Специалисты из Исследовательского центра NASA в Эймсе и Стэнфордского университета предложили концепцию универсального инструмента для доставки грузов на Марс.
Концепция «нулевой массы» базируется на самовоспроизводстве — технологии, предложенной инженером Джоном фон Нейманом в 1940-х годах. Учёные изучают самоперепрограммируемые метаматериалы, способные изменять свою структуру, чтобы инженерные системы могли воспроизводить себя и действовать в окружающей среде.
«Технология перепрограммируемых метаматериалов развилась настолько, что заставляет задуматься об их использовании. В настоящее время невозможно создавать всё необходимое, но уже возможно производство значительной части компонентов», — отмечает сотрудник NASA Кристин Грегг из Исследовательского центра NASA в Эймсе, один из авторов исследования.
Проблема зондов фон Неймана заключалась в том, что добыча образцов на других планетах и переработка их в инженерные компоненты требовала больших затрат ресурсов и энергии. Решение — использование готовых стандартизированных строительных блоков по принципу «строительных блоков природы». Биологические системы применяют ограниченное количество аминокислот для создания различных белков, что можно использовать и в инженерии.
Учёные разработали набор из 256 крепких трёхмерных конструкций из полимера, усиленного углеродным волокном под наименованием StattechNN-40CF. Каждый элемент оснащён креплениями для соединения друг с другом и формирования прочной конструкции.
3×3 конструкция из блоков выдерживает среднюю нагрузку 900 Ньютонов, что эквивалентно массе более 90 килограммов. Вес конструкции — всего 0,0103 грамма на кубический сантиметр. Исследователи из NASA, такие как Кеннет Чунг, создали различные объекты: лодку, укрытие и мост, общий вес которых около 18 килограммов. Самое значительное достижение — самостоятельная сборка конструкций роботами, что открывает возможности для автономного строительства с применением метаматериалов и роботов.
Три робота собрали стационарную базу из 256 блоков за четыре с половиной дня. Робот-грузчик доставлял блоки из зоны снабжения, робот-кран размещал их на правильных позициях, а робот-крепельщик монтировал блоки на конструкции.
Роботы функционировали без камер, лидаров и систем управления. Кеннет Чунг рассказывает: «Мы показали возможность автоматического планирования, учитывающего столкновения роботов друг с другом и гарантирующего прочность конструкции. Но мы также исследовали модели, подобные тем, которые муравьи применяют при строительстве своих колоний». Этот метод возведения сооружений может быть использован для постройки башен на Луне.
Строительство башен важно для миссии Artemis-3, поскольку посадочная площадка для возвращающихся астронавтов расположена рядом с южным полюсом Луны. «Угол Солнца там низок, поэтому, чтобы увеличить количество солнечного света, нужно размещать солнечные панели как можно выше», — говорит Чунг.
Для решения задачи высота башен должна превышать 100 метров, но при существующих технологиях это достичь крайне сложно. Сейчас команда демонстрирует применение строительных блоков и роботов для возведения коммуникационных и солнечных башен на Луне. Новые исследования по этим возможностям появятся в марте.