في محجر في وسط تكساس، تتدحرج كرة آلية قابلة للنفخ تُدعى RoboBall فوق الصخور والحصى والطين الرطب. طوّرت في جامعة تكساس إيه آند إم في كوليج ستيشن، وهي مخصصة لاستكشاف تضاريس قمرية يصعب الوصول إليها حالياً. تظهر نتائج اختباراتها الأولى في مقالة حديثة نُشرت في IEEE Transactions on Field Robotics.
يقود المشروع ريشي جانجال، مهندس ميكانيكي قارب على إنهاء الدكتوراه، وزملاؤه في المختبر، الذين يعملون على هذا «الكرة الكبيرة البيجية» منذ حوالي خمس سنوات. الهدف هو امتلاك مركبة قادرة على الوصول إلى مناطق مثل فوهة شاكلتون، التي يبلغ عرضها 21 كيلومتراً وتقع عند القطب الجنوبي للقمر. وفقاً للمصدر، يصل عمق هذه الفوهة إلى 4 كيلومترات وتحتوي على فوهات أصغر وأعمق، لا تصل أشعة الشمس إلى بعض أجزائها أبداً.
تحتوي هذه المناطق المظلمة على مواد يصعب على علماء الكواكب دراستها، بما في ذلك طبقات جيولوجية قمرية قديمة جداً ومخزونات من الماء المتجمد، والتي قد تُستخدم يوماً ما في قاعدة قمرية. تقول سارة راسل، عالمة المعادن الكونية في متحف التاريخ الطبيعي في لندن، والتي لا تشارك في أعمال تكساس إيه آند إم: «القمر يشبه أرشيفاً لما حدث على الأرض». وتضيف: «الجمع الآلي يعمل بشكل رائع، ومن الرائع رؤية استكشافه أكثر في هذا السياق».
بالنسبة لريشي جانجال، فإن اختيار الشكل الكروي جاء استجابة لقيد محدد. يقول: «ناسا لن تسمح للرواد بالاقتراب من هذه الفوهات، لأنك إن سقط أحدهم داخلها، فلن تستطيع إخراجه». ويضيف: «لذلك قلنا لأنفسنا: أي شكل أكثر ملاءمة للتدحرج على منحدر من الكرة؟»
فكرة وُلدت عام 2003
نشأت فكرة RoboBall من روبيرت أمبروز، المهندس السابق في مجال الروبوتات في ناسا ومشرف أطروحة جانجال، الذي صمم المبدأ في عام 2003. وفقاً للمصدر، لا يمكن للكرة القابلة للنفخ أن تنقلب، وهو خطر كبير على الروبوتات على سطح القمر، خاصة في ظل الجاذبية المنخفضة. كما يحمي شكلها مكوناتها الداخلية من الصخور الحادة والغبار وتقلبات درجة الحرارة، والتي تتراوح، وفقاً للمقالة، من أكثر من 93 درجة مئوية في المناطق المشمسة إلى أقل من 240 درجة مئوية تحت الصفر في ظل الفوهات.
السيناريو الذي تصوره أمبروز يجمع بين مركبة جوالة بعجلات، تركن على حافة فوهة وتطلق كرة RoboBall لاستكشاف أعماقها. على عكس مركبة جوالة صغيرة مربوطة بكابل، فإن الكرة لا تعود بنفسها، لكنها يمكنها قطع مسافة أكبر بكثير لجمع عينات جيولوجية، ثم إرسالها مرة أخرى إلى المركبة الجوالة باستخدام صواريخ صغيرة. لم تُرْسِل ناسا عينات قمرية إلى الأرض منذ أكثر من 50 عاماً، وفقاً للمصدر، ولا تحل النيازك القمرية، وفقاً لسارة راسل، محل العمل الميداني الذي يُجرى على الموقع.
من النموذج الأولي إلى النسخة الكاملة
في عام 2022، أنهى مختبر أمبروز إثبات مفهوم، RoboBall II، بعرض 0.5 متر. ثم تطلبت النسخة بالحجم الطبيعي، RoboBall III، حوالي أحد عشر شهراً من العمل. يقول جانجال: «كنا نبني هذه الروبوتات بسرعة كبيرة»، ويذكر تشجيعاً من مشرفه: «كان يدفعنا لاستخدام هذه الروبوتات وتحطيمها». كشفت الاختبارات الأولى عن أخطاء في البرمجيات ونقل حركة ضعيف جداً لتجاوز المطبات الصغيرة على التربة الناعمة.
يتحرك RoboBall بواسطة بندول موضع داخل غلافه، مما يحرك مركز كتلة المجموعة. على أرض مستوية، عندما يشير ذراع البندول إلى الأمام، تتدحرج الكرة في هذا الاتجاه. ميل طفيف إلى اليسار أو اليمين يجعلها تدور في نفس الاتجاه. يشرح جانجال: «الروبوت يريد الذهاب إلى حيث تشير إليه البندول». على المنحدرات الشديدة، تتيح نفس الآلية التحكم في سرعة الهبوط.
يشير هيرو أونو، مهندس الفضاء الجوي الذي عمل ثلاثة عشر عاماً على حركية الروبوتات في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا قبل انضمامه إلى جورجيا تك، إلى بساطة الجهاز: «الجمال يكمن في البساطة». يحتوي RoboBall على محركين فقط، كلاهما موضع داخل الغلاف، محمي من الغبار.
بعد الاختبارات الأولى في المحجر، صمم الفريق في حوالي سبعة أشهر نسخة محسنة، RoboBall III، مزودة بعزم دوران، أي قوة دورانية، مضاعفة بمقدار 2.5. وبذلك يمكنها تجاوز العقبات الصغيرة وتسلق منحدرات بزاوية 20 درجة. في المقالة الجديدة، نزل RoboBall III، الذي يُقاد عن بعد، منحدرات المحجر، وعبر أرضاً رخوة، وأطلق حمولات افتراضية مفيدة خارج الفوهة.
مهمة ما زالت بعيدة
يعترف الفريق بأن الروبوت لن يكون مناسباً لكل المهام: طبيعته غير الرشيقة بعض الشيء تجعله غير مناسب لجمع صخرة محددة بدقة. يأمل الباحثون في العمل مع علماء يصممون أدوات للقمر، بحيث تتسع داخل الكرة، بحجم أمتعة المقصورة. يختتم جانجال: «الروبوت ليس هو المهمة. الروبوت هو وسيلة لإنجاز المهمة».
كلفت النسخة الحالية حوالي 250 ألف دولار وهي ليست جاهزة للقمر. إذا كانت قطعها المصنوعة من الألومنيوم المعالج بالذهب مناسبة للمهام الفضائية، فإن موادها الأخرى غير مناسبة، والإلكترونيات المناسبة للفضاء ستكلف أكثر. الغلاف، القادر على التدحرج على شظايا الفولاد وتحمل درجة حرارة أقل من 184 درجة مئوية تحت الصفر، لم يُختبر أبداً في الظروف القمرية القاسية. يخطط الفريق أيضاً لجعل الكرة قادرة على تكييف قيادتها بنفسها على منحدرات متفاوتة.
من المقرر أن تفتح تكساس إيه آند إم لاحقاً هذا العام، في هيوستن، منشأة جديدة تضم، وفقاً للمصدر، أكبر المناظر الطبيعية القمرية والمريخية المُحاكاة داخلياً في العالم. تقع على بعد 190 كيلومتراً من المحجر حيث يجري ريشي جانجال اختباراته.
