ソフトロボティクスは、宇宙探査のための変革的な技術として急速に新興しています。金属製の関節と機械的アームから構築された伝統的な硬質ロボットとは異なり、軟質ロボットは、狭いスペースを変形、伸張、絞ることができる、柔軟で、適合性の高い材料から構成されています。この固有の適応性は、予測不可能で厳しい、そしてしばしば限られた環境が宇宙空間中に発生した、軌道上のサービング、惑星の表面探査、および詳細な研究機関などのミッションに、より一層の目的に適している、より詳細な研究や目的を達成するために、より詳細な研究の目的を達成するために、より詳細な研究の目的を達成するために、より詳細な研究の目的を達成するために、より詳細な計画を促進します。

宇宙にソフトロボットが違うのは?

従来の宇宙ロボットは、国際宇宙ステーション(ISS)やマーズローバーマニピュレーターのロボティックアームなど、精密加工、剛性システムです。それらは信じられないほどに可能ですが、衝撃、トラップ粒子、または熱膨張による損傷に対して脆弱です。 柔らかいロボットは、逆に、エラストマー、シリコーン、形状記憶ポリマーなどの材料を使用します。 それらの適合性は、衝撃吸収剤を吸収し、安全なオブジェクトや、危険物の損傷を防止したり、危険物の損傷を防止したり、危険性を防止したりすることができます。

ソフトスペースロボティクスの現状課題

宇宙にソフトロボットを配備するという約束にもかかわらず、研究者が積極的に克服するために取り組んでいるいくつかの考えられるエンジニアリングと科学的なハードルを提示します。

極限環境における材料耐久性

空間環境は、許しません。 ソフトロボットは、極端な温度のスイング(影の-150°Cから直接日光の+120°C)、高真空、激しい紫外線と宇宙放射線、および原子酸素の侵食に耐える必要があります。 最も一般的な軟質材料は、これらの条件の下で急速に劣化します。 研究者は、放射線耐性シリコーン、自己治癒ポリマー、および保護コーティングを組み込んだ複合材料を探索し、長期にわたる柔軟性を維持するために、長期にわたる柔軟性を維持します。

制御・アクチュエータの精度

ソフトロボットは、従来のロボットの硬質ジョイントとエンコーダーを欠かせません。従来の比例型一体型(PID)コントローラーは、ソフトな非線形システムに応用する際に、多くの場合失敗します。新しい制御戦略は、モデルベース、学習ベース、ハイブリッドアプローチを含む。例えば、研究者は、]NASAの革新的な高度なコンセプト(NIAC)プログラムが、電気制御を行うことができる、またはポリマー制御を研究するソフトループを探索するソフトです。

電力およびエネルギー効率

宇宙ミッションは、非常に効率的なエネルギーシステムを必要とします。 多くの軟質ロボット設計は、多量的なコンプレッサーや流体の貯水器を要求する空気圧または油圧作動に依存しています。 新しい革新は、誘電性エラストマー、形状記憶合金、および熱活性ポリマーなどの軽量でソリッドステートアクチュエータに焦点を当てています。 フレキシブルな電池またはエネルギー処理システムとこれらを統合することは、研究の積極的な領域です。

展開と回復メカニズム

いかがですか squishyロボットを起動し、それがマイクログラビティで正しく展開することを確認してください? ソフトロボットは、ボリュームと質量を削減するために起動中にコンパクトに固定されなければなりません。そして、確実に折り畳みまたは軌道に一度膨らませます。 これは、慎重に構造設計、インフレシステム、および時々犠牲的なパッケージングが必要です。 回復 - ミッションの後、ソフトロボットをリトラッキングするか、再梱包する必要があります。 複雑さの別の層を追加します。 特に、サンプルを捕食したり、または復讐したりするようなタスクのための複雑な作業を追加します。

フィールドフォワードを駆動するイノベーション

過去10年間、材料科学、製造、人工知能の著しい進歩が、宇宙対応ソフトロボットの開発を加速しました。

形状記憶ポリマーと自己治癒材料

形状記憶ポリマー(SMP)は、熱、光、または磁場に対する形状を変更するためにプログラムすることができます。 空間では、これらの材料は、軟質ロボットが機能的なツールやグリッパーに密集した起動構成からモルファクターにすることができます。 放射線やマイクロメトロイドの影響によって引き起こされるマイクロトラックを修復する自己治癒ポリマーは、Jet Propulsion Laboratory[F]の寿命を延ばすことができる]などのチームによって積極的に研究されています。

デリケートマニピュレーションのためのバイオインスパイアデザイン

Natureは、空間で直面する多くの課題にエレガントなソリューションを提供します。 八方体、象のトランク、またはバインのトレンチによって触発されたソフトロボットは、不規則な形状のオブジェクトを巻き、クラッシュすることなく自分自身を固定し、狭い隙間をナビゲートすることができます。 例えば、急なベンスのフライトラップ機構に基づいて柔らかいロボットのグリッパーは、スペースの破片をキャプチャするためにテストされています。 同様に、ワームのような蠕動ロボットは、内部のクロール構造を設計されているか、または複雑な構造をクロールするように設計されています。

人工知能と機械学習の統合

ソフトロボットは、分析的にモデル化が困難である複雑で高次元の運動を生成します。機械学習アルゴリズムは、特に強化学習と深いニューラルネットワークを、センサーデータから制御ポリシーを自動的に学習することができます。これにより、ソフトロボットは、アスタロイドや生息地の予期しない障害に関する表面テクスチャーの変化など、環境条件をリアルタイムに変化させることができ、その動作をリアルタイムに適応させることができます。AIは、予測保守を可能にします。ソフトロボットは、材料の疲労を検知し、故障を避けるために動作を調整することができます。

宇宙ミッションにおける特定のアプリケーション

ソフトロボティクスは理論的な概念ではありません。複数のミッションコンセプトとプロトタイプが、現実世界のアプリケーション向けに開発されています。

軌道の潜在的および残骸の取り外し

ソフトグリッパーは、断片化や爆発を起こさずに、安全に解凍衛星や破片を把握することができます。 ヨーロッパの宇宙庁(])のチームは、スピンスペースの破片を捕捉するためのソフトロボットアームをテストしました。 グリッパーの迎合的な性質は、衝撃力を減らし、不規則な形状に合わせることができます。

惑星の表面探査

柔らかいロボットは月か火星の急な斜面、緩いregolith (soil)にアクセスし、そしてfissuresによって従来のローバーを補うことができます。ヘビのような柔らかいロボットは決して前方探検されたサブサーフェスの環境への直接アクセスを用いる科学者を溶かすことができます。膨脹可能な柔らかいマニピュレーターはより低い妨害と壊れやすい石か氷のサンプルを集めるのにまた使用することができます。

アストロイド鉱山と資源活用

スタノイド材料を把握し、処理するように設計されたソフトロボットは、Situ[]のリソース使用(ISRU)でで使用することができます。 不規則で低重の表面に適応する能力は、アンカーとマイニング操作のために特に適しています。 ソフトアクチュエータは、水氷を月または火星の規制から抽出するために熱訓練システムと統合することもできます。

人体空間技術 相互作用と支援

ロボットの運動やスーツは、外形活動(宇宙歩道)中にアストロノウトを助けることができます。 これらの衣服は、運動を妨げずにサポートを提供し、疲労や怪我のリスクを軽減します。 内部的に、柔らかいロボットアームは、在庫管理、医療手順、または供給などのタスクを助けることができ、人間の近くで安全に動作するすべての。

将来の展望と次のステップ

宇宙における軟質ロボットの先進的な道は、挑戦的でエキサイティングなもの。今後10年以上にわたり、当社は、よりソフトなコンポーネントの飛行実証を期待しています。例えば、グリッパー、インフレータブル生息地、またはセンサースキンなど、ISSまたは小型衛星ミッションで。アクチュエータとセンサーの継続的な小型化は、高度AIと組み合わせ、ますますます自律的な操作が可能になります。

優れた方向性は、剛性とソフトの要素を融合した「ハイブリッド」システムの開発で、最高の性能を実現します。例えば、ロボットアームは、強度と安全な接触のための軟質な外皮の硬質な骨格コアを持つかもしれません。もう1つのフロンティアは、空間内の軟質ロボット部品を添加する3Dプリンティングです。アストロナスは、地球や地元資源の原料を使用したカスタムツールや修理コンポーネントを製造することができます。

宇宙経済が成長するにつれて、計画された月面基地、火星の使命、および小惑星の採掘で、これらの努力がより安全、より効率的、そしてより持続可能なものにすることに不可欠の役割を果たすでしょう。 適応、生き生き生き生き、そしてそれ自体への損傷を危険にさずに極端な条件で動作する能力、またはその環境は、次の世代の宇宙探査のための技術を可能にするソフトロボティクスをキーにする。

要約では、重要な課題は、材料の耐久性、制御、および展開にとどまり、生体を刺激する設計、スマート素材、および人工知能の急速な進歩は、現実に近い柔らかい宇宙ロボットをもたらします。 今後数年間、これらのイカ、弾力性のある機械がこれまで以上にコスモスに達するのに役立つという、技術革新のスリリングな時期であることを約束します。