Alguns dos alvos mais tentadores da exploração espacial são os mundos de gelo congelado. Pegue a lua de Júpiter, Europa, por exemplo. É quentinho, O oceano salgado abaixo da superfície está enterrado sob uma camada de gelo que cobre a extensão da lua. Qual é a melhor maneira de explorá-lo?

Talvez um robô de gelo pudesse desempenhar um papel.

Embora as agências espaciais do mundo - especialmente a NASA - estejam cada vez melhores na construção de robôs para explorar lugares como Marte, esses robôs têm limitações. Talvez a principal dessas limitações seja a possibilidade de colapso. Quando um rover em Marte - ou em algum lugar ainda mais distante - quebra, o jogo acabou. Não há maneira viável de consertar algo como o MSL Curiosity se ele quebrar durante a exploração da superfície marciana.

Mas e se o mundo que está sendo explorado fosse um mundo congelado, e o robô era feito de gelo? Será que robôs de gelo podem se auto-reparar, mesmo de forma limitada? Eles poderiam realmente ser fabricados e montados lá, mesmo parcialmente?

Um artigo recente intitulado "Robôs feitos de gelo:uma análise das técnicas de manufatura" explorou essa possibilidade. O artigo foi apresentado na Conferência Internacional de Robótica e Sistemas do IEEE (Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos) 2020. Devin Carroll e Mark Yim escreveram. Carroll é um Ph.D. estudante de robótica na Universidade da Pensilvânia, e Yim é o Diretor do Grasp Lab e professor de engenharia mecânica na mesma instituição.

O robô inteiro não seria feito de gelo, obviamente. Mas parte da estrutura pode ser. A ideia é centrada em torno de um design modular que pode se autorreparar ou até mesmo se auto-replicar e pode ser concluído no local após a implantação, uma vez que os obstáculos do terreno e os detalhes das tarefas da missão foram melhor compreendidos.

Em seu resumo, os dois autores escrevem, "O gelo permite maior flexibilidade no design do sistema, permitindo que a estrutura robótica seja projetada e construída após a implantação, após as tarefas e os obstáculos do terreno terem sido melhor identificados e analisados. "

Obviamente, existem muitos problemas e obstáculos com essa tecnologia potencial. Mas é assim que todos eles começam.

A dupla de autores deixa claro que este é um trabalho preliminar. "Os autores exploram uma abordagem orientada à estrutura para examinar os processos de fabricação compatíveis com ênfase na conservação das energias do processo, "eles escrevem." Uma plataforma robótica móvel feita de gelo é apresentada como uma prova de conceito e primeira demonstração. "

A ideia é centrada em um rover de duas rodas chamado Icebot. O Icebot é baseado no design dos rovers da Antártica e possui elementos estruturais feitos de gelo.

Em seu trabalho, a dupla de autores realizou experimentos para explorar toda a ideia. O trabalho foi baseado em duas premissas:

• O robô estará operando em temperaturas abaixo de zero, e todos os seus cálculos são baseados na temperatura média anual da estação McMurdo, na Antártica.
• Blocos de gelo estão prontamente disponíveis.

O artigo também apresenta três princípios gerais de design.

• Os componentes precisam ser projetados para gerenciar o calor.
• Todos os eletrônicos, os atuadores e as fontes de energia devem ser isolados do derretimento.
• O método ideal para modelar os componentes do gelo do robô depende do volume final da peça em relação ao volume que deve ser removido de uma placa de gelo crua.

Há outra condição abrangente em tudo isso, também. Para robôs operando em outros mundos, a energia é um bem precioso. Cada missão tem um orçamento de energia que é administrado meticulosamente. Pegue a espaçonave Voyager, por exemplo. Sua impressionante longevidade se deve, pelo menos em parte, ao uso extremamente escrupuloso de energia. Portanto, a quantidade de energia que um robô de gelo usa para fabricar e construir a si mesmo é crítica.

Com essas condições em mente, os pesquisadores tiveram algumas idéias interessantes.

Em primeiro lugar, todo o cenário provavelmente envolveria não um único robô, mas um par, operando em conjunto. Uma unidade seria o veículo de exploração principal, e a outra seria como uma nave-mãe e teria capacidade de manufatura e reparo.

Em uma entrevista com o Espectro IEEE , Devin Carroll explicou como isso pode ser. "Quando penso em um robô de exploração ártico (ou planetário) que incorpora recursos de auto-modificação ou reparo, imagino um sistema com dois tipos de robôs - o primeiro explora o ambiente e coleta os materiais necessários para realizar autoaumentação ou reparo, e o segundo é algum tipo de sistema de manipulador / manufatura. Podemos imaginar a classe de exploração do robô retornando a um local centralizado com um pedido de um arado ou algum outro aumento e o sistema de manufatura será capaz de anexar o aumento diretamente ao robô. "

A dupla de cientistas realizou alguns testes para concretizar suas idéias. Eles examinaram diferentes maneiras de manipular o gelo. Para manufatura, eles olharam para moldagem, onde o gelo seria primeiro derretido e depois derramado em um molde para ser moldado. Eles também analisaram a impressão 3D, e usinagem. Cada método tem seus prós e contras, e cada um tem diferentes necessidades de energia.

Eles também examinaram a integração do atuador. Como explicado, os próprios atuadores não podem ser feitos de gelo. Os atuadores são expostos a diferentes tensões, o gelo não aguenta. Portanto, a integração dos atuadores com componentes feitos de gelo é uma operação crítica.

Eles experimentaram quatro maneiras diferentes de integrar atuadores:

• Escultura mecânica com algo parecido com um cinzel.
• Derretendo um orifício para o atuador com chama aberta.
• Criação de um orifício para o atuador com uma haste de metal aquecida.
• Corte, por exemplo, com uma serra copo.

Cada um dos métodos tem seus pontos fortes e fracos. Cada um também tem seus próprios requisitos de energia. A tabela abaixo apresenta a energia necessária para cada método para criar uma bolsa de montagem para o atuador, e congelá-lo no lugar.

Uma vez que este é um trabalho preliminar, a equipe não chegou a nenhuma conclusão permanente. Mas seus experimentos expuseram algumas armadilhas que precisarão ser superadas se a fabricação e o reparo de gelo in-situ forem implementados com eficácia.

Eles descobriram que a área de superfície do anexo é crítica para o sucesso, o que não é uma surpresa. Em poucas palavras, uma área de superfície maior na junta é melhor, e ajuda o gelo a resistir a tensões devido ao torque e outras forças. A espessura do gelo também foi um problema, o que também não é surpreendente.

Os autores resumem seu trabalho na conclusão do artigo. "Este trabalho é um passo em direção a um peso leve, sistema robótico adaptável capaz de operar em ambientes abaixo de zero. Este sistema se presta à autoconfiguração, autorreplicação e autorreparação, " eles escrevem.

"Para impulsionar o desenvolvimento de métodos automatizados para a criação e montagem deste sistema, planejamos buscar um módulo comum que possa ser facilmente integrado com blocos passivos de gelo, "eles escrevem. Isso tornaria o sistema IceBot mais simples e modular.

Eles também explicaram o que o futuro reserva para seu conceito IceBot:"Trabalhos futuros adicionais incluem:determinar uma classe geral de superfície na qual este sistema pode se mover, métodos de uso de elementos de gelo para interagir com o meio ambiente, e uma investigação mais aprofundada sobre os limites de resistência das conexões entre os atuadores e o gelo. "

No Espectro IEEE entrevista, Carroll também falou sobre o que vem por aí em seus esforços no IceBot e enfatizou a necessidade de modularidade. "Meu foco imediato é projetar uma junta modular que possamos usar para juntar facilmente e com segurança atuadores com blocos de gelo, bem como trabalhar para desenvolver um efetor final que nos permitirá manipular blocos de gelo sem deformá-los permanentemente por meio de orifícios de parafuso ou outros , métodos de conexão semelhantes. "

Há muito trabalho a ser feito antes que qualquer tecnologia de robótica de gelo possa ser implementada. Mas é um desenvolvimento tentador, e Europa e Enceladus estão esperando. Agências como a NASA estão examinando de perto os recursos in-situ para suas missões à Lua e a Marte.

O gelo é comum no sistema solar. O espaço é frio, e muitos corpos estão cobertos de gelo. Poderia ser um IceBot in-situ no futuro?