Vivimos en un mundo donde se están produciendo múltiples revoluciones tecnológicas al mismo tiempo. Si bien los saltos que se están produciendo en los campos de la informática, la robótica y la biotecnología están ganando mucha atención, se presta menos atención a un campo que es igualmente prometedor. Este sería el campo de la fabricación, donde las tecnologías como la impresión 3D y los robots autónomos están demostrando ser un gran cambio de juego.
Por ejemplo, existe el trabajo que está realizando el Centro de Bits y Átomos (CBA) del MIT. Es aquí donde el estudiante graduado Benjamin Jenett y el profesor Neil Gershenfeld (como parte del trabajo de tesis doctoral de Jenett) están trabajando en pequeños robots que son capaces de ensamblar estructuras enteras. Este trabajo podría tener implicaciones para todo, desde aviones y edificios hasta asentamientos en el espacio.
Su trabajo se describe en un estudio que apareció recientemente en la edición de octubre del IEEE Robotics and Automation Letters. El estudio fue escrito por Jenett y Gershenfeld, a quienes se unieron Amira Abdel-Rahman y Kenneth Cheung, una estudiante graduada del MIT y el CBA, que ahora trabaja en el Centro de Investigación Ames de la NASA.
Como Gerensheld explicó en un reciente lanzamiento de MIT News, históricamente ha habido dos amplias categorías de robótica. Por un lado, tiene una robótica costosa compuesta por componentes personalizados que están optimizados para aplicaciones particulares. Por otro lado, hay aquellos que están hechos de módulos económicos producidos en masa con un rendimiento inferior.
Los robots en los que está trabajando el equipo de CBA, que Jenett ha denominado Bipedal Isotropic Lattice Locomoting Explorer (BILL-E, como WALL-E), representan una rama completamente nueva de la robótica. Por un lado, son mucho más simples que la variedad de robots costosa, personalizada y optimizada. Por otro lado, son mucho más capaces que los robots producidos en masa y pueden construir una variedad más amplia de estructuras.
En el corazón del concepto está la idea de que se pueden ensamblar estructuras más grandes integrando piezas 3D más pequeñas, lo que el equipo de CBA llama "voxels". Estos componentes están formados por puntales y nodos simples y se pueden unir fácilmente mediante sistemas de enganche simples. Dado que en su mayoría son espacios vacíos, son livianos pero aún se pueden organizar para distribuir las cargas de manera eficiente.
Mientras tanto, los robots se asemejan a un brazo pequeño con dos segmentos largos que están articulados en el medio con un dispositivo de sujeción en cada extremo que utilizan para agarrar las estructuras de vóxel. Estos apéndices permiten que los robots se muevan como gusanos de pulgada, abriendo y cerrando sus cuerpos para moverse de un lugar a otro.
Sin embargo, la principal diferencia entre estos ensambladores y los robots tradicionales es la relación entre el trabajador robótico y los materiales con los que está trabajando. Según Gershefeld, es imposible distinguir este nuevo tipo de robot de las estructuras que construyen ya que trabajan juntas como un sistema. Esto es especialmente evidente cuando se trata del sistema de navegación de los robots.
Hoy en día, la mayoría de los robots móviles requieren un sistema de navegación altamente preciso para realizar un seguimiento de su posición, como el GPS. Sin embargo, los nuevos robots ensambladores solo necesitan saber dónde están en relación con los vóxeles (pequeñas subunidades en las que están trabajando actualmente). Cuando un ensamblador se mueve hacia el siguiente, reajusta su sentido de posición, usando lo que sea que esté trabajando para orientarse.
Cada uno de los robots BILL-E es capaz de contar sus pasos, lo que además de la navegación le permite corregir cualquier error que cometa en el camino. Junto con el software de control desarrollado por Abdel-Rahman, este proceso simplificado permitirá que enjambres de BILL-Es coordinen sus esfuerzos y trabajen juntos, lo que acelerará el proceso de ensamblaje. Como dijo Jenett:
"No estamos poniendo la precisión en el robot; la precisión proviene de la estructura [a medida que toma forma gradualmente]. Eso es diferente de todos los otros robots. Solo necesita saber cuál es su próximo paso ".
Jenett y sus asociados han construido varias versiones de prueba de concepto de los ensambladores, junto con los diseños de voxel correspondientes. Su trabajo ahora ha progresado hasta el punto en que las versiones prototipo pueden demostrar el ensamblaje de los bloques de vóxel en estructuras lineales, bidimensionales y tridimensionales.
Este tipo de proceso de ensamblaje ya ha atraído el interés de la NASA (que está colaborando con el MIT en esta investigación) y la compañía aeroespacial Airbus SE, con sede en los Países Bajos, que también patrocinó el estudio. En el caso de la NASA, esta tecnología sería una bendición para sus sistemas de ensamblaje digital adaptable de misión automatizada reconfigurable (ARMADAS), que coautor Cheung lidera.
El objetivo de este proyecto es desarrollar las tecnologías de automatización y ensamblaje robótico necesarias para desarrollar la infraestructura del espacio profundo, que incluye una base lunar y hábitats espaciales. En estos entornos, los ensambladores robóticos ofrecen la ventaja de poder ensamblar estructuras de manera rápida y rentable. Del mismo modo, podrán realizar reparaciones, mantenimiento y modificaciones con facilidad.
"Para una estación espacial o un hábitat lunar, estos robots vivirían en la estructura, manteniéndola y reparándola continuamente", dice Jenett. Tener estos robots cerca eliminará la necesidad de lanzar grandes estructuras premontadas desde la Tierra. Cuando se combinan con la fabricación aditiva (impresión 3D), también podrían usar recursos locales como materiales de construcción (un proceso conocido como Utilización de recursos in situ o ISRU).
Sandor Fekete es el director del Instituto de Sistemas Operativos y Redes de Computadores de la Universidad Técnica de Braunschweig, Alemania. En el futuro, espera unirse al equipo para desarrollar aún más los sistemas de control. Si bien desarrollar estos robots hasta el punto de que puedan construir estructuras en el espacio es un desafío importante, las aplicaciones que podrían tener son enormes. Como dijo Fekete:
"Los robots no se cansan ni se aburren, y usar muchos robots en miniatura parece ser la única forma de hacer este trabajo crítico. Este trabajo extremadamente original e inteligente de Ben Jenett y sus colaboradores da un salto gigante hacia la construcción de alas de avión dinámicamente ajustables, enormes velas solares o incluso hábitats espaciales reconfigurables ".
No cabe duda de que si la humanidad quiere vivir de manera sostenible en la Tierra o aventurarse al espacio, tendrá que depender de una tecnología bastante avanzada. En este momento, los más prometedores son los que ofrecen formas rentables de satisfacer nuestras necesidades y ampliar nuestra presencia en todo el Sistema Solar.
A este respecto, los ensambladores de robots como BILL-E no solo serían útiles en órbita, en la Luna o más allá, sino también aquí en la Tierra. Cuando se combina de manera similar con la tecnología de impresión 3D, grandes grupos de ensambladores robóticos programados para trabajar juntos podrían proporcionar una vivienda modular barata que podría ayudar a poner fin a la crisis de la vivienda.
Como siempre, ¡las innovaciones tecnológicas que ayudan a avanzar en la exploración espacial también pueden aprovecharse para facilitar la vida en la Tierra!
