In een steengroeve in centraal Texas rolt een opblaasbare, bolvormige robot genaamd RoboBall over rotsen, grind en natte klei. Ontwikkeld aan de Texas A&M University in College Station, is hij bedoeld om maanlandschappen te verkennen die nu moeilijk toegankelijk zijn. De resultaten van zijn eerste tests staan in een recent artikel gepubliceerd in IEEE Transactions on Field Robotics.
Het project wordt gedragen door Rishi Jangale, een werktuigbouwkundig ingenieur die bijna klaar is met zijn promotieonderzoek, en zijn collega’s in het lab, die al ongeveer vijf jaar aan deze ‘grote beige bal’ werken. Het doel is een voertuig te hebben dat gebieden kan bereiken zoals de Shackletonkrater, 21 km breed, gelegen bij de zuidpool van de Maan. Volgens de bron is deze krater 4 km diep en herbergt hij kleinere, nog diepere kraters, waarvan sommige delen nooit zonlicht ontvangen.
Deze in duisternis gehulde gebieden bevatten stoffen die planetologen moeilijk kunnen bestuderen, waaronder zeer oude lagen van de maangeologie en voorraden bevroren water, die ooit van dienst kunnen zijn voor een maanbasis. ‘De Maan is als een archief van wat er op Aarde is gebeurd’, zegt Sara Russell, kosmisch mineraloog aan het Natural History Museum in Londen, die niet betrokken is bij het werk van Texas A&M. Ze voegt toe: ‘Robotische verzameling werkt opmerkelijk goed, en het is geweldig om te zien dat het meer wordt verkend in deze context.’
Voor Rishi Jangale is de keuze voor een bol een antwoord op een specifieke beperking. ‘NASA laat astronauten niet in de buurt van deze kraters komen, want als iemand erin valt, kun je die er niet meer uithalen’, zegt hij. ‘Dus dachten we: welke vorm is beter geschikt om langs een helling te rollen dan een bal?’
Een idee geboren in 2003
RoboBall is voortgekomen uit het idee van Robert Ambrose, een voormalig robotica-ingenieur van NASA en de promotor van Jangale, die het concept al in 2003 bedacht. Volgens de bron kan een opblaasbare bol niet kantelen, een groot risico voor robots op het maanoppervlak, vooral in lage zwaartekracht. Zijn vorm beschermt ook zijn interne componenten tegen scherpe rotsen, stof en temperatuurschommelingen, die volgens het artikel variëren van meer dan 93 °C in zonovergoten gebieden tot min 240 °C in de schaduw van kraters.
Het scenario dat Ambrose voor ogen heeft, combineert een rover met wielen, die aan de rand van een krater parkeert en een RoboBall loslaat om de diepten te verkennen. In tegenstelling tot een kleine rover die met een kabel is verbonden, komt de bol niet vanzelf weer omhoog, maar kan hij een veel grotere afstand afleggen om geologische monsters te nemen en ze vervolgens met kleine raketjes terug naar de rover te sturen. NASA heeft volgens de bron al meer dan 50 jaar geen maanmonsters meer naar de Aarde teruggebracht, en maanmeteorieten vervangen volgens Sara Russell het veldwerk ter plaatse niet.
Van prototype naar volledige versie
In 2022 voltooide het lab van Ambrose een proof of concept, RoboBall II, met een diameter van 0,5 meter. De levensgrote versie, RoboBall III, kostte daarna ongeveer elf maanden werk. ‘We bouwden deze robots heel snel’, vertelt Jangale, die een aanmoediging van zijn promotor citeert: ‘Hij spoort ons aan deze robots te gebruiken en ze kapot te maken.’ De eerste tests onthulden softwarefouten en een te zwakke aandrijving om kleine oneffenheden op zachte grond te overwinnen.
De RoboBall beweegt dankzij een slinger die in zijn binnenste is geplaatst en die het zwaartepunt van het geheel verplaatst. Op vlak terrein, wanneer de slingerarm naar voren wijst, rolt de bol in die richting. Een lichte kanteling naar links of rechts laat hem in dezelfde richting draaien. ‘De robot wil gaan waar je de slinger naartoe richt’, legt Jangale uit. Op steile hellingen maakt dezelfde mechanica het mogelijk de afdaalsnelheid te controleren.
Hiro Ono, lucht- en ruimtevaartingenieur die dertien jaar werkte aan robotmobiliteit bij NASA’s Jet Propulsion Laboratory voordat hij naar Georgia Tech ging, benadrukt de eenvoud van het ontwerp: ‘De schoonheid zit in de eenvoud.’ RoboBall heeft slechts twee actuatoren, beide veilig binnenin de bol geplaatst, beschermd tegen stof.
Na de eerste tests in de steengroeve ontwierp het team in ongeveer zeven maanden een verbeterde versie, RoboBall III, met een koppel, dat wil zeggen een rotatiekracht, die met 2,5 is vermenigvuldigd. Hij kan daardoor kleine obstakels overwinnen en hellingen van 20 graden beklimmen. In het nieuwe artikel daalde de op afstand bestuurde RoboBall III de hellingen van de groeve af, stak los terrein over en lanceerde hypothetische nuttige ladingen uit de krater.
Een nog verre missie
De robot is niet geschikt voor alle missies, erkent het team: zijn ietwat onhandige aard maakt hem minder geschikt voor het zeer precies nemen van een steenmonster. De onderzoekers hopen samen te werken met wetenschappers die instrumenten voor de Maan ontwerpen, zodat die passen in het binnenste van de bol, ter grootte van een handbagage. ‘De robot is niet de missie’, concludeert Jangale. ‘De robot is een middel om de missie te laten slagen.’
De huidige versie kostte ongeveer 250.000 dollar en is niet klaar voor de Maan. Hoewel zijn met goud behandeld aluminium onderdelen geschikt zijn voor ruimtemissies, zijn zijn andere materialen dat niet, en ruimtewaardige elektronica zou meer kosten. De bolschil, die over staalscherven kan rollen en bestand is tegen min 184 °C, is nooit getest onder extreme maanomstandigheden. Het team plant ook om de bol zelfstandig zijn rijgedrag op wisselende hellingen te laten aanpassen.
Texas A&M moet later dit jaar in Houston een nieuwe faciliteit openen die volgens de bron de grootste gesimuleerde maan- en Marslandschappen ter wereld in een overdekte omgeving huisvest. Deze ligt op 190 km afstand van de steengroeve waar Rishi Jangale zijn tests uitvoert.
