Los cubos robóticos se transforman en el espacio

Los cubos robóticos se transforman en el espacio

  • Robotica
  • febrero 25, 2022
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El estudiante de doctorado del MIT, Martin Nisser, prueba bloques robóticos de reconfiguración automática, o ElectroVoxels, en microgravedad. Foto: Steve Boxall/ZeroG

Por Rachel Gordon | CON CSAIL

Cuando se enfrente a la elección de enviar un enjambre de robots autónomos completamente desarrollados al espacio, o una gran tripulación de módulos robóticos más pequeños, debe elegir lo último. Los robots modulares, como los que aparecen en películas como Big Hero 6, prometen un tipo especial de habilidades de autoensamblaje y reconfiguración. Pero a pesar de todo el ambicioso deseo de un uso rápido y fiable en áreas como la exploración espacial, la búsqueda y el rescate y el cambio de forma, los robots modulares construidos hasta la fecha siguen siendo un poco torpes. Por lo general, consisten en una colección de motores grandes y costosos para facilitar el movimiento, lo que requiere un enfoque muy necesario en arquitecturas más escalables, tanto en cantidad como en tamaño.

Los científicos del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial (CSAIL) del MIT pidieron electromagnetismo (campos electromagnéticos generados por el movimiento de la corriente eléctrica) para evitar el empaque habitual de actuadores voluminosos y costosos en bloques individuales. En su lugar, han incorporado electroimanes pequeños, económicos y fáciles de fabricar en los bordes de los cubos que se repelen y atraen, lo que permite que los robots giren y se muevan entre sí, cambiando rápidamente de forma.

Los «ElectroVoxels» tienen una longitud lateral de unos 60 milímetros y los imanes consisten en núcleos de ferrita (parecen pequeños tubos negros) que están envueltos con alambre de cobre, y juntos solo cuestan la friolera de 60 centavos. Dentro de cada cubo hay pequeñas placas de circuito y componentes electrónicos que envían electricidad en la dirección correcta a través del electroimán correcto.

A diferencia de las bisagras tradicionales que requieren sujetadores mecánicos entre dos elementos, los ElectroVoxels son completamente inalámbricos, lo que facilita mucho el mantenimiento y la fabricación de un sistema a gran escala.

Los ElectroVoxels son cubos robóticos que pueden reconfigurarse usando electroimanes. Los cubos no requieren motores ni propulsores para moverse y pueden operar en microgravedad.

Para visualizar mejor cómo se vería un conjunto de bloques durante la interacción, los científicos utilizaron un planificador de software que visualiza las reconfiguraciones y calcula las asignaciones electromagnéticas subyacentes. Un usuario puede manipular hasta mil cubos con solo unos pocos clics o usar scripts predefinidos que codifican múltiples rotaciones consecutivas. El sistema realmente le permite al usuario controlar el destino de los bloques dentro de lo razonable: puede cambiar la velocidad, resaltar los imanes y mostrar los movimientos necesarios para evitar colisiones. Puede dirigir los bloques para que tomen diferentes formas (como una silla a un sofá, porque ¿quién necesita ambos?)

Los pequeños bloques baratos son especialmente beneficiosos para entornos de microgravedad donde cualquier estructura que desee poner en órbita tiene que caber en el cohete que la lanzó. Después de las pruebas iniciales en una mesa de aire, ElextroVoxels encontró una verdadera ingravidez cuando se probó en un vuelo de microgravedad, con el impulso general de mejores herramientas de exploración espacial como la reconfiguración sin propulsores o el cambio de las propiedades de inercia de una nave espacial.

Aprovechar la actuación sin propulsor, por ejemplo, elimina la necesidad de lanzar combustible adicional para la reconfiguración, abordando muchos de los desafíos asociados con la masa y el volumen de despegue. Entonces, la esperanza es que este método de reconfigurabilidad pueda respaldar una miríada de futuros esfuerzos espaciales: expansión y reemplazo de estructuras espaciales en múltiples lanzamientos, estructuras temporales para ayudar en la inspección de naves espaciales y apoyo a los astronautas, y (futuras iteraciones) de los cubos que actúan como almacenamiento de autoclasificación. contenedores

«ElectroVoxels muestra cómo construir un sistema completamente reconfigurable y expone a nuestra comunidad científica a los desafíos que deben superarse para tener un sistema robótico modular completamente funcional en órbita», dice Dario Izzo, líder del equipo de conceptos avanzados de la Agencia Espacial Europea. «Esta investigación demuestra cuán fáciles de construir, operar y mantener, los cubos giratorios accionados electromagnéticamente permiten un sistema flexible, modular y reconfigurable que puede servir como inspiración para el diseño de componentes inteligentes de futuras misiones de exploración».

Para que los bloques se muevan, deben seguir un orden, como pequeñas piezas homogéneas de Tetris. En este caso, la secuencia de polarización consta de tres pasos: inicio, viaje y captura, con cada fase que tiene un cubo itinerante (usado para moverse), un cubo de origen (donde comienza el cubo itinerante) y un destino (que atrapa el cubo itinerante). cubo viajero). Los usuarios del software pueden especificar qué cubo pivotar en qué dirección, y el algoritmo calcula automáticamente el orden y la dirección de las asociaciones electromagnéticas requeridas para hacerlo (repeler, atraer o apagar).

Para el trabajo futuro, pasar del espacio a la Tierra es el siguiente paso natural para ElectroVoxels, lo que requeriría un modelado y optimización más detallados de estos electroimanes para realizar aquí la reconfiguración antigravedad.

“Al construir una estructura grande y compleja, no desea estar limitado por la disponibilidad y la experiencia de las personas que la ensamblan, el tamaño de su vehículo de transporte o las duras condiciones ambientales en el sitio de ensamblaje. Si bien estos axiomas son ciertos en la Tierra, tienen poderosas implicaciones sobre cómo se construyen las cosas en el espacio”, dice Martin Nisser, estudiante de doctorado en MIT CSAIL, autor principal de un artículo sobre ElectroVoxels. «Si tuviera estructuras que se autoensamblaran a partir de módulos simples y homogéneos, podría eliminar muchos de estos problemas. Entonces, si bien los beneficios potenciales son particularmente grandes en el espacio, la paradoja es que la dinámica favorable que ofrece la microgravedad significa que algunos de estos problemas son en realidad más fáciles de resolver: en el espacio, incluso las fuerzas pequeñas pueden hacer que sucedan cosas grandes. Con suerte, al aplicar esta tecnología para resolver problemas del mundo real a corto plazo en el espacio, también podemos incubar la tecnología para uso futuro en la Tierra”.

Nisser coescribió el artículo con Leon Cheng y Yashaswini Makaram de MIT CSAIL; Ryo Suzuki, profesor asistente de informática en la Universidad de Calgary; y la profesora del MIT Stefanie Mueller. Presentarán el trabajo en la Conferencia Internacional de Robótica y Automatización 2022. El trabajo fue apoyado en parte por la Iniciativa de Exploración Espacial del MIT.

Etiquetas: c-research innovación, modular


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