Unterirdische Lebensräume sind in letzter Zeit zu einem Mittelpunkt der Kolonisierungsbemühungen außerhalb des Planeten. Der Schutz vor Mikrometeoriten, Strahlung und anderen potenziellen Gefahren macht unterirdische Standorte im Vergleich zu Oberflächenbehausungen wünschenswert. Der Bau derartiger unterirdischer Bauwerke stellt eine Fülle von Herausforderungen, nicht zuletzt die Art und Weise, wie sie tatsächlich errichtet werden. Ein Forscherteam der Technische Universität Delft (TUD) arbeitet an einem Plan, Material auszugraben und es dann zum Drucken von Lebensräumen zu verwenden. All das würde mit einer Gruppe von schwärmenden Robotern geschehen.
Die Idee stammt von a Gelegenheit gewähren von der Europäischen Weltraumorganisation veröffentlicht. Studenten an der Roboterbaulabor (RB) an der TU Delft, geleitet von DR. Henriette Bier , waren begeistert, an der Herausforderung teilzunehmen, die sich auf die In-situ-Ressourcennutzung für den Bau außerhalb der Erde konzentriert. Das RB-Team reichte zusammen mit Experten aus Materialwissenschaften, Robotik und Luft- und Raumfahrttechnik eine Idee ein, die mit 100.000 € von der Europäische Weltraumorganisation (ESA), einen vorläufigen Konzeptnachweis zu entwickeln.
Der vorgeschlagene Ansatz konzentriert sich auf die Spezialität des Labors – Roboterbau – und besteht aus vier Hauptkomponenten – dem Ausgraben des Regoliths, dem Drucken eines neuen Lebensraums mithilfe eines additiven Herstellungsverfahrens, der Koordination der Arbeit zwischen allen Robotern, die zur Erledigung der Aufgaben erforderlich wären, und sowohl sie als auch den Lebensraum antreiben.
Das Ausheben von Regolith mit Robotern war vorher erforscht , aber normalerweise im Kontext des Mondes. Verschiedene Aushubmuster sind für den Bau unterschiedlicher Strukturen nützlich, und das Muster, auf das sich das RB-Team konzentrierte, war eine abwärts geneigte Spirale. Eine solche Struktur könnte eine stabile, sichere Struktur mit einer relativ kleinen Grundfläche auf der Oberfläche schaffen.
Beispiel für einige der subtraktiven Werkzeugwege, die zum Aushöhlen der Tunnel des Habitats verwendet werden.
Quelle: Bier et al.
Die Modellierung der Spannungen und Dehnungen dieser Struktur ist ein wesentlicher Bestandteil des aktuellen Studienprojekts. Das Team entwickelte einen 1 m x 1 m großen Prototyp eines Fragments mit Mustern, die es ihnen ermöglichen würden, effektiv sichere und stabile Bereiche zu schaffen. Einige dieser Bereiche wurden mit Blick auf das Wohnen entworfen, einschließlich abtrennbarer Pflanzenbereiche, die hydroponisch angebaute Pflanzen beherbergen könnten.
Tonnen um Tonnen Regolith müssten von jeder realen Ausgrabungsstätte entfernt werden. Dieser Regolith wird als Material für den 3D-Druck eines stabilen Lebensraums verwendet. Ursprünglich hatte das Team vor, Regolith mit flüssiger Schwefel Beton herzustellen. Aber nachdem Materialwissenschaftler und ein Industriepartner, der auf Roboterdruck mit Zement spezialisiert war, einbezogen wurden, entschieden sie sich für die Verwendung von Beton auf Zementbasis, indem sie einige der Wasserressourcen des Mars erschlossen haben. Die Herstellung von Zement selbst erfordert jedoch eine Infrastruktur, sodass ein solcher Plan zur Nutzung von Regolith warten müsste, bis diese Infrastruktur bereits auf dem Planeten vorhanden ist.
Video, in dem diskutiert wird, wie die Schwarmmethodik implementiert werden kann, um die Erforschung des Mars zu unterstützen.
Die Strukturierung des Lebensraums selbst ist auch ein wichtiger Aspekt bei der Gestaltung der Form 3D gedruckt . Das Team konzentrierte sich auf relativ poröse Strukturen, die es ihnen ermöglichten, beim Bau weniger Material zu verwenden. Die Strukturen hatten jedoch immer noch eine bemerkenswert hohe Festigkeit und Haltbarkeit und boten auch eine gute Isolierung gegen Strahlung und Mikrometeoriteneinschläge, die die unterirdische Kolonie vermeiden wollte.
Einige der Vorteile dieses Ansatzes sind auf einen der größten Innovationstreiber zurückzuführen – die Zusammenarbeit. Das Projekt wird vom RB-Labor koordiniert, umfasst aber Partner sowohl an der TUD als auch externe Wirtschaftspartner. Diese Mitarbeiter bringen Fachwissen aus den Bereichen Bauwesen, Luft- und Raumfahrt und Robotertechnik sowie additive Fertigungstechnologien zur Entwicklung des Ansatzes der Roboterschwarmkonstruktion ein .
Ein Beispiel für den Lebensraum „Rhizom“, der eine relativ kleine exponierte Fläche an der Oberfläche hätte, aber einen großen bewohnbaren Raum unter der Erde bietet.
Quelle: Bier et al.
Diese Kollaborateure werden noch lange zusammenarbeiten müssen, damit dieses Projekt schließlich auf dem Mars umgesetzt wird. Als Technologiedemonstrator ist es noch ein weiter Weg bis zur Akzeptanz als Missionskonzept. Dr. Bier und ihr Team hoffen, das Konzept weiter voranzutreiben und suchen im Rahmen dieses Entwicklungsweges nach zukünftigen Finanzierungsmöglichkeiten.
Mit etwas Glück werden schwärmende Roboter und 3D-gedruckte zementbasierte Lebensräume eine Schlüsselrolle bei der zukünftigen Entwicklung einer bisher nur Science-Fiction-Welt spielen – einer unterirdischen Stadt auf dem Mars.
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arXiv - Design-to-Robotik-Produktion von unterirdischen Lebensräumen auf dem Mars
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Leitbild:
Konzept eines unterirdischen Lebensraums und der Roboter und Energiequellen, die ihn bauen und antreiben.
Kredit – Bier et al.
