När det kommer till rymdutforskning är det robotar som gör det mesta av arbetet. Den trenden kommer att fortsätta när vi skickar uppdrag till världarnas ytor längre och längre in i solsystemet. Men för att robotar ska vara effektiva i de utmanande miljöer vi behöver utforska – som Saturnus måne Titan – behöver vi mer kapabla robotar.
En ny robot som NASA håller på att utveckla kan vara nästa steg i robotutforskning.
Saturnus måne Titan finns på alla planetforskares lista över potentiella mål för utforskning. Men varje uppdrag till Titan kommer att behöva kämpa med en miljö som inte liknar alla andra: kyliga temperaturer, kryovulkaner , grottor och sjöar och hav – och regn – av flytande kolväten. I den miljön skulle en MSL Curiosity-stil rover kämpa.
NASA, alltid en byrå som blickar mot framtiden, arbetar med något som kan möta Titans utmaningar: en formskiftande robot som består av flera mindre robotar som kan självmontera.
På ett praktiskt sätt kallar de det Shapeshifter.
Shapeshifter är inte en robot, utan flera. De kallar dem 'cobots' och de individuella cobots kan flyga, rulla på marken och simma medan de är nedsänkta. Detta gör Shapeshifter väl lämpad för att utforska Titan, den enda andra världen i solsystemet med vätska på ytan.
I den här konstnärens illustration av hur Shapeshifter kan fungera på Titan delas roboten upp i individuella robotar som kan undersöka ett vattenfall från luften. Bildkredit: NASA/JPL-Caltech/Marilynn Flynn
Robotteknologin Ali Agha är JPL:s huvudutredare för Shapeshifter. I en pressmeddelande han sa, 'Vi har mycket begränsad information om sammansättningen av den steniga terrängen på ytan, metansjöar, kryovulkaner - vi har potentiellt alla dessa, men vi vet inte säkert. Så vi funderade på hur vi skulle skapa ett system som är mångsidigt och kapabelt att korsa olika typer av terräng men också tillräckligt kompakt för att skjuta upp på en raket.'
Teamet bakom Shapeshifter inkluderar forskare från Stanford och Cornell universitet. När de utvecklade konceptet med en självmonterande robot gjord av mindre robotar, döpte de dem till 'cobots'. När de enskilda cobotarna går ihop till en rullar prototypen längs med ytan som ett slags enormt hamsterhjul. När uppdraget kräver det kan de enskilda cobotarna separera från helheten och flyga eller simma till sina mål. Åtminstone är det så det är tänkt i denna tidiga 3D-printade prototyp som testas på JPL.
Den version av Shapeshifter som testas just nu är semi-autonom, men om idén kommer att förverkligas kommer den att behöva självmontera sig själv, utan att vänta på individuella instruktioner från jorden. Med framsteg inom AI och robotik är det förmodligen precis runt hörnet.
En illustration av de små robotarna som bildar Shapeshifter. Dubbade 'cobots', de har var och en en propeller för att flyga och kan kombineras för att bilda en sfär som rullar på marken för att spara energi. Bildkredit: NASA/JPL-Caltech
Shapeshifter utvecklas under NASAs innovativa avancerade koncept (NIAC) program. NIAC tillhandahåller stegvis finansiering till avancerade, visionära koncept, för att ta futuristiska idéer och vårda dem mot praktiska. NIAC ligger bakom Titan ubåt , den Triton Hopper och andra projekt.
NASA:s Innovative Advanced Concepts (NIAC) ligger också bakom Titan Submarine (vänster) och Triton Hopper (höger). Bildkrediter: Vänster: NASA. Höger: NASA/S. Olesen
Även om Shapeshifter bara är en 3D-utskriven konceptuell maskin just nu, är det en tydlig indikation på riktningen som robotutforskning tar. Det finns mångsidighet i detta tillvägagångssätt som är väl lämpat för att utforska avlägsna platser som Titan. Vid sidan av denna multibot-mångsidighet finns möjligheten till en typ av inbyggd redundans: om en cobot inte fungerar som den ska eller inte fungerar av någon anledning, kommer den inte nödvändigtvis att hota hela uppdraget.
Shapeshifter skulle inte vara ensam på Titan. Det skulle vara en del av en större uppdragsdesign som inkluderar ett moderskepp. Moderskeppet skulle vara på ytan och skulle kunna fungera som en energikälla för Shapeshifter. Eftersom Titans atmosfär är så tät och disig, och den är så långt från solen, skulle ett uppdrag till Titan troligen drivas av en radioisotop termisk generator (RTG.) De små cobotarna skulle sannolikt vara batteridrivna och skulle ladda sig själva med en RTG som transporterades på moderskeppet.
Men de mindre cobotarna skulle också stödja moderskeppet. Eftersom Titans atmosfär är så tät är flygningen lättare än här på jorden. Chefsutredaren Ali Agha säger att cobots skulle kunna samarbeta för att lyfta moderskeppet och transportera det till nya platser. Det skulle bara bidra till Shapeshifters mångsidighet.
'Det är ofta så att några av de svåraste platserna att ta sig till är de mest vetenskapligt intressanta eftersom de kanske är de yngsta, eller så är de i ett område som inte var väl karakteriserat från omloppsbana', säger Jason Hofgartner, JPL-ledare forskare för Shapeshifter. 'Shapeshifters anmärkningsvärda mångsidighet möjliggör tillgång till alla dessa vetenskapligt övertygande platser.'
Agha räknar ut att 10 cobots lätt skulle kunna lyfta en landare lika stor som Huygens (ungefär 9 fot, eller 3 meter, bred) och bär den försiktigt till olika platser.
NASA:s Dragonfly-uppdrag till Titan kommer att dra fördel av månens tjocka atmosfär för att flyga till olika platser. I den här illustrationen är Dragonfly-helikopterdrönaren på väg ned till Titans yta. Bild: NASA
NASA har redan tillkännagett ett uppdrag till Titan med sin Trollslända rotorfarkoster. Dragonfly kan inte simma, men den kan flyga till olika platser och ta luftburna mätningar, samt utföra ytoperationer. Den typen av mångsidighet är idealisk för att utforska Titan, och Shapeshifter är ännu mer mångsidig.
Det är för tidigt att säga om Shapeshifter eller något liknande kommer att bli nästa planerade uppdrag till Titan. Men det kommer inte att vara förvånande om en robot som härstammar från Shapeshifter en dag tar sig runt Titan genom att flyga, rulla och simma.