Bei der Erforschung des Weltraums erledigen Roboter die meiste Arbeit. Dieser Trend wird sich fortsetzen, wenn wir Missionen auf die Oberflächen von Welten immer weiter in das Sonnensystem schicken. Aber damit Roboter in den herausfordernden Umgebungen, die wir erforschen müssen – wie Saturns Mond Titan – effektiv sind, brauchen wir leistungsfähigere Roboter.
Ein neuer Roboter, den die NASA entwickelt, könnte der nächste Schritt in der Roboterforschung sein.
Saturns Mond Titan steht auf der Liste potenzieller Erkundungsziele jedes Planetenwissenschaftlers. Aber jede Mission zum Titan wird mit einer Umgebung zu kämpfen haben, die wie keine andere ist: eisige Temperaturen, Kryovulkane , Höhlen und Seen und Meere – und Regen – von flüssigen Kohlenwasserstoffen. In dieser Umgebung würde ein Rover im MSL Curiosity-Stil Schwierigkeiten haben.
Die NASA, immer eine zukunftsorientierte Agentur, arbeitet an etwas, das Titans Herausforderungen meistern könnte: einem sich verändernden Roboter, der aus mehreren kleineren Robotern besteht, die sich selbst zusammenbauen können.
Aus praktischen Gründen nennen sie es Shapeshifter.
Shapeshifter ist nicht ein Roboter, sondern mehrere. Sie nennen sie „Cobots“ und die einzelnen Cobots können fliegen, auf dem Boden rollen und unter Wasser schwimmen. Dies macht Shapeshifter gut geeignet, um Titan zu erkunden, die einzige andere Welt im Sonnensystem mit Flüssigkeit auf ihrer Oberfläche.
In der Illustration dieses Künstlers, wie Shapeshifter auf Titan funktionieren könnte, teilt sich der Roboter in einzelne Roboter auf, die einen Wasserfall aus der Luft untersuchen können. Bildquelle: NASA/JPL-Caltech/Marilynn Flynn
Der Robotiktechnologe Ali Agha ist der leitende Forscher des JPL für Shapeshifter. In einem Pressemitteilung Er sagte: „Wir haben nur sehr begrenzte Informationen über die Zusammensetzung der Oberfläche Felsiges Terrain, Methanseen, Kryovulkane – wir haben potenziell all dies, aber wir wissen es nicht genau. Also haben wir uns überlegt, wie wir ein System entwickeln können, das vielseitig und in der Lage ist, verschiedene Geländearten zu durchqueren, aber auch kompakt genug, um mit einer Rakete zu starten.“
Das Team hinter Shapeshifter umfasst Forscher der Universitäten Stanford und Cornell. Als sie das Konzept eines sich selbst zusammenbauenden Roboters aus kleineren Robotern entwickelten, nannten sie sie „Cobots“. Wenn sich die einzelnen Cobots zu einem zusammenfügen, rollt der Prototyp auf der Oberfläche wie eine Art riesiges Hamsterrad. Wenn es die Mission erfordert, können sich die einzelnen Cobots vom Ganzen trennen und zu ihren Zielen fliegen oder schwimmen. So sieht es zumindest dieser frühe 3D-gedruckte Prototyp vor, der am JPL getestet wird.
Die derzeit getestete Version von Shapeshifter ist halbautonom, aber wenn die Idee Wirklichkeit wird, muss sie sich autonom selbst zusammenbauen, ohne auf individuelle Anweisungen von der Erde zu warten. Mit den Fortschritten in der KI und Robotik steht das wahrscheinlich kurz bevor.
Eine Illustration der kleinen Roboter, die Shapeshifter bilden. Als „Cobots“ bezeichnet, haben sie jeweils einen Propeller zum Fliegen und können sich zu einer Kugel verbinden, die auf dem Boden rollt, um Energie zu sparen. Bildquelle: NASA/JPL-Caltech
Shapeshifter wird unter dem entwickelt Innovative fortschrittliche Konzepte der NASA (NIAC)-Programm. NIAC stellt stufenweise Finanzierungen für fortschrittliche, visionäre Konzepte bereit, um futuristische Ideen zu übernehmen und sie in die Praxis umzusetzen. NIAC steckt hinter dem Titan-U-Boot , das Triton Hopper , und andere Projekte.
Die Innovative Advanced Concepts (NIAC) der NASA stehen auch hinter dem Titan Submarine (links) und dem Triton Hopper (rechts). Bildnachweis: Links: NASA. Rechts: NASA/S. Olesen
Obwohl Shapeshifter derzeit nur eine 3D-gedruckte Konzeptmaschine ist, ist es ein klarer Hinweis auf die Richtung, in die sich die Roboterforschung entwickelt. Dieser Ansatz ist vielseitig und eignet sich gut, um entfernte Orte wie Titan zu erkunden. Neben dieser Multi-Bot-Vielseitigkeit besteht die Möglichkeit einer Art eingebauter Redundanz: Wenn ein Cobot aus irgendeinem Grund nicht richtig funktioniert oder nicht funktionsfähig ist, wird dies nicht unbedingt die gesamte Mission gefährden.
Shapeshifter wäre nicht allein auf Titan. Es wäre Teil eines größeren Missionsdesigns, das ein Mutterschiff beinhaltet. Das Mutterschiff wäre an der Oberfläche und könnte als Energiequelle für Shapeshifter dienen. Da die Atmosphäre von Titan so dicht und dunstig ist und sie so weit von der Sonne entfernt ist, würde eine Mission zum Titan wahrscheinlich von einem Radioisotop-Thermogenerator (RTG.) Die kleinen Cobots wären wahrscheinlich batteriebetrieben und würden sich mit einem RTG aufladen, das auf dem Mutterschiff getragen wird.
Aber auch die kleineren Cobots würden das Mutterschiff unterstützen. Da die Atmosphäre von Titan so dicht ist, ist das Fliegen einfacher als hier auf der Erde. Der Hauptermittler Ali Agha sagt, dass Cobots zusammenarbeiten könnten, um das Mutterschiff zu heben und an neue Orte zu transportieren. Das würde nur zur Vielseitigkeit von Shapeshifter beitragen.
„Es ist oft der Fall, dass einige der am schwersten zu erreichenden Orte wissenschaftlich am interessantesten sind, weil sie vielleicht die jüngsten sind oder sich in einem Gebiet befinden, das vom Orbit nicht gut charakterisiert wurde“, sagte Jason Hofgartner, Leiter des JPL Wissenschaftler für Gestaltwandler. „Die bemerkenswerte Vielseitigkeit von Shapeshifter ermöglicht den Zugang zu all diesen wissenschaftlich überzeugenden Orten.“
Agha berechnet, dass 10 Cobots leicht einen Lander von der Größe heben könnten Huygens (ungefähr 3 Meter breit) und behutsam an verschiedene Orte tragen.
Die Dragonfly-Mission der NASA zum Titan wird die dichte Atmosphäre des Mondes nutzen, um zu verschiedenen Orten zu fliegen. In dieser Illustration sinkt die Drohne Dragonfly auf die Oberfläche von Titan. Bild: NASA
Die NASA hat bereits eine Mission zum Titan mit ihrem Libelle Drehflügler. Dragonfly kann nicht schwimmen, aber sie kann zu verschiedenen Orten fliegen und Luftmessungen durchführen sowie Oberflächenoperationen durchführen. Diese Art von Vielseitigkeit ist ideal, um Titan zu erkunden, und Shapeshifter ist noch vielseitiger.
Es ist noch zu früh, um zu sagen, ob Shapeshifter oder ähnliches die nächste geplante Mission zum Titan sein wird. Aber es wird nicht überraschen, wenn eines Tages ein Roboter, der von Shapeshifter abstammt, durch Fliegen, Rollen und Schwimmen um Titan herumfliegt.
