Pop-Up Flat Folding Explorer Robot (PUFFER) è stato ispirato da un design origami. Questo piccolo robot potrebbe essere usato come scout per i rover più grandi, andare in posti che sarebbero rischiosi o difficili da raggiungere. Credito:NASA/JPL-Caltech
I prossimi rover per esplorare un altro pianeta potrebbero portare con sé un esploratore.
Il Robot Pop-Up Flat Folding Explorer (PUFFER) in fase di sviluppo presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California, è stato ispirato da origami. Il suo design leggero è in grado di appiattirsi, rimboccando le ruote e strisciando in posti in cui i rover non possono entrare.
Nell'ultimo anno e mezzo, PUFFER è stato testato su una vasta gamma di terreni accidentati, dal deserto del Mojave in California alle colline innevate dell'Antartide. L'idea è di esplorare aree che potrebbero essere troppo rischiose per un rover a tutti gli effetti, come pendii ripidi o dietro dune di sabbia.
È progettato per sfrecciare su pendii di 45 gradi, indagare sugli strapiombi e persino cadere in pozzi o crateri. PUFFER è pensato per essere il robusto assistente di un compagno robot più grande:molti dei microbot possono essere appiattiti come carte e impilati uno sopra l'altro.
Quindi, possono essere tirati fuori, spuntato e iniziare ad esplorare.
"Possono fare scienza parallela con un rover, così puoi aumentare la quantità che stai facendo in un giorno, "ha detto Jaakko Karras, Project manager di PUFFER presso JPL. "Possiamo vedere questi essere utilizzati in luoghi difficili da raggiungere:schiacciati sotto le sporgenze, Per esempio."
I creatori di PUFFER al JPL sperano di vedere un giorno il robot rotolare sulle sabbie di Marte. Ma immaginano che possa essere usato dagli scienziati proprio qui sulla Terra, anche.
Carolyn Parcheta, uno scienziato del JPL che usa i robot per esplorare i vulcani, ha offerto una guida sugli strumenti scientifici di PUFFER. Ha detto che l'uso di robot pronti per lo zaino ha un enorme potenziale per campi come la geologia.
"Avere qualcosa di portatile come una bussola o un martello da roccia significa che puoi fare scienza al volo, " lei disse.
PUFFER striscia sotto una sporgenza durante i test sul campo. Il vantaggio delle sue dimensioni ridotte e del corpo pieghevole è che il robot può incunearsi in piccoli spazi. Potrebbe essere utile sul terreno accidentato di altri pianeti. Credito:NASA/JPL-Caltech
Un prototipo di carta
Il corpo di PUFFER è stato originato da Karras, che stava sperimentando disegni di origami. Mentre era uno studente universitario al Biomimetic Millisystem Lab della UC Berkeley, ha lavorato allo sviluppo di una robotica basata su forme naturali, come il movimento di animali e insetti.
Il team di PUFFER ha sostituito la carta con un circuito stampato, la stessa cosa all'interno del tuo smartphone. Ciò ha permesso loro di incorporare più elettronica, compresi strumenti di controllo e rudimentali.
"Il circuito include sia l'elettronica che il corpo, che gli permette di essere molto più compatto, "ha detto Christine Fuller, un ingegnere meccanico JPL che ha lavorato sulla struttura di PUFFER e ne ha testato l'affidabilità. "Non ci sono elementi di fissaggio di montaggio o altre parti da gestire. Tutto è integrato per cominciare."
Kalind Carpenter di JPL, specializzato in mobilità robotica, ha realizzato quattro ruote per il robot pieghevole su una stampante 3D. Il loro primo prototipo era poco più di un origami rotante, ma è diventato rapidamente più complesso.
Le ruote si sono evolute, passando da quattro a due, e guadagnando gradini che gli permettano di salire pendii. Possono anche essere ripiegati sul corpo principale, permettendo a PUFFER di strisciare. È stata aggiunta una coda per la stabilizzazione. I pannelli solari sulla pancia di PUFFER gli permettono di capovolgersi e ricaricarsi al sole.
Il team ha collaborato con il Biomimetic Millisystems Lab, che ha sviluppato una "passeggiata veloce" che mantiene il bot in avanti, una ruota alla volta, senza scivolare. Una società chiamata Distant Focus Corporation, champagne, Illinois, ha fornito un microimager ad alta risoluzione abbastanza sensibile da vedere oggetti di appena 10 micron di dimensione, una frazione del diametro di un capello umano.
In poco tempo, PUFFER era pronto per un giro di prova.
Dal Mojave a Marte
Una volta che avevano un prototipo funzionale, il team JPL ha portato fuori PUFFER per i test sul campo. Nel Bacino Arcobaleno, California, il bot si è arrampicato su pendii di roccia sedimentaria e sotto strapiombi.
PUFFER è stato attrezzato per i test sul campo sulla neve durante un recente viaggio sul Monte Erebus in Antartide. Credito:Dylan Taylor
Quel terreno funge da analogo ai paesaggi marziani. Su Marte, sporgenze potrebbero proteggere le molecole organiche dalle radiazioni nocive. Piste marziane dai colori scuri, che interessano gli scienziati, sono un altro potenziale bersaglio.
Su un sentiero sterrato in piano, PUFFER può guidare circa 2, 050 piedi (625 metri) con una carica della batteria. Ciò potrebbe variare leggermente a seconda di quanto vengono utilizzati gli strumenti di bordo.
Oltre alle condizioni del deserto, PUFFER è stato attrezzato per la neve. Carpenter ha progettato ruote più grandi e una coda di pesce piatta per aiutarlo ad attraversare il terreno invernale. Finora, è stato testato in una stazione sciistica di Grand Junction, Colorado; Grande orso, California; e sul monte Erebus, un vulcano attivo in Antartide.
Uno dei più recenti test sul campo di PUFFER non è stato particolarmente impegnativo, ma può ancora essere considerato un successo:il Consumer Electronics Show. Al piano di un centro congressi di Las Vegas, ha attirato folle di entusiasti appassionati di tecnologia.
PUFFER cresce
Il prossimo passo è fare di PUFFER uno scienziato. Il team JPL sta cercando di aggiungere una serie di strumenti che gli consentirebbero di campionare l'acqua per materiale organico, o uno spettrometro per studiare la composizione chimica del suo ambiente.
Sta anche diventando più grande. I progetti futuri potrebbero essere grandi quanto un portapane, sacrificando le sue dimensioni del microbot per una maggiore robustezza.
La cosa più eccitante di tutte sarebbe rendere PUFFER più intelligente. Proprio adesso, funziona tramite Bluetooth e può essere controllato da remoto. Ma Carpenter ha detto che vorrebbero aggiungere autonomia, permettendo a uno sciame di PUFFER di condurre la scienza come una squadra mobile.
"Se Curiosity avesse a bordo una pila di PUFFER, ognuno di loro potrebbe andare in punti separati, e il rover andrebbe a quello più interessante, " disse il falegname.
Il team spera che PUFFER possa finire in una futura missione planetaria. Include già molti materiali compatibili con Marte nella sua costruzione, compresa la tecnologia del patrimonio vichingo, Missioni Pathfinder e Phoenix.
Per esempio, Il corpo di PUFFER è avvolto nel Nomex, un tessuto resistente utilizzato negli airbag che hanno attutito i rover Spirit e Opportunity della NASA quando sono atterrati su Marte. Nomex è anche usato dai vigili del fuoco per respingere il calore, il che significa che PUFFER potrebbe sopravvivere alle alte temperature. Una società chiamata Pioneer Circuits, Santa Ana, California, ha aiutato a integrare il Nomex nei circuiti pieghevoli.
"Piccoli esploratori robotici come PUFFER potrebbero cambiare il modo in cui facciamo scienza su Marte, " ha detto Karras. "Come Sojourner prima di esso, pensiamo che sia un entusiasmante progresso nella progettazione robotica".
