sistemas robóticos robustos criam caminho para a exploração espacial humana

Uma nova espécie de corrida no espaço profundo está esquentando à medida que as nações se voltam para a lua, Marte e além.

Dois rovers estão programados para pousar na superfície marciana nos próximos meses: o Perseverance da NASA está programado para pousar em fevereiro e será acompanhado pelo rover da missão Tianwen 1 ainda este ano.

Dando sequência à recente missão bem-sucedida de recuperação lunar da sonda Chang’e 5, o Reino Unido planeja implantar um rover robótico semelhante a uma aranha na Lua em 2021. O programa Artemis da NASA visa colocar uma mulher e um homem na Lua até 2024 e lançar a missão Intuitive Machines 1 (IM-1) em outubro, em preparação para futuros esforços de exploração lunar tripulada.

Em um universo em constante expansão, a distância que separa a Terra de nossos vizinhos celestes parece menos formidável do que no ado para as nações espaciais.

“De certa forma, o espaço está diminuindo porque o o está mais prontamente disponível. Pode fazer sentido para muitas nações diferentes começar a provar suas tecnologias, e a lua está lá para fazer isso”, disse Tom McCarthy, vice-presidente de desenvolvimento de negócios da Motiv Space Systems.

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A Motiv criou inúmeras tecnologias para auxiliar em missões espaciais robóticas, incluindo um braço robótico, câmeras, um sensor de torque e outros instrumentos no Mars 2020 Perseverance Rover. A empresa também está trabalhando em outros projetos baseados em órbita, como o OSAM-2, que usará um braço robótico Motiv xLink para construir um solar impresso em 3D em órbita “por volta de 2023”.

Escusado será dizer que o espaço é um lugar bastante inóspito além dos limites comparativamente acolhedores do nosso planeta. Seja na órbita baixa da Terra, na lua ou na superfície marciana, esses ambientes apresentam muitos desafios a serem considerados ao projetar sistemas robóticos resilientes e muito menos apoiar a delicada vida humana. Isso inclui pouca ou nenhuma proteção atmosférica contra a radiação cósmica, flutuações extremas de temperatura e tempestades globais de poeira marciana, para citar alguns.

Destacando algumas dessas dificuldades de engenharia, McCarthy discutiu o programa Cold Operable Lunar Deployable Arm (COLDArm) em desenvolvimento com o parceiro da Motiv, JPL. Como parte desse esforço, eles estão tentando estabelecer um sistema manipulador capaz de operar em um ambiente entre 180 graus C negativos e aproximadamente cerca de 80 graus C, explicou.

“Essa é uma enorme faixa dinâmica para um sistema eletromecânico”, disse McCarthy.

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Historicamente, as operações usam fontes de calor e “acomodações especiais” para dar e a esses sistemas, disse ele, mas a equipe está promovendo uma abordagem diferente quando se trata de criar esses sistemas robustos.

“Estamos tentando desenvolver uma filosofia de atacar o ambiente como nos é dado e tornar os sistemas e tecnologias robustos para esses ambientes. Pensamos que, a longo prazo, se pudermos projetar para esse ambiente completo, isso expandirá o conjunto de ferramentas para os arquitetos da missão”, disse McCarthy.

Durante a fase de projeto e desenvolvimento, é possível “ficar em branco”, como ele disse, mas cada projeto de projeto não precisa reinventar a roda do rover, por assim dizer. McCarthy disse que a experiência de engenharia da equipe permite que eles aproveitem os desafios de engenharia do ado.

“Ao longo dessas jornadas, cada indivíduo aprendeu algo, coletou algo, testemunhou algo, desenvolveu uma técnica ou um teste para algo. A combinação dessas coisas ajuda a definir ou inventar novos processos e novas técnicas”, disse ele.

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Embora as equipes possam simular um ambiente espacial específico no laboratório aqui na Terra, é importante observar que essas simulações são baseadas em estimativas e conhecimentos limitados. Uma miríade de desconhecidos-desconhecidos pode criar anomalias curiosas à medida que as missões se desenrolam.

No ado, as naves da NASA encontraram condições inesperadas quando os bots chegaram aos seus destinos. Por exemplo, durante a missão Curiosity, a equipe realmente calculou mal a gravidade marciana, de acordo com um engenheiro da NASA que entrevistamos.

Esses bots no terreno fornecem às equipes uma análise detalhada das condições no local; um o crítico para estabelecer assentamentos humanos potencialmente de longo prazo.

“Temos modelos muito bons e entendemos o ambiente, mas não há nada como poder ter sistemas como precursores para realmente monitorar e quantificar ambientes”, disse McCarthy.

À medida que as missões mergulham mais fundo no espaço, os atrasos na comunicação entre a nave e o controle da missão adicionam outra camada de complexidade à equação. Devido a esses atrasos e outras preocupações, McCarthy disse que adicionar uma camada de autonomia às naves de exploração robótica é quase uma obrigação neste momento. Inteligência artificial (IA), aprendizado de máquina e outros modelos podem ser usados ​​para reforçar a autonomia e resolver anomalias operacionais, acrescentou McCarthy.

“Com uma IA, ou sistema autônomo, algo que pode monitorar sua saúde em tempo real, talvez você possa ajudar a evitar alguns desses casos de fadiga ou garantir que tudo esteja constantemente funcionando nominalmente”, disse McCarthy.

As superfícies lunares e marcianas devem estar repletas de bots exploratórios nos próximos meses e anos. Essas lições aprendidas podem ser inestimáveis ​​para futuros esforços de exploração e potencialmente se tornar uma espécie multiplanetária.

“[The moon] é um ótimo teste para desenvolver sua infraestrutura e seu conhecimento, especialmente se você tiver a visão de aumentar suas capacidades espaciais”, disse McCarthy.