MIT-studenter bygger små självmonterande robotar för rymden

Om några MIT-studenter får sin vilja igenom är programmerbar materia framtiden.

Tänk att tusentals eller hundratusentals nanobotar sätter ihop och demonteras på kommando för att bilda den mest effektiva formen för att ta sig upp i omloppsbana, skapa en ersättningsbit av International Space Stations skrovplätering, ett verktyg för att undersöka en asteroid eller ett skrivbord och en stol för en hårt arbetande astronaut.

Att skapa, på sätt och vis, "en sorts återvinningsbar 3D-utskrift", säger Martin Nisser, doktorand vid MIT som arbetar med ett team för att uppfinna nya sätt att kontrollera och manövrera mikrobotar.

Eller Transformers, om man så vill. Kanske inte riktigt Optimus Prime ännu, förstås.

De kallas ElectroVoxels (voxels = volumetriska pixlar) och medan de fortfarande testas har Nisser hittat ett nytt sätt att låta dem konfigurera om sig själva snabbt och ekonomiskt.

"En av de stora utmaningarna med omkonfigurerbara robotar är att om du vill att var och en av dessa små moduler ska kunna röra sig av sig själv måste du bädda in beräkningar, elektroniska sensorer, ställdon i varje modul, och det är verkligen svårt att göra i takt med att modulerna blir allt mindre”, berättade Nisser nyligen för mig TechFirst podcast. "Det ... nyckeltekniska bidraget som vi har utvecklat är att hitta ett sätt att bädda in elektromagneter i dessa moduler för att utföra omkonfigureringen ... vilket är bra, eftersom dessa elektromagneter är riktigt, riktigt billiga, de är lätta att tillverka, och de kräver inte mycket underhåll.”

Testning ägde rum ombord på NASA:s "kräkkomet", ett stort vadderat flygplan med sätena borttagna så att forskare och astronauter kan uppleva några sekunder av noll gravitation under parabolflygningar i loop.

De nuvarande prototyperna är cirka sex centimeter långa (drygt två tum) och har elektromagneter inbäddade i var och en av sina 12 kanter. Lägg till en mikrokontroller och integrerade kretsar som låter dig reglera riktningen som strömmen passerar genom elektromagneterna, så kan du få ElectroVoxels att attrahera eller stöta bort varandra på tillräckligt sofistikerade sätt för att tillåta svängningar runt en delad axel och tvärgående över ytan på en annan ElectroVoxel .

Nuvarande formskiftande, modulära robotar är jämförelsevis klumpiga, säger MIT. De är byggda med stora, dyra motorer för att underlätta förflyttning: tänk Transformatorer men cirka 300 generationer tidigare.

"Om var och en av dessa kuber kan svänga i förhållande till sina grannar kan du faktiskt konfigurera om din första 3D-struktur till vilken annan godtycklig 3D-struktur som helst", säger Nisser.

Det kan vara användbart för icke-standardiserade verktyg, eller för att ordna om massan för snurrande rörelser för att initiera en form av artificiell gravitation via centrifugalkraft, eller för att placera massa mellan dig och en farlig solflamma.

Just nu är ElectroVoxels relativt stora, så alla strukturer de gör kommer att vara ganska grova och klumpiga. För att göra dem riktigt användbara måste Nisser och teamet krympa ElectroVoxels med potentiellt storleksordningar.

"Vi arbetar på att miniatyrisera dessa moduler för att bli lite mindre, och du vill bygga hundratusentals av dessa som kan göra omkonfigurering för att möjliggöra ett slags återvinningsbar 3D-utskrift," berättade Nisser för mig.

Så småningom kommer vissa moduler att bära verktyg. Andra kommer att lagra ström i batterier, medan ytterligare andra kan fånga energi med solpaneler. Ytterligare andra kan innehålla konfigurerbara motorer, eller till och med reserver av råmaterial som metaller eller maskindelar eller till och med syre för tillfälliga rymdskydd.

Men allt detta ligger i framtiden.

Ändå är det en viktig utmaning att lösa om vi vill ha smarta omkonfigurerbara maskiner och verktyg på ett ställe där du inte bara kan beställa en ny del och få den levererad imorgon via Amazon Prime.

"Rymden är typ ... den sista gränsen för tillverkning," säger Nisser. Det är väldigt, väldigt utmanande att bygga saker där. Så om du kan ha saker självmonterade utan att behöva skicka upp astronauter - vilket är mycket farligt - och att skicka allt på en gång, är det verkligen fördelaktigt. Och på ett paradoxalt sätt, även om det är en miljö där omkonfigurering är så fördelaktig, är omkonfigurering faktiskt på ett sätt, mycket enklare … för i en mikrogravitationsmiljö behöver du inte bekämpa gravitationsvektorer.”

Prenumerera på TechFirst, eller få en fullständig utskrift av vårt samtal.