som inte är någon annan: otrevliga temperaturer, kryovolkaner, grottor och sjöar och hav - och regn - av flytande kolväten. I den miljön kämpar en MSL Curiosity-stil rover.
NASA, alltid en byrå som ser framöver, arbetar med något som kan möta Titans utmaningar: en formförskjutande robot som består av flera mindre robotar som kan monteras själv.
I en pik av praktiska kallar de det Shapeshifter.
Shapeshifter är inte en robot, utan flera. De kallar dem "cobots" och de enskilda cobotsna kan flyga, rulla på marken och simma medan de är nedsänkta. Detta gör Shapeshifter väl lämpad att utforska Titan, den enda andra världen i solsystemet med vätska på ytan.
Robotteknolog Ali Agha är JPL: s huvudutredare för Shapeshifter. I ett pressmeddelande sade han: ”Vi har mycket begränsad information om sammansättningen av ytan <på Titan.> Stenig terräng, metansjöar, kryovolkaner - vi har potentiellt alla dessa, men vi vet inte med säkerhet. Så vi tänkte på hur man skapar ett system som är mångsidigt och kapabelt att korsa olika typer av terräng men också tillräckligt kompakt för att starta på en raket.
Teamet bakom Shapeshifter inkluderar forskare från Stanford och Cornell universitet. När de utvecklade konceptet om en självmonterande robot tillverkad av mindre robotar, kallade de dem "cobots." När de enskilda kobotterna går ihop, rullar prototypen på ytan som ett slags enormt hamsterhjul. När uppdraget kräver det kan de enskilda kobotterna skilja sig från helheten och flyga eller simma till sina mål. Åtminstone så är det förutsett i denna tidiga, 3D-tryckta prototyp som testas på JPL.
Den version av Shapeshifter som testas just nu är halvautonom, men om idén kommer att realiseras kommer den att behöva självmonteras autonomt utan att vänta på enskilda instruktioner från Jorden. Med framsteg inom AI och robotik är det förmodligen precis runt hörnet.
Shapeshifter utvecklas inom ramen för NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) -programmet. NIAC tillhandahåller fasfinansiering till avancerade, visionära koncept, för att ta futuristiska idéer och vårda dem mot praktiska. NIAC står bakom Titan Submarine, Triton Hopper och andra projekt.
Även om Shapeshifter bara är en 3D-tryckt konceptuell maskin just nu, är det en tydlig indikation på riktningen som robotutforskning tar. Det finns mångsidighet i denna strategi som är väl lämpad för att utforska avlägsna platser som Titan. Utöver denna mångfald av flera botten finns möjligheten till en typ av inbyggd redundans: om en cobot inte fungerar eller inte fungerar av någon anledning, kommer den inte nödvändigtvis att hota hela uppdraget.
Shapeshifter skulle inte vara ensam om Titan. Det skulle vara en del av en större uppdragsdesign som inkluderar ett moderskip. Moderskeppet skulle ligga på ytan och skulle kunna fungera som en energikälla för Shapeshifter. Eftersom Titans atmosfär är så tät och disig, och det är så långt från solen, skulle ett uppdrag till Titan troligtvis drivas av en radioisotop termisk generator (RTG.) De små kobotterna skulle troligtvis vara batteridrivna och skulle ladda sig själva med en RTG fortsatte moderskeppet.
Men de mindre kobotterna skulle också stödja moderskapet. Eftersom Titans atmosfär är så tät är flyget lättare än här på jorden. Huvudutredaren Ali Agha säger att koboter skulle kunna arbeta tillsammans för att lyfta moderskipet och transportera det till nya platser. Det skulle bara bidra till Shapeshifters mångsidighet.
"Det är ofta så att några av de svåraste platserna att komma till är de mest vetenskapligt intressanta eftersom de kanske är de yngsta, eller de befinner sig i ett område som inte kännetecknades väl från omloppsbana," sade Jason Hofgartner, JPL-ledare forskare för Shapeshifter. "Shapeshifters anmärkningsvärda mångsidighet möjliggör åtkomst till alla dessa vetenskapligt övertygande platser."
Agha beräknar att 10 kobots lätt kunde lyfta en lander på Huygens storlek (ungefär 9 fot, eller 3 meter bred) och försiktigt transportera den till olika platser.
NASA har redan meddelat ett uppdrag till Titan med Dragonfly rotorcraft. Dragonfly kan inte simma, men den kan flyga till olika platser och göra luftburna mätningar, samt utföra ytoperationer. Den typen av mångsidighet är idealisk för att utforska Titan, och Shapeshifter är ännu mer mångsidig.
Det är för tidigt att säga om Shapeshifter eller något liknande kommer att vara det nästa planerade uppdraget till Titan. Men det kommer inte att bli överraskande om en robot som är härstammande från Shapeshifter en dag tar sig runt Titan genom att flyga, rulla och simma.
Mer:
- Pressmeddelande: NASA Designing Shapeshifting Robots for Saturns Moons
- Space Magazine: NASA kommer tillbaka till Saturns Moon Titan, den här gången med en kärnbatteri-driven Quadcopter
- NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC)
