แถบดาวเคราะห์น้อยเต็มไปด้วยโอกาสและสิ่งไม่รู้ อุดมไปด้วยทรัพยากรและความลึกลับทางวิทยาศาสตร์
คุณจะลงจอดและเคลื่อนที่อย่างปลอดภัยบนร่างเล็ก ๆ เหล่านี้ได้อย่างไร? นี่เป็นคำถามที่วิศวกรหลายคนพิจารณา เมื่อหุ่นยนต์ฮาร์ดแวร์ทั่วไปลงจอดบนพื้นผิวดาวเคราะห์น้อยที่เปราะบาง มีความเสี่ยงสูงที่จะทำลายโครงสร้างของพื้นผิว ทำให้ไม่สามารถรับตัวอย่างที่ถูกต้องหรือทำการตรวจจับอย่างต่อเนื่อง
"ซอฟต์โรบอต" รูปแบบใหม่สามารถเป็นความก้าวหน้าในภารกิจดาวเคราะห์น้อยได้
01 ดาวเคราะห์น้อยเปราะบางเผชิญกับปัญหาการลงจอดอย่างหนัก
การลงจอดยานอวกาศหุ่นยนต์อย่างปลอดภัยบนดวงจันทร์หรือดาวเคราะห์นั้นเป็นเรื่องยากมากอยู่แล้ว การลงจอดบนดาวเคราะห์น้อยนั้นยากยิ่งขึ้น
ต่างจากดาวเคราะห์ยักษ์ แรงโน้มถ่วงพื้นผิวของดาวเคราะห์น้อยนั้นอ่อนมาก ซึ่งอาจถึงสองสามล้านของโลกด้วยซ้ำ สภาพแวดล้อมที่ไร้แรงโน้มถ่วงนำความท้าทายที่ยิ่งใหญ่มาสู่การลงจอดและกิจกรรมของยานอวกาศ วิธีการ "ลงจอดยาก" แบบดั้งเดิมซึ่งอาศัยแรงผลักดันนั้นยากต่อการควบคุมที่แม่นยำ และง่ายต่อการทำลายโครงสร้างพื้นผิวที่หลวมของดาวเคราะห์น้อย ซึ่งจะส่งผลกระทบอย่างจริงจังต่อการศึกษาองค์ประกอบและประวัติวิวัฒนาการของดาวเคราะห์น้อย
ภารกิจ OSIRIS-REx ของ NASA ใช้แนวทางอนุรักษ์นิยมอย่างมากในการมุ่งหน้าสู่ดาวเคราะห์น้อย Bennu “เราไม่ต้องการจัดการกับความไม่แน่นอนของการสัมผัสกับพื้นผิวจริงเป็นเวลานานเกินความจำเป็น” โมโรกล่าว ดังนั้นพวกเขาจึงคิดแผนการสอดแนมดาวเคราะห์น้อยภายใน 16 วินาทีด้วยแขนเก็บตัวอย่างยาว
ด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบัน เรายังห่างไกลจากการ "ลงจอด" ดาวเคราะห์น้อยที่แท้จริง
02 การลงจอดอย่างช้าๆ: วิสัยทัศน์ของหุ่นยนต์ที่อ่อนนุ่ม
เมื่อพิจารณาถึงคุณลักษณะของสภาพแวดล้อมไร้น้ำหนัก ทีมงานของศาสตราจารย์เจย์ แมคมาฮอนแห่งมหาวิทยาลัยโคโลราโดได้เสนอแนวคิดที่โดดเด่น นั่นคือ การพัฒนา "หุ่นยนต์อ่อน" - AoES เพื่อให้ดาวเคราะห์น้อยลงจอดอย่างนุ่มนวล หุ่นยนต์ตัวนี้ใช้แรงอ่อนอย่างเต็มที่ เช่น การดูดซับแม่เหล็กไฟฟ้าและการยึดเกาะด้วยไฟฟ้าสถิตสำหรับการลงจอดและกิจกรรมบนพื้นผิว ไม่จำเป็นต้องพึ่งพาแรงขับและการยึดเชิงกล และสามารถทำการลงจอดอย่างผ่อนคลาย "การชนกันเป็นศูนย์" ได้
หุ่นยนต์ขนนุ่มถูกออกแบบให้มีรูปทรงกลีบหลายกลีบคล้ายกับดอกบัว กลีบดอกทำจากวัสดุยืดหยุ่นที่สามารถครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่ของพื้นผิวดาวเคราะห์น้อยได้โดยไม่ทำลายภูมิประเทศของพื้นผิว นอกจากนี้ยังสามารถหมุนและยืดออกได้โดยใช้ความเร็วของวงโคจรและความดันรังสีดวงอาทิตย์เพื่อปรับวงโคจรและทำให้ช้าลง
หุ่นยนต์แบบอ่อนสามารถใช้การกระจายประจุที่พื้นผิวของดาวเคราะห์น้อยในการดูดซับแม่เหล็กไฟฟ้า พื้นผิวของดาวเคราะห์น้อยเต็มไปด้วยอนุภาคฝุ่นต่างๆ ซึ่งสร้างการกระจายประจุที่ซับซ้อนและสนามไฟฟ้า เช่นเดียวกับที่ตุ๊กแกใช้ปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลเพื่อยึดติดกับผนัง หุ่นยนต์แบบอ่อนยังสามารถเกาะติดกับพื้นผิวของดาวเคราะห์น้อยโดยการควบคุมเมฆประจุของ กลีบดอกบางส่วน
การติดอีกวิธีหนึ่งคือการใช้แรงไฟฟ้าสถิต แม้ว่าแรงไฟฟ้าสถิตบนพื้นผิวดาวเคราะห์น้อยจะอ่อนแอ แต่หุ่นยนต์แบบอ่อนสามารถสะสมการยึดเกาะของไฟฟ้าสถิตได้เพียงพอผ่านพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ การปรับการชาร์จของกลีบบางกลีบทำให้หุ่นยนต์ที่อ่อนนุ่มสามารถเคลื่อนที่ได้ โหมดการเคลื่อนที่นี้ไม่ต้องการแรงขับเชื้อเพลิงและไม่ก่อให้เกิดการปนเปื้อนครั้งที่สองของดาวเคราะห์น้อย
03 การติดตามผลระยะยาวและการใช้ทรัพยากร
หากการลงจอดแบบนุ่มนวลสำเร็จ หุ่นยนต์แบบอ่อนจะสามารถทำงานบนพื้นผิวดาวเคราะห์น้อยได้เป็นเวลานานเพื่อทำการสำรวจทางวิทยาศาสตร์ที่หลากหลาย สามารถใช้เซนเซอร์บนพื้นผิวเพื่อตรวจสอบสนามแม่เหล็ก การไหลของความร้อน การกระจายประจุ และข้อมูลอื่นๆ เพื่อเปิดเผยกลไกการก่อตัวและประวัติวิวัฒนาการของดาวเคราะห์น้อย ในระยะยาว สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาและการใช้ประโยชน์จากทรัพยากรดาวเคราะห์น้อย
04 ปัญหาทางเทคนิค: การนำทาง กำลัง และการควบคุม
แนวคิดของการใช้หุ่นยนต์แบบอ่อนลงจอดบนดาวเคราะห์น้อยนั้นน่าสนใจมาก แต่ก็เผชิญกับความท้าทายทางเทคนิคมากมายเช่นกัน ปัญหาที่สำคัญที่สุดคือการนำทางและการควบคุม
เพื่อให้การลงจอดและการนำทางบนพื้นผิวที่แม่นยำในสภาพแวดล้อมดาวเคราะห์น้อยที่ซับซ้อนและไม่รู้จัก หุ่นยนต์แบบอ่อนจำเป็นต้องมีความสามารถในการหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางและความสามารถในการวางแผนอัตโนมัติ เมื่อเปรียบเทียบกับตัวถังที่แข็งเกร็ง ไดนามิกและระบบควบคุมของหุ่นยนต์แบบอ่อนนั้นซับซ้อนกว่า การเสียรูปของแขนกลีบทุกครั้งจะเปลี่ยนการกระจายมวลโดยรวมและพารามิเตอร์ไดนามิก อัลกอริธึมการควบคุมจะต้องมีประสิทธิภาพและแม่นยำ และมีความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่ไม่รู้จักได้อย่างเพียงพอ
การบินอวกาศระยะยาวยังก่อให้เกิดความท้าทายร้ายแรงต่อวัสดุและโครงสร้างของหุ่นยนต์แบบอ่อน จะต้องสามารถทนต่อการแผ่รังสีสูงและความแตกต่างของอุณหภูมิที่รุนแรง และมีความสามารถในการซ่อมแซมตัวเองในกรณีที่เกิดความล้มเหลว
การลดมวลและการปรับปรุงความแข็งแรงของโครงสร้างถือเป็นความท้าทายอีกประการหนึ่งที่ต้องแก้ไขในสาขานี้ ในการทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วงต่ำมาก Soft Robot จะต้องบางและเบา แต่โครงสร้างที่อ่อนแอเกินไปจะทำให้ขับเคลื่อนการเคลื่อนไหวและงานเก็บตัวอย่างได้ยาก ดังนั้นจึงต้องมั่นใจในความแข็งแกร่งและความแข็งแกร่งที่จำเป็นในการปฏิบัติงานโดยไม่ต้องเพิ่มมวลมากเกินไป
05 อนาคตเป็นสิ่งที่คาดหวังได้
แม้จะมีความท้าทาย แต่ความฝันของการลงจอดอย่างนุ่มนวลยังคงขับเคลื่อนความก้าวหน้าและนวัตกรรมในสาขานี้ ทีมงานมหาวิทยาลัยโคโลราโด ซึ่งได้รับทุนวิจัยของ NASA มาตั้งแต่ปี 2560 กำลังสำรวจว่าเทคโนโลยีหุ่นยนต์แบบอ่อนบางส่วนสามารถรองรับการบำรุงรักษาดาวเทียมในวงโคจรและการทำความสะอาดขยะในอวกาศได้หรือไม่
คงต้องรอดูกันว่าหุ่นยนต์แบบอ่อนจะสามารถบุกเบิกการสำรวจดาวเคราะห์น้อยสำหรับมนุษย์ได้หรือไม่