Mauvaise nouvelle si vous souhaitez vous installer sur la Lune ou sur Mars : un logement est un peu difficile à trouver. Heureusement, la NASA (comme toujours) anticipe et vient de présenter une structure robotique à auto-assemblage qui pourrait bien être un élément crucial du déplacement hors de la planète.
Publié aujourd’hui dans Science Robotics, l’article du centre de recherche Ames de la NASA décrit la création et les tests de ce qu’ils appellent des « métamatériaux mécaniques auto-reprogrammables », une manière très précise de décrire un bâtiment qui se construit tout seul. L’incontournable acronyme est « Automated Reconfigurable Mission Adaptive Digital Assembly Systems » ou ARMADAS.
« Nous pensons que ce type de technologie de construction peut servir à de nombreuses applications très générales », a déclaré l’auteur principal Christine Gregg à TechCrunch. « À court terme, l’autonomie robuste et les structures légères de notre approche bénéficieront fortement aux applications dans des environnements austères, comme la surface lunaire ou l’espace. Cela comprend la construction sur la surface lunaire de tours de communication et d’abris, qui seront nécessaires avant l’arrivée des astronautes, ainsi que des structures en orbite comme des flèches et des antennes.
L’idée de base de la structure auto-construite réside dans une synergie astucieuse entre le matériau de construction – des cadres cuboctaédriques qu’ils appellent voxels – et les deux types de robots qui les assemblent.
Un type de robot marche sur la surface avec deux jambes, apparemment inspiré par les molécules de transport de kinésine de notre propre biologie, portant un voxel comme un sac à dos. Une fois celui-ci mis en place, un robot de fixation qui vit dans le cadre lui-même comme un ver se glisse dessus et resserre les points de fixation réversibles. Ni l’un ni l’autre n’a besoin d’un système de détection puissant, et leur mode de fonctionnement signifie qu’une grande précision n’est pas non plus requise.
Vous pouvez voir une paire de marcheurs et un ver de fixation dans la plupart des images de cet article. Et voici un marcheur de transport transmettant un voxel à un marcheur de placement, avec le robot de fixation caché en dessous attendant d’aller verrouiller le cadre en position.
Deux robots échangent un élément structurel pendant qu’un troisième attend en bas pour le fixer au treillis. Crédits images : NASA
La forme des pièces permet de les fixer sous différents angles tout en conservant une bonne résistance de la structure. Vous ne voudriez probablement pas stocker des roches au sommet d’un dôme fait de ces objets, mais elles seraient excellentes comme base sur laquelle ajouter de l’isolation et du scellant pour construire une habitation.
« Nous pensons que ce type de construction est particulièrement adapté aux infrastructures de longue durée et/ou de très grande taille, y compris les habitats, les instruments ou toute autre infrastructure en orbite ou à la surface de la Lune (tours utilitaires, installations d’atterrissage de véhicules) », a déclaré le co-auteur. Kenneth Cheung. « Pour nous, les structures et l’ensemble des systèmes robotiques sont des ressources optimisables dans l’espace et dans le temps. Il semble qu’il y aura toujours des situations où la meilleure chose à faire est de laisser uniquement la structure en place (et peut-être de l’inspecter périodiquement avec un robot), c’est donc par là que nous avons commencé.
Les pièces elles-mêmes pourraient également être construites sur place, a noté Gregg :
« Les voxels peuvent être fabriqués à partir de nombreux matériaux et procédés de fabrication différents. A terme, pour des applications spatiales, nous aimerions réaliser des voxels à partir de matériaux que nous trouvons in situ sur la Lune ou sur d’autres corps planétaires.
Bien sûr, ces vidéos de robots au travail sont très accélérées, mais contrairement au travail dans une usine ou sur un trottoir, la vitesse n’est pas nécessairement essentielle lorsqu’il s’agit de construire des objets dans l’espace ou à la surface d’une autre planète.
« Nos robots peuvent travailler plus rapidement que ce qui est indiqué dans cet article, mais nous n’avons pas considéré qu’il était essentiel pour les objectifs principaux de les y amener. Fondamentalement, la manière de rendre ce système plus rapide consiste à utiliser davantage de robots », a déclaré Cheung. « La stratégie globale en matière d’évolutivité (en termes de vitesse, de taille) consiste à pouvoir transférer la complexité de l’échelle sur les algorithmes, pour la planification et l’ordonnancement, ainsi que pour la détection des pannes et l’exécution des réparations. »
Les robots développés par le laboratoire ont pris 256 voxels et les ont assemblés dans une structure d’abri praticable pendant un total de 4,2 jours de travail. Voici à quoi ressemblait le début (encore une fois, loin du temps réel) :
Crédits images : NASA
Si nous les avions envoyés sur Mars ou sur la Lune un an avant un équipage, ils pourraient construire une douzaine de structures de ce type deux fois plus grandes avec du temps libre. Ou peut-être pourraient-ils ensuite apposer le placage nécessaire à l’extérieur et le sceller – cela dépasse le cadre de l’article publié aujourd’hui, mais constitue une prochaine étape évidente.
Bien que les robots soient alimentés par des attaches dans cet environnement de laboratoire, ils sont conçus en pensant au fonctionnement sur batterie ou à l’alimentation sur site. Le robot de fixation est déjà alimenté par batterie et les chercheurs réfléchissent à des moyens de maintenir les déambulateurs chargés entre ou même pendant les opérations.
« Nous envisageons que les robots pourraient être rechargés de manière autonome dans les centrales électriques ou même peut-être transmettre de l’énergie sans fil. Comme vous l’avez mentionné, l’énergie pourrait également être acheminée à travers la structure elle-même, ce qui pourrait être utile pour équiper la structure ainsi que pour alimenter les robots », a déclaré Gregg.
Illustration conceptuelle du bâtiment ARMADAS sous la supervision d’un astronaute. Crédits images : NASA
Des versions du robot ont déjà volé dans l’espace et travaillé en microgravité, donc pas de soucis à ce sujet. Et rien ne les empêche en principe de travailler dans des gravités non terrestres comme celle de la Lune. Cela dit, ce n’est que le début – comme révéler l’existence de 2×4 et de clous. Vous en apprendrez davantage sur le potentiel et les illustrations conceptuelles de ce qu’ils pourraient construire dans cet article d’actualité de la NASA.
« Les prochaines versions de nos robots destinés à l’environnement de laboratoire seront plus rapides et plus fiables, sur la base des enseignements tirés des premières versions. Nous sommes très intéressés à comprendre comment différents types d’éléments de construction peuvent être intégrés dans les structures pour fournir un équipement fonctionnel », a déclaré Gregg.
De même, les recherches se poursuivront sur les structures employant des essaims de robots, et non seulement une poignée ; un abri rudimentaire peut prendre quatre jours à deux marcheurs, mais quelque chose de 10 fois plus grand peut prendre 100 fois plus de temps. Mais de nombreuses mains, en particulier celles robotisées, facilitent le travail.