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Procura-se: Robôs capazes para exploração lunar

Desde a primeira missão Artemis para levar astronautas à lua, atualmente programada para 2025, até os esforços posteriores para estabelecer uma presença lunar sustentada, “há uma vasta gama de usos para robôs na lua”, disse Joshua Mehling, principal tecnólogo da NASA para robótica. .

Além de mover pessoas e equipamentos, robôs estão sendo desenvolvidos para ajudar a NASA a identificar recursos lunares e construir plataformas de pouso lunares.

Enfadonho, sujo e perigoso

Os robôs terrestres tendem a realizar trabalhos considerados muito monótonos, sujos ou perigosos para as pessoas. O mesmo acontecerá na lua.

Os astronautas que viajam para a superfície lunar podem contar com robôs para realizar inspeções de rotina, vasculhar o regolito lunar e viajar para dentro de crateras ou tubos de lava.

“Temos cenários em que preferimos que um robô faça algo do que a tripulação, porque o tempo da tripulação é mais valioso gasto em outro lugar”, disse Mehling. “Os robôs liberam a tripulação para suas principais prioridades.”

Quando as tripulações deixam a lua para viajar para a estação espacial lunar Gateway ou de volta à Terra, os robôs podem continuar a pesquisar a paisagem lunar e manter a infraestrutura lunar.

“Existem muitas oportunidades para usar robôs tanto quando a equipe está presente quanto quando não está, porque eles são uma extensão valiosa da presença humana”, disse Mehling.

O Regolith Advanced Surface Systems Operations Robot (RASSOR) da NASA está sendo testado no centro de inovação rápida Kennedy Space Center Swarmp Works. O RASSOR foi projetado para escavar recursos na lua, em Marte ou em um asteroide e entregá-los a uma usina de processamento. Crédito: vídeo da NASA TV still

Remoto ou autônomo?

Os desafios de comunicação são grandes para a robótica lunar.

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“A natureza remota da superfície lunar dificulta o controle direto de robôs por operadores humanos na Terra”, disse Mehling. “Mas, ao mesmo tempo, a natureza das tarefas a serem executadas na superfície exigirá uma alta cadência de operação. Isso exigirá novos paradigmas de controle e maior autonomia para nossos robôs.”

Os centros da NASA estão desenvolvendo hardware e software para robótica lunar, incluindo controle remoto e recursos de autonomia.

“Não é uma equação de um ou outro, onde você tem controle remoto direto ou algo é totalmente autônomo”, disse Mehling. “Na verdade, o ponto ideal para as operações lunares, certamente no início, será um controle compartilhado ou uma autonomia supervisionada.”

Mehling compara isso às tecnologias de assistência ao motorista para carros. Os veículos não são totalmente autônomos, mas incluem recursos como assistência na faixa de rodagem e controle de cruzeiro adaptativo que facilitam o trabalho do motorista.

Rover QUADRO

Ao mesmo tempo, os centros da NASA estão desenvolvendo robôs altamente autônomos para futuras missões lunares. Por exemplo, o projeto Exploração Robótica Distribuída Autônoma Cooperativa (CADRE) inclui três rovers do tamanho de uma caixa de sapatos, um radar multiestático de penetração no solo e uma estação base programada para viajar para a lua na terceira missão Intuitive Machines em 2024.

“O CADRE é uma demonstração de vários rovers autônomos e uma estação base trabalhando juntos como uma equipe”, disse Jean-Pierre de la Croix, investigador principal do Cadre. “Em cada experimento, forneceremos a partir do solo uma meta de alto nível, como explorar esta área ou fazer uma medição distribuída ao longo deste caminho. Então, os robôs se coordenarão entre si para realizar as tarefas individuais para atingir a meta de alto nível.”

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Subha Comandur, gerente de projeto do JPL CADRE, disse que o CADRE “mostrará pela primeira vez que os rovers podem trabalhar como uma equipe de forma cooperativa e autônoma” durante a realização de experimentos na lua. “Isso mudará a maneira como fazemos exploração”, acrescentou Comandur.

No futuro, em vez de enviar um grande rover para explorar a lua, “a questão será quantos robôs enviaremos e o que eles farão juntos”, disse Comandur. “O radar de penetração no solo é apenas um instrumento científico. Você poderia ter muitos mais desses aplicativos. E esses tipos de robôs podem assumir tarefas perigosas ou tediosas, como perfurar, coletar amostras, processá-las e procurar água e minerais”.

Prospecção de água

Outra demonstração de autonomia foi desenvolvida pelo Centro Espacial Kennedy da NASA e pelo Laboratório de Computação Biológica da Universidade do Novo México. Os robôs, conhecidos como Swarmies, são equipados com webcams, GPS, antenas Wi-Fi e sensores para procurar água. Como as formigas que cobrem uma grande área em busca de comida e água, os Swarmies comunicam seus caminhos aos outros Swarmies.

“É difícil controlar manualmente um grande enxame de robôs, obviamente”, disse Kurt Leucht, engenheiro de software sênior do NASA Kennedy Space Center Swamp Works, em 15 de maio na Space Tech Expo em Long Beach, Califórnia. “O sistema foi projetado para ser totalmente autônomo. Ele não requer entradas do operador depois de iniciado.”

Quando a água ou outros recursos in-situ valiosos são descobertos, as escavadeiras robóticas podem coletá-los.

O equipamento de mineração terrestre é pesado demais para voos espaciais. Como resultado, os engenheiros da NASA estão desenvolvendo escavadeiras lunares leves do tamanho de um kart. As escavadeiras de rodas são equipadas com cilindros ocos e conchas em ambas as extremidades para coleta de regolito. Para despejar o regolito, as escavadeiras invertem a rotação dos cilindros.

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“É um projeto simples, mas muito inovador e funciona bem mesmo em ambientes de baixa gravidade”, disse Leucht.

Este esboço mostra o projeto COLDArm de um módulo lunar. Crédito: NASA, JPL-CALTECH

aguentando o frio

Os extremos de temperatura representam outro desafio para a robótica lunar.

Para lidar com a noite lunar, que dura cerca de 14 dias terrestres e cai para 130 graus Celsius negativos, os engenheiros do Jet Propulsion Laboratory desenvolveram o Cold Operable Lunar Deployable Arm. ColdArm é uma colher de titânio impressa em 3D equipada com recursos para medir as propriedades do solo.

Embora pareçam braços robóticos em rovers de Marte, o ColdArm funciona em temperaturas criogênicas sem aquecedores. Em contraste com as missões a Marte, que gastam tempo e energia aquecendo braços robóticos antes de funcionarem, “podemos operar o ColdArm a qualquer hora do dia”, disse Ryan McCormick, investigador principal do ColdArm. “A lua fica muito mais fria do que Marte. Especialmente nas regiões polares ou regiões permanentemente sombreadas, essa tecnologia pode ser muito capacitadora”.

O ColdArm foi testado em uma câmara de vácuo térmico, onde funcionou a uma temperatura de 173 graus Celsius negativos. O próximo passo é o teste de vibração ColdArm.

“Estamos procurando oportunidades de voar para a lua como parte do programa Commercial Lunar Payload Services”, disse McCormick.

tecnologia terrestre

Apesar dos desafios ambientais inerentes às operações lunares, a NASA vê aplicações promissoras para a tecnologia de robótica terrestre.

“Você pode encontrar muitas analogias com robôs de fabricação ou robôs de exploração ou robôs de armazenamento aqui na Terra para os tipos de tarefas que faremos na lua”, disse Mehling. “A NASA quer fornecer uma rampa para esses tipos de tecnologias para suas tarefas análogas na superfície lunar. Acreditamos que a parceria entre aplicativos robóticos aqui na Terra e aplicativos robóticos na lua levará a um desenvolvimento mais rápido para os tipos de coisas que queremos ver a longo prazo”.

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