Los asteroides vienen en muchas formas y tamaños. La mayoría son esféricos, aunque muchos tienen una característica que puede hacer que sea difícil aterrizar en ellos: son esencialmente solo colecciones de rocas unidas entre sí por la gravedad. En la jerga de la exploración espacial, se les conoce como “montones de escombros”. Muchos de los asteroides que ha visitado la humanidad se consideran montones de escombros, incluidos Itokawa y Dimorphos, los destinos de Hayabusa y DART, respectivamente. Pero, como demostraron las pruebas de la nave espacial Philae cuando intentó encontrarse con el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, aterrizar en estos objetos con una gravedad superficial muy baja puede ser difícil. Introduzca un nuevo concepto de los investigadores de la Universidad de Colorado, Boulder. Su idea, conocida como Softbots de área de efecto (AoES), podría ayudar a los futuros exploradores de asteroides, e incluso a los mineros, a superar algunos de los desafíos que enfrentan en estos pequeños cuerpos.
El investigador privado Jay McMahon y su equipo realizaron el trabajo inicialmente con el apoyo de una subvención de la Fase I del Instituto de Conceptos Avanzados (NIAC) de la NASA en 2017. Su idea era simple: diseñar un robot que pudiera adherirse a un objeto con una gravedad realmente baja y al mismo tiempo introducir una máquina que pudiera excavar en el asteroide en busca de materiales valiosos, ya sea agua helada o metales preciosos.
Sin embargo, eso suena mucho más fácil de lo que es. Los asteroides tienen una gravedad notoriamente baja, por lo que las naves espaciales han tenido que recurrir a sistemas de anclaje, que solo funcionan a veces (nuevamente, vea la expedición de rebote de Philae). Aún más importante, una vez que la nave espacial está anclada en algún lugar, no es fácil volver a lanzarla o maniobrar hacia otra parte del mismo asteroide.
Ahí es donde entra la idea de los softbots. Aquí en la Tierra se están desarrollando muchos prototipos de robots con cuerpos deformables. Por lo general, son útiles en la búsqueda y el rescate o en entornos peligrosos como los reactores nucleares. Pero usarlos en el espacio, especialmente cuando interactúan con asteroides, es una idea novedosa.
Los softbots tienen cuatro ventajas principales sobre otros tipos de naves espaciales cuando interactúan con un asteroide. Pueden adherirse a la superficie mejor que la mayoría. Una vez en la superficie, pueden arrastrarse por ella. También pueden lanzarse hacia atrás desde la superficie «saltando». Y finalmente, pueden redirigirse a una ubicación diferente en el asteroide usando una simple vela solar.
Primero, abordemos la adhesión: los robots blandos pueden tener un área de superficie grande y esa área de superficie puede estar compuesta de casi cualquier material flexible. La forma en que ese material se adhiere a la superficie del asteroide es una consideración importante para el AoES. Por lo general, un asteroide tiene una gravedad superficial lo suficientemente pequeña como para que otra fuerza sea la fuerza principal que mantiene unido el montón de escombros. Conocida como la fuerza de van der Waals, ejerce una fuerza en cada punto de contacto entre los cantos rodados. La adhesión utiliza un método similar, que permite que la parte «suave» del robot se adhiera a la superficie del asteroide.
Si bien un AoES podría usar su propia fuerza de van der Waals para adherirse al asteroide, también implementará una fuerza conocida como «electroadhesión» que usa electrodos en la parte flexible del robot para inducir una carga en ellos, que luego también induce una carga opuesta en la superficie. Esto permite que el brazo del robot se “adhiera” a la superficie mediante el uso de la fuerza de unión de las cargas eléctricas opuestas, asegurando así con más fuerza el robot a la superficie del asteroide.
Pero, ¿y si no quiere quedarse pegado a la superficie del asteroide? Una opción es arrastrarse por esa superficie, y AoES puede hacerlo. El diseño discutido en el informe final del Dr. McMahon para NIAC utiliza un tipo de actuador conocido como actuador HASEL. Estos permiten que el robot adhiera una parte de su apéndice (por ejemplo, la punta) al asteroide mientras contrae otra parte (por ejemplo, el medio), lo que le permite arrastrarse efectivamente a lo largo de la superficie del asteroide mientras mantiene un contacto constante con la superficie.
Si ese modo de transporte no es suficiente, el AoES podría saltar literalmente a su próxima ubicación. En un método similar a «gatear», controlando selectivamente qué parte de la extremidad forzará la electroadhesión mientras otra parte se contrae, pero en este caso, la contracción se libera rápidamente al mismo tiempo que se detiene la electroadhesión, lo que permite efectivamente que el AoES empuje el asteroide y regrese al espacio que lo rodea. Si se hace correctamente, incluso podría permitir que el AoES maniobre hacia su próximo objetivo en el asteroide usando solo las fuerzas que puso en su propio salto.
Pero si eso no funciona, el AoES tiene otra ventaja: puede convertirse en una vela solar. Un robot AoES puede usar la luz de manera efectiva para impulsarse en una dirección determinada al extender completamente sus apéndices. Entonces, si un operador (o la IA del robot) quiere maniobrar a una ubicación diferente más lejos de lo que podría llevarlo un salto, se maniobra simplemente usando la luz del Sol para llegar allí. Estas técnicas son una desviación dramática de las metodologías de los módulos de aterrizaje de cuerpo pequeño existentes, lo que representa un salto adelante en las operaciones en asteroides.
Entonces, ¿qué haría un AoES cuando llegue allí? En el concepto discutido en el documento NIAC, su objetivo principal es alimentar material a un sistema de recolección central, donde se tritura o se vaporiza y luego se puede transportar de regreso a una nave de procesamiento más grande en órbita alrededor del asteroide. De hecho, varios sistemas AoES podrían estar activos en un asteroide en un momento dado, y todos podrían estar devolviendo material a su nave nodriza.
Esas capacidades, y su flexibilidad de tener más de un sistema en un asteroide determinado a la vez, hacen que el sistema AoES sea particularmente atractivo como solución para extraer asteroides de pilas de escombros. Sin embargo, no parece que el AoES haya sido seleccionado para una segunda ronda de financiación del NIAC en 2018, aunque la investigación del Dr. McMahon y su equipo ha sido constante desde entonces, incluidos documentos sobre cómo usar el AoES en órbita terrestre baja o para desviar un asteroide potencialmente peligroso. Tal vez la idea fue un poco temprana para su tiempo, y es muy posible que veamos docenas o cientos de robots de cuerpo flexible pululando sobre un asteroide potencialmente rentable en un futuro no muy lejano.
Aprende más:
Jay McMahon- Desmantelamiento de asteroides de pila de escombros con AoES (Soft-bots de área de efecto)
McMahon et al. – Servicios robóticos blandos y sin propelente para la nave espacial LEO
UT – No se moleste en intentar destruir los asteroides de la pila de escombros
UT – Los asteroides de pila de escombros podrían ser los mejores lugares para construir hábitats espaciales
Imagen principal:
Un modelo de una configuración potencial de una nave espacial AoES.
Crédito – Jay McMahon
