Un robot innovador revoluciona la minería lunar con un diseño único

El avance en el diseño de robots para asistir a los primeros exploradores humanos en la Luna ha cobrado impulso, con un enfoque particular en la utilización de los recursos disponibles en la superficie lunar, conocido como utilización de recursos in situ (ISRU). Este enfoque permitirá a los exploradores acceder a materiales como agua, metales estructurales y propulsores, siempre que logren recuperarlos del regolito y las rocas que componen la superficie lunar.

Un nuevo estudio, liderado por investigadores de la Universidad de Tohoku, presentó el diseño y las pruebas de un tipo de robot excavador que podría facilitar la extracción de recursos en la Luna. El trabajo fue publicado en el servidor de preprints arXiv.

Uno de los principales problemas al utilizar equipos de minería convencionales en la Luna es la gravedad. Equipos como bulldozers y excavadoras de cubo aprovechan su peso para aplicar fuerza al material que están excavando, permitiéndoles mover grandes cantidades a la vez. Sin embargo, esta técnica no es viable en la Luna, donde la baja gravedad haría que incluso el equipo de minería más pesado simplemente se empuje a sí mismo en lugar de extraer recursos.

Por ello, los ingenieros de la Universidad de Tohoku y de NASA han centrado su atención en un diseño de excavadora de cubo. Este diseño presenta dos ventajas principales sobre el equipo de minería tradicional en la Luna. En primer lugar, puede extraer solo una pequeña cantidad de material en cada pasada, lo que requiere mucha menos fuerza que una sola gran pala o cubo.

Sin embargo, las pasadas pueden realizarse de manera rápida y continua, permitiendo excavar una gran cantidad en un tiempo relativamente corto. En segundo lugar, puede llevar a cabo tres procesos clave para la manipulación de materiales: excavación, carga de material y transporte, todo sin necesidad de una cinta transportadora, que es propensa a fallos en el abrasivo entorno del polvo lunar.

El robot de NASA, conocido como Regolith Advanced Surface Systems Operations Robot (RASSOR), es actualmente el estándar de oro para este tipo de excavadoras, habiendo pasado por varias rondas de pruebas. Sin embargo, la JAXA, la agencia espacial de Japón, ha estado apoyando el desarrollo de un "Programa Moonshot" con el objetivo de proporcionar robots que no requieran supervisión constante desde la Tierra para apoyar a los exploradores lunares para 2050. El reciente trabajo describe un accesorio del programa Moonbot, una plataforma modular originalmente desarrollada en la universidad.

Los ingenieros diseñaron un tipo de "cubo espiral" que resuelve uno de los principales problemas de los diseños de tambor de cubo tradicionales: la caída del material mientras el tambor está en rotación. Esta mejora asegura que la entrada del tambor esté siempre en contacto con el suelo, mientras que la salida se mantiene siempre ligeramente por encima del nivel del material recolectado, evitando que el material se derrame.

Para probar su efectividad, los autores construyeron un sistema prototipo y realizaron algunas pruebas con él, tanto con como sin su acoplamiento a un chasis de Moonbot. Dos tambores a cada lado de un brazo robótico (que proporciona la interfaz a la plataforma Moonbot) están hechos en gran parte de PLA impreso en 3D, con algunos refuerzos de fibra de carbono en algunos de los engranajes. El accesorio en sí pesa solo 4.8 kg, mientras que puede transportar alrededor de 21 litros de material cuando está completamente cargado.

Los resultados de las pruebas para el brazo independiente fueron impresionantes. Por sí solo, pudo excavar alrededor de 777 kg/h, mientras que solo consumió 0.022 Wh/kg, lo que representa un bajo consumo de energía para grandes cantidades de excavación. Incluso cuando se acopló a un rover "Dragon" (es decir, un chasis de Moonbot configurado como rover), la tasa de excavación aumentó a 839 kg/h.

Sin embargo, para simular un escenario de misión real, el equipo implementó un protocolo donde el robot excavaba material hasta estar lleno, conducía 10 metros a un "sitio de descarga", depositaba el material recolectado, regresaba al lugar de trabajo y comenzaba a trabajar nuevamente. En ese escenario, la eficiencia disminuyó a solo 172 kg/h con un consumo de energía de 0.86 Wh/kg, significativamente peor que su función de minería especializada, pero comparable a otros sistemas como RASSOR.

Siempre hay margen de mejora, y en este caso hay espacio tanto en el diseño de la misión como en el diseño del robot mismo. Dado que Moonbot es una plataforma modular, los diseñadores de la misión podrían proporcionar un rover/transportador especializado que pudiera mover el material al sitio de descarga, permitiendo que el brazo excavador se concentre simplemente en lo que mejor sabe hacer: excavar material.

Y para hacerlo aún mejor en esa tarea, los diseñadores desean implementar características adicionales de sensores y control para la próxima iteración. También planean diseñarlo para resistir el duro entorno lunar, lo cual será crítico para su uso real.

Por ahora, el trabajo representa otro paso hacia el desarrollo de robots útiles en la superficie lunar, siendo los tambores de cubo una opción favorita de los ingenieros para este caso de uso. Puede que pase un tiempo antes de que veamos uno en acción en la Luna, pero en algún momento del futuro, un tambor giratorio comenzará a trabajar en el material lunar que ha permanecido intacto durante miles de millones de años.

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