NASA testet Robotersystem für selbstbauende Strukturen
Die NASA testet Roboter, die Strukturen, etwa für Langzeitmissionen auf Mond und Mars, autonom errichten können. Dabei nutzten sie einfache Bausteine.
(Bild: NASA / Dominic Hart)
Ein Team der NASA namens Automated Reconfigurable Mission Adaptive Digital Assembly Systems (ARMADAS) hat ein Hard- und Softwaresystem entwickelt, das mit Robotern Strukturen, etwa für Langzeitmissionen auf dem Mond und Mars, bauen kann. Darunter fallen etwa Habitate, Solarkraftwerke und Kommunikationstürme, wie die NASA mitteilt. In einer Labordemonstration zeigen die Forscher erste Ergebnisse ihres ARMADA-Systems.
Um Langzeitmissionen auf dem Mond und Mars unternehmen zu können, wird eine funktionierende Infrastruktur vor Ort gebraucht. Diese können von Robotern bereits gebaut werden, bevor die Astronauten dort ankommen. Die Idee dabei ist es, dass die Roboter die Strukturen im Weltraum oder auf der Mondoberfläche zusammenbauen.
Das im Test befindliche System, das die NASA-Forscher in der Studie, die in Science Robotics erschienen ist, als "Ultralight, strong, and self-reprogrammable mechanical metamaterials" beschreiben, besteht aus insgesamt drei Robotern. Die Roboter arbeiten dabei vollständig autonom. Ihre Aufgabe war es, aus Hunderten von Bausteinen einen meterlangen Unterstand zu bauen. Vorgenommen wurde der Versuch von Wissenschaftlern des Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley.
Autonomer Bau mit Voxel
Das System besteht aus Robotern mit unterschiedlicher Aufgabenverteilung: Zwei sogenannte Scaling Omnidirectional Lattice Locomoting Explorer (SOLL-E) sorgen für den Transport der Voxel (volumetric pixel), kleine, vorgefertigte Bausteine in der Größe eines Fußballs. Die Bausteine bestehen aus belastbaren, leichten Verbundstoffen. Die Roboter bewegen sich beim Bau außen auf den bereits gebauten Strukturen entlang. Ein Mobile Metamaterial Internal Co-Integrator (MMIC-I) befestigt dann das Voxel selbstständig an der vorgesehenen Stelle der Struktur. Auf diese Art und Weise können auch größere, nahezu beliebige Strukturen präzise errichtet werden.
"Im Allgemeinen ist es sehr schwierig, robuste autonome Roboter zu entwickeln, die in unstrukturierten Umgebungen, wie einer typischen Baustelle, arbeiten können. Wir stellen dieses Problem auf den Kopf, indem wir sehr einfache und zuverlässige Roboter entwickeln, die in einer extrem strukturierten Gitterumgebung arbeiten", sagt Christine Gregg, ARMADAS-Chefingenieurin der NASA Ames.
Die Roboter folgen dabei einem vorgegebenen Plan, der die Struktur definiert, ohne dabei jedoch Steuerungsdetails zu enthalten. Die Planung für die Roboteraufgaben übernimmt eine Software. Getestet wurde der Bauablauf zunächst in einer Simulation, bevor der eigentliche Bau beginnen konnte.
"Da die Roboter jeden kleinen Schritt an der Struktur ausrichten, die im Wesentlichen ein 3D-Gitter ist, können einfache Algorithmen mit geringen Rechen- und Erfassungsanforderungen hohe Autonomieziele erreichen. Das System baut und korrigiert seine Fehler selbst, ohne maschinelles Sehen oder externe Messmittel", erläutert Gregg.
Den vorgegebenen Unterstand konnten die Roboter in mehr etwas mehr als 100 Betriebsstunden zusammensetzen. Um ihre Arbeit von Menschen überwachen zu können, erfolgte der Bau über mehrere Wochen hinweg in der regulären Arbeitszeit der NASA-Mitarbeiter.
Weitere Module geplant
Die NASA-Wissenschaftler wollen zukünftig weitere Voxeltypen für den Bau der Strukturen verwenden. Die Modultypen sollen etwa um Solarpaneele, elektrische Verbindungen, Abschirmungen usw. erweitert werden. Zudem ist geplant, die Fähigkeiten der Roboter auszubauen. Sie sollen etwa Inspektionswerkzeuge erhalten, um die Sicherheit und Funktionsfähigkeit der Strukturen überprüfen zu können, bevor die Astronauten ankommen.
Geplant ist, dass die Roboter die errichteten Strukturen auch wieder demontieren, wenn sie nicht mehr benötigt werden. Die einzelnen Bauteile können dann wiederverwendet werden.
(olb)