وتبرز بسرعة أنواع الروبوتات الصغيرة بوصفها تكنولوجيا تحويلية لاستكشاف الفضاء، فخلافا للآليات الجامدة التقليدية التي تُبنى من مفاصل المعادن والأسلحة الميكانيكية، تُبنى الروبوتات اللينة من مواد مرنة ومتوافقة يمكن أن تُخرَج وتمتد وتُعصر من خلال مساحات ضيقة، مما يجعلها قابلة للتكيف بشكل استثنائي تناسب البيئات الطموحة والقوية والمحصورة في كثير من الأحيان التي تصادف أثناء البعثات الفضائية، بما في مجال البحوث، وأهداف الفضاء الواعدة.

ما الذي يجعل الروبوتات الصغيرة مختلفة للفضاء؟

فالآليات الفضائية التقليدية - مثل الأسلحة الآلية في محطة الفضاء الدولية أو أجهزة التلاعب في المريخ - هي نظم مصممة بدقة وجامدة، وهي قادرة على نحو لا يصدق، ولكنها أيضا عرضة للأضرار الناجمة عن التأثيرات أو الجسيمات المحصورة أو التوسع الحراري، وتتفاعل الروبوتات الحساسة، على العكس، والمواد المستخدمة مثل القاع والسيارات، وتكيف العينات المشابهة للأدوات.

التحديات الراهنة في مجال الأجهزة الفضائية الصالحة للذوبان

وعلى الرغم من وعدهم، فإن نشر الروبوتات اللينة في الفضاء يشكل عدة عقبات هندسية وعلمية هائلة يعمل الباحثون بنشاط على التغلب عليها.

مدة المواد في البيئات القصوى

إن البيئة الفضائية غير مغرية، إذ يجب أن يتحمل الروبوتات الناعمة درجات حرارة شديدة (من 150 درجة مئوية في الظل إلى + 120 درجة مئوية في ضوء الشمس المباشر)، وثغرة عالية، وأشعة فوق البنفسجية والكوميكية الشديدة، وتآكل الأوكسجين الذري في مدار أرضي منخفض، ومعظم المواد غير الميسرة الشائعة التي تتدهور بسرعة في ظل هذه الظروف، ويستكشف الباحثون الآن مواد الارتقاء الإشعاعية، ومرونات المحتوية على البوليمرات المحتوية على التراكمة على السائلة على الاصطناعية.

المراقبة والتصوير

فالآليات الصغيرة تفتقر إلى المفاصل الجامدة وأجهزة الألي التقليدي، مما يجعل الرقابة على نحو دقيق أمراً صعباً، وكثيراً ما يفشل المتحكمون في المشتقات النسبية (PID) في تطبيق النظم غير الملزمة، حيث تُوضع استراتيجيات جديدة للمراقبة، تشمل نماذج قائمة على التعلم، ونُهجاً هجينة، وعلى سبيل المثال، يستكشف الباحثون في

كفاءة الطاقة والطاقة

وتتطلب البعثات الفضائية نظما للطاقة تتسم بالكفاءة العالية، ويعتمد العديد من التصميمات الآلية اللينة على التقلبات المغناطيسية أو الهيدرولوجية، التي تتطلب مضغوطات أو خزانات سائلة، وتركز الابتكارات الجديدة على النور والكهرباء المتينة مثل القاع التغذوية، والمساحات الشكلية، والبوليمرات المنشطة حراريا والتي تعمل بأقل قدر من الطاقة.

آليات النشر والانتعاش

كيف تطلقون روبوتاً مبتذلاً وتأكدوا من نشره بشكل صحيح في الجاذبية الصغرية؟ يجب أن يتم تزويد الروبوتات الصغيرة بشكل متماسك أثناء الإطلاق لتقليل الحجم والكتل، ثم تتكشف بشكل موثوق أو تتراكم مرة واحدة في المدار، وهذا يتطلب تصميماً هيكلياً دقيقاً، ونظماً للتضخم، وأحياناً عبوات تضحية.

الابتكارات التي تُستحث في الميدان

وعلى مدى العقد الماضي، أدت الإنجازات الكبيرة في علوم المواد، وصنعها، والاستخبارات الاصطناعية إلى تسريع تطوير الروبوتات الناعمة في الفضاء.

شب - ميمرز ومواد الصحة الذاتية

ويمكن برمجة البوليمرات الشبيهة لتغيير شكلها استجابة للحرارة أو الضوء أو الحقول المغناطيسية، وفي الفضاء، تتيح هذه المواد لآليات لينة إلى مورف من تشكيلة إطلاق مدمجة إلى أداة وظيفية أو حجاج، ويجري بحث البوليمرات ذاتية التلقيح، التي تصلح الرفائق الدقيقة الناجمة عن الإشعاع أو التأثيرات على الكائنات الحية الدقيقة، بحثاً نشطاً من جانب أفرقة مثل تلك التي تعمل في [العمل]

التصميمات المُلهمة بيولوجياً للتلاعب المُخصَّص

فالطبيعة توفر حلولاً واضحة للعديد من التحديات التي تواجه الفضاء، فالآليات الصالحة التي تستمد من الأسلحة الأوكتوبوس أو صناديق الفيل أو المناقصات الخبيثة يمكن أن تلف حول أجسام غير نظامية الشكل، وترسب نفسها دون سحق، وتبحر عبر محرقة ضيقة، وعلى سبيل المثال، تم اختبار حصار آلي ناعم يقوم على آلية لقطع الزهرة فينوس من أجل استخلاص الحطام الفضائي المصمم.

التكامل مع الاستخبارات الفنية والتعلم في مجال الآلات

وينتج الروبوتات الصغيرة حركة معقدة عالية الأبعاد يصعب تحليلها، كما أن الخوارزميات التعليمية الماكنة - التعاضد الجزئي والشبكات العصبية العميقة - يمكن أن تتعلم تلقائيا سياسات الرقابة من بيانات الاستشعار، وهذا يتيح للآليات الناعمة أن تتكيف مع سلوكها في الوقت الحقيقي مع الظروف البيئية المتغيرة، مثل النسيج السطحي المتفاوت على الكويكب أو العقبات غير المتوقعة داخل الموئل.

التطبيقات المحددة في البعثات الفضائية

والآليات الطفيفة ليست مفهوما نظريا فحسب؛ ويجري تطوير عدة مفاهيم وصور أولية للبعثات من أجل تطبيقات العالم الحقيقي.

الخدمات في المدارات وإلغاء الحطام

ويمكن للمسدسين الضعيفين أن يمسكوا بأمان السواتل أو الحطام المنفصل دون التسبب في التجزؤ أو الانفجار، وقد قام فريق من وكالة الفضاء الأوروبية (]) باختبار ذراع آلي لين لاستخلاص الحطام الفضائي العازل، وتحد الطبيعة المتوافقة للحزن من قوى التأثير ويمكن أن تتوافق مع الأشكال غير القانونية، مما يجعله مثالياً للأهداف غير الخاضعة للمراقبة.

استكشاف سطح الكوكب

ويمكن أن يكمل الروبوتات الناعمة التقليدية من خلال الوصول إلى المنحدرات الخفية، والثقوب السائبة (الساحل)، والزيارات على القمر أو المريخ، ويمكن لآلي ناعم مثل الثعبان أن يشق الأنابيب، ويزود العلماء بإمكانية الوصول المباشر إلى بيئات دون سطحية لم يسبق لها مثيل، كما يمكن استخدام المناولة الناعمة لجمع عينات هشة من الصخور أو الجليد ذات الحد الأدنى من الاضطرابات.

التعدين واستخدام الموارد

ويمكن استخدام الآلات البرمجية المصممة للإمساك بمواد الكويكبات وتجهيزها في في الموقع ] في استخدام الموارد (ISRU) وقدرتها على التكيف مع الأسطح غير القانونية المنخفضة الجاذبية تجعلها مناسبة بشكل خاص لعمليات المرسوة والتعدين، ويمكن أيضاً إدماج الملاجئين بالنظم الحرارية للتنقيب عن ثلج الماء من القمر أو مارتا.

التفاعل والمساعدة في مجال الأعمال الإنسانية

ويمكن أن تساعد المزادات الآلية والبدلات الآلية المرنة رواد الفضاء أثناء الأنشطة الخارجية (الممشى الفضائي) وستوفر هذه الثياب الدعم دون إعاقة الحركة، مما يقلل من مخاطر الإصابة والإجهاد، ويمكن أن تساعد الأسلحة الآلية الناعمة داخليا في أداء مهام مثل إدارة المخزون أو الإجراءات الطبية أو التغذية، بينما تعمل جميعها بأمان بالقرب من البشر.

التوقعات المستقبلية والخطوات المقبلة

إن الطريق المسبق أمام الروبوتات اللينة في الفضاء هو أمر صعب ومثير على حد سواء، ونتوقع خلال العقد القادم أن نرى المزيد من مظاهرات الطيران التي تدور حول عناصر ناعمة مثل المقابض، والموائل المشتعلة، أو الجلد المستشعر على محطة الفضاء الدولية أو البعثات الساتلية الصغيرة، وسيمكن استمرار تقليل المحركات والمجسات، إلى حد كبير، إلى جانب عمليات متقدمة ذاتية.

ومن الاتجاهات الواعدة وضع نظم " مختلطة " تجمع بين العناصر الجامدة والناعمة في أداء أفضل العالمين، مثلا، قد يكون للذراع الآلي نواة هيكلية صلبة للقوام وبشرة خارجية لينة من أجل الاتصال الآمن، وثمة حدود أخرى هي التصنيع الإضافي )الطباعة الثالثة( للأجزاء الآلية اللينة في الفضاء، مما يسمح للملاحين الفضائيين بصنع أدوات تقليدية وعناصر إصلاحية حتى في الطلب على المواد الخام من الأرض.

ومع نمو اقتصاد الفضاء - مع قواعد القمر المخطط لها، فإن بعثات المريخ، والآلات الآليين في مجال تعدين الكويكبات، ستؤدي دورا أساسيا في جعل هذه المساعي أكثر أمانا وأكثر كفاءة وأكثر استدامة، وقدرة على التكيف والاستمرار والعمل في ظروف متطرفة دون المخاطرة بإلحاق الضرر بنفسها أو بالبيئة التي تُعد آلية غير مأمونة تكنولوجيا تمكينية رئيسية للجيل القادم من استكشاف الفضاء.

وباختصار، في حين لا تزال هناك تحديات كبيرة في استدامة المواد ومراقبتها ونشرها، فإن التقدم السريع في التصميم المُلهم بيولوجيا، والمواد الذكية، والاستخبارات الاصطناعية، يقترب من الواقع الإنسان الآلي في الفضاء الناعم، وتعود السنوات المقبلة بأن تكون فترة ابتكار مثيرة لأن هذه الآلات المتميزة تساعدنا على الوصول إلى الكون أكثر من أي وقت مضى.