Отправка полезного груза весом всего в 1 кг на Марс - задача решаемая, но очень дорогая. Обойдется решение в 2,4 млн долларов США, судя по проекту Perseverance. И это ведь лишь научно-исследовательская миссия. А что, если понадобится построить город или хотя бы станцию для колонистов? Если отправлять все строительные материалы и прочие ресурсы с Земли, денег потребуется чрезвычайно много.
Ученые NASA и Стэнфордского университета предлагают вместо этого отправить на Луну или Марс роботов-строителей, которые смогут построить дом, вышку связи или еще что-то. И не одно сооружение, а десятки. Подробности проекта - под катом.
Немного о самовоспроизведении автоматов и «нулевой массе»
Ученые NASA, рассказывая о своем проекте, вспоминают "Теорию самовоспроизводящихся автоматов" Джона фон Неймана. В середине 20-го века он заложил основы ее основы. О ней, в частности, говорит Кеннет Чунг, один из представителей NASA, который разрабатывал особые метаматериалы, способные изменять свою структуру. Они не существуют в природе, но человеку очень бы пригодились - в частности, для того, чтобы различные механизмы могли бы воспроизводить самих себя и функционировать при любых условиях - хоть на Луне, хоть на Марсе.
Сейчас еще нет всего необходимого для создания таких материалов, но что-то реализовать уже вполне возможно. Представители NASA говорят, что ранее проблема поиска ресурсов на других планетах с их переработкой в основные строительные блоки казалась нерешаемой или почти таковой. Но потом ученые задумались над использованием стандартизированных готовых строительных блоков. Концепцию они подсмотрели в живой природе. Например, биологические системы применяют ограниченное количество аминокислот для создания разных белков. Примерно тот же принцип можно применить для строительства зданий и сооружений.
Представители агентства взяли небольшой набор стандартизированных строительных блоков. Их изготовили из прочных и очень легкого композитного материала StattechNN-40CF. Форма узлов разработана таким образом, чтобы при соединении деталей крепить их можно было бы под разными углами, что облегчило бы возведение блоков и самих зданий. Изготавливать такие блоки стоит из материалов, которые распространены на Марсе или Луне.
Конструкция с сечением в квадратный метр выдерживает нагрузку в 900 килограммов, будучи при этом очень легкой - всего 0,0103 грамма на кубический сантиметр. Специалисты построили из них, например, мост, и по нему вполне можно было ходить. При этом общая масса элементов, понадобившихся для создания такого моста - всего 18 кг, они поместились в объем рюкзака.
Не только элементы, но и роботы
Да, самих элементов, конечно, недостаточно, очевидно, что для возведения чего-нибудь из них нужны еще и строители. В данном случае - роботы. Инженеры NASA задействовали несколько типов роботов, включая грузовую систему, автомат, скрепляющий блоки воедино и робот-кран.
Механизмы не использовали лидар или камеры, вместо этого они просчитывали количество фреймов.
"Мы продемонстрировали возможность автоматического планирования, учитывающего столкновения роботов между собой и обеспечивающего устойчивость конструкции. Но мы также рассматривали и модели, наподобие тех, с помощью которых муравьи строят свои колонии", — заявил представитель команды Кеннет Чунг.
В ходе работы всего было использовано 256 фреймов, из них можно собрать дом за четыре с половиной дня.
Ученые считают, что при помощи этой технологии можно строить не только убежища для колонистов, но и специализированные станции вокруг точек с ценными ресурсами для их добычи. При этом система масштабируема - чем больше будет роботов, тем быстрее они выполнят строительство и большее количество сооружений смогут поставить.
Кроме того, на Луне в некоторых регионах можно было бы построить основу солнечных панелей, чтобы получать энергию, которая будет очень нужна как автоматам, так и будущим колонистам. А также - башни для поднятия антенн как можно более высоко, чтобы обеспечить стабильную связь. Например, около посадочной площадки "Артемиды-3" высота башен должна составлять примерно 100 метров, только в этом случае связь будет надежной.
А еще - добыча ресурсов
Для того, чтобы добывать материалы, необходимые для строительства фреймов, тоже требуются роботы. Их предлагается использовать, например, и для добычи других полезных ресурсов. Не так давно команда инженеров из Университета Аризоны получила $500 000 от NASA на разработку проекта использования роя горнодобывающих автономных роботов, способных действовать на Луне.
Для успешной добычи планируется создавать новые процессы и методы. Роботы, например, могут действовать сообща при выполнении задач по разработке месторождений, выемки грунта и строительства. Со временем нейросеть обеспечивает рост навыков у машин. Правда, собирать автоматы планируется на Земле, и обучать там же - ведь на Луне или Марсе эту задачу вряд ли получится выполнить.
Результаты своей работы специалисты опубликовали в статье Science Robotics. В марте планируется следующая публикация, с освещением процесса возведения более крупных объектов, чем те, что были построены в начале года.