Ρομποτικά «έντομα» υπόσχονται αιώνια αυτονομία για τις διαστημικές εξερευνήσεις του μέλλοντος

Μια νέα σελίδα στην ιστορία της ρομποτικής γράφεται αυτές τις μέρες στην Ιταλία, καθώς ερευνητές από την Πίζα παρουσιάζουν ένα φιλόδοξο όραμα που θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά τον τρόπο που εξερευνούμε δυσπρόσιτα περιβάλλοντα, από τα ερείπια μιας καταστροφής μέχρι την επιφάνεια του Άρη. Στο επίκεντρο βρίσκεται η βιομίμηση, η τέχνη του να αντιγράφεις τη φύση, και μια νέα γενιά μικροσκοπικών ρομποτικών εξερευνητών που δεν κουράζονται ποτέ.

Ο Ντονάτο Ρομάνο, αναπληρωτής καθηγητής στο Ινστιτούτο Βιορομποτικής της Scuola Superiore Sant'Anna στην Πίζα, δημοσίευσε πρόσφατα μια βαρυσήμαντη μελέτη στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό Science Robotics. Με τίτλο «Jump, Recharge, Repeat» (Άλμα, Επαναφόρτιση, Επανάληψη), το άρθρο αναλύει πώς η επόμενη γενιά ρομπότ θα δανειστεί τα μυστικά των εντόμων για να επιτύχει κάτι που μέχρι σήμερα φάνταζε ακατόρθωτο: την πλήρη ενεργειακή ανεξαρτησία.

Το μυστικό της Φύσης: Ελατήρια αντί για μυς

Η φύση έχει λύσει εδώ και εκατομμύρια χρόνια ένα πρόβλημα που ταλανίζει τους μηχανικούς: πώς μπορείς να κινηθείς γρήγορα και εκρηκτικά όταν είσαι μικροσκοπικός; Οι παραδοσιακοί ηλεκτροκινητήρες και οι μπαταρίες έχουν όρια. Αντίθετα, έντομα όπως τα τζιτζίκια ή οι ψύλλοι δεν βασίζονται μόνο στη μυϊκή τους δύναμη για τα εντυπωσιακά τους άλματα. Χρησιμοποιούν έναν μηχανισμό «καταπέλτη». Αποθηκεύουν ελαστική ενέργεια σε ειδικές δομές του σώματός τους και την απελευθερώνουν ακαριαία, εκτοξεύοντας τον εαυτό τους σε ύψη εκατοντάδες φορές μεγαλύτερα από το μέγεθός τους.

Η ομάδα του Ρομάνο προτείνει την υιοθέτηση αυτής ακριβώς της αρχής. Αντί για ρομπότ με τροχούς που κολλάνε σε ανώμαλα εδάφη ή τετράποδα που απαιτούν τεράστια ποσά ενέργειας, η λύση βρίσκεται σε λιλιπούτεια μηχανικά άλματα. Αυτά τα ρομπότ-έντομα μπορούν να υπερπηδήσουν εμπόδια που για το μέγεθός τους μοιάζουν με βουνά, προσφέροντας μια ευκινησία που τα συμβατικά οχήματα δεν μπορούν να ανταγωνιστούν.

Ο γρίφος της ενέργειας

Ωστόσο, η ικανότητα για άλμα είναι μόνο η μισή εξίσωση. Η μεγαλύτερη πρόκληση στη μικρο-ρομποτική παραμένει η ενέργεια. Οι μικροσκοπικές μπαταρίες εξαντλούνται γρήγορα, ειδικά όταν καλούνται να τροφοδοτήσουν εκρηκτικές κινήσεις. Εδώ έρχεται η καινοτομία που προτείνει η μελέτη της Sant'Anna: η μετατροπή του ρομπότ σε έναν αυτόνομο οργανισμό που «τρέφεται» από το περιβάλλον του.

Το μοντέλο «Jump, Recharge, Repeat» οραματίζεται μηχανές που δεν χρειάζονται πρίζα. Μετά από κάθε άλμα, το ρομπότ προσγειώνεται και ξεκινά τη διαδικασία συγκομιδής ενέργειας. Είτε μέσω μικροσκοπικών ηλιακών κυψελών, είτε εκμεταλλευόμενα κραδασμούς, θερμοκρασιακές διαφορές ή ακόμα και την ίδια την κρούση της προσγείωσης, τα ρομπότ αυτά θα επαναφορτίζουν τους μηχανισμούς τους για το επόμενο άλμα.

Σμήνη εξερευνητών στη Γη και στο Διάστημα

Οι πιθανές εφαρμογές αυτής της τεχνολογίας είναι προφανείς. Φανταστείτε σμήνη από χιλιάδες τέτοια ρομποτικά έντομα να απελευθερώνονται σε μια περιοχή που μόλις χτυπήθηκε από σεισμό. Μικρά, ευέλικτα και αυτόνομα, θα μπορούσαν να χωθούν στα χαλάσματα αναζητώντας επιζώντες, εκεί όπου κανένα άλλο μέσο ή διασώστης δεν μπορεί να φτάσει.

Ακόμη πιο συναρπαστική είναι η προοπτική της διαστημικής εξερεύνησης. Στον Άρη ή στη Σελήνη, όπου το έδαφος είναι κακοτράχαλο και η ηλιακή ενέργεια ή οι εναλλαγές θερμοκρασίας είναι διαθέσιμες, τέτοια ρομπότ θα μπορούσαν να περιφέρονται επ' αόριστον. Θα λειτουργούσαν ως ακούραστοι ανιχνευτές, συλλέγοντας δεδομένα και καλύπτοντας τεράστιες αποστάσεις με διαδοχικά άλματα, χωρίς τον φόβο ότι θα «μείνουν» από μπαταρία στη μέση του πουθενά.

Το μέλλον είναι βιομιμητικό

Βέβαια, ο δρόμος προς την υλοποίηση αυτού του οράματος δεν είναι στρωμένος με ροδοπέταλα. Η επιστημονική κοινότητα καλείται τώρα να λύσει δύσκολα παζλ που αφορούν την αντοχή των υλικών στις συνεχείς καταπονήσεις, τη σμίκρυνση των συστημάτων συλλογής ενέργειας και την ανάπτυξη «έξυπνων» αλγορίθμων που θα επιτρέπουν στα ρομπότ να αποφασίζουν πότε να πηδήξουν και πότε να «ξεκουραστούν» για φόρτιση.