NASA JPL’nin Ekibi CoSTAR, Digital Forge ile keşif sınırlarını nasıl zorluyor?
Müşteri
DARPA Yeraltı Mücadelesi, hem Dünya’da hem de uzayda yeraltı ortamlarını hızlı bir şekilde keşfetmek için robotik sistemlerinin özerkliğini geliştirmektedir. Askeri, ticari endüstri ve hükümet için son teknoloji araştırmaları hızlandırmayı amaçlamaktadır. Rekabet edebilmek için, ekipler, yeraltı boşluklarını keşfetmek için, gezegen keşiflerine ve madenlerde, mağaralarda ve doğal afetlerden sonra arama ve kurtarma gibi karasal uygulamalara ikili odaklanarak tamamen otonom sistemler geliştirmelidir.
Takım CoSTAR NASA Jet Tahrik Laboratuvarı (JPL), Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT), California Teknoloji Enstitüsü (Caltech), Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (KAIST) ve İsveç’in Luleå Teknoloji Üniversitesi (LTR) arasındaki bir işbirliğidir. CoSTAR, dünyanın dört bir yanından 60 mühendisten oluşan bir ekiple, Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı’nın (DARPA) üç yıllık, dört bölümlük Yeraltı Mücadelesine katılan on ekipten biridir. Zorluk, üç devreden (Tünel Pisti, Kentsel Devre ve Mağara Devresi) ve ardından üç ortamı da içeren Nihai Etkinlikten oluşmaktadır. Başarılı olursa, ekibe gelecekteki araştırma projelerini finanse etmeleri için 2 milyon dolar verilecektir. Team CoSTAR, Tunnel Circuit’te ikinci ve Urban Circuit’te birincilik elde etti ve yazı yazılırken,Team CoSTAR, Tunnel Circuit’te ikinci ve Urban Circuit’te birincilik elde etti ve şu sıralar Cave Circuit ve Final Event’de yarışmak için çalışmalarına devam etmektedir.
Zorluklar
Her devrenin arazisi çok farklıdır. Bazı zorluklar engebeli arazide belirlenir, bazıları düşük ışık senaryoları içerir ve hatta bazıları merdiven uçuşlarını içerir. Otonom robotlar, test sırasında çoğu zaman düşmelerine ve kritik parçalarının kırılmasına neden olan kötü koşullarda hareket edebilmelidir. CoSTAR ekibinin yalnızca darbeye dayanıklı, hafif bir otonom sistemle önceden hazırlıklı olması değil, aynı zamanda kırılan parçalar için hızlı saha bakımı yapmaları ve rekabette öne geçmek için çalışmalar arasında tasarımları hızla yinelemeleri gerekir. Bir parça sahada başarısız olursa, bu, CoSTAR’ın devreyi tamamlayamamasına neden olabilir. Ekip sık sık bilinmeyeni zorlar, bu yüzden hızlı tepki vermek için gerekli araçlara ihtiyaçları vardır.
Ekip Boston Dynamics ile çalışmaktadır ve yarışma için ödünç verilen birkaç Spot robotu bulunur. CoSTAR’ın mühendisleri ve tasarımcıları, Spot’un devreyi başarıyla tamamlayabilmesini sağlamak için braketler ve muhafazalar gibi ekstra bileşenleri hızlı bir şekilde tasarlamak ve oluşturmak zorunda kalmıştır. Önceden parçaları elde etmek için ahşap, işleme veya lazer kesiciler kullanılmıştır. Diğer ekiplerin önüne geçmek için başka bir seçeneğe ihtiyaçları olduğunu bilirler ve 3D baskı, hızlı yinelemeler ve ihtiyaç noktasında parçaları sabitlemek için mükemmel bir çözüm sağlar.
Ekip, bu ihtiyacı karşılamak için basit bir PLA 3D yazıcı getirir. Ancak, nihai üretim için değil, yalnızca prototipleme için yararlı olan parçaları basabilirler – esasen, parçalar, kritik bileşenlerin bulunma olasılığı ile belirsiz bir araziye giden bir robot tarafından sahada kullanılacak kadar güçlü değildir. Önemli bir örnek, her ne pahasına olursa olsun korunması gereken, robotun üstündeki pahalı lidar sensördür. Korumada kullanılan malzeme, sensörden gelen sinyalin geçerli, kullanılabilir çıktılar sağlaması için büyük sertlik ve titreşim sönümleme özelliklerine sahip olmalıdır. Ekip ayrıca, PLA 3D yazıcısının kötü yüzey kalitesine sahip hatalı parçalar ürettiğini, bu nedenle basıldıktan sonra parçaları zımparalamak için çok fazla zaman harcadıklarını tespit eder.
Çözüm
Neyse ki, ekibin bir Markforged 3D yazıcıya erişimi vardır. Birkaç CoSTAR ekip üyesi JPL için çalışırken, ekip zaten Markforged 3D yazıcıların ve bulut bağlantılı güçlü Eiger yazılımının bilgisine sahiptir. Herhangi bir geometri kısıtlaması olmaksızın hafif, güçlü, işlevsel parçalar üretebilir. Ekip, Markforged’un tüm gereksinimlerini karşılamak için sağlam bir seçim olduğunu fark eder. Ekip, Markforged platformu kullanılarak basılan braketlerin ve bağlantıların aslında alüminyum muadillerinden daha iyi performans gösterdiğini ve çok daha hafif olduğunu kanıtlar. Bunun da ötesinde, ekibin Markforged yazıcılarında 3D olarak yazdırdığı parçalar, herhangi bir arıza olmaksızın kırılabilir ve yeniden kullanılabilir. Ekip, çok sayıdaki Markforged 3D yazıcılarını ve sürekli karbon fiber takviyeli malzemesini kullanarak 7.000 $ ‘lık lidar sensörü için 3D baskılı bir kafes yazdırır. Parça bazı darbeler alırken, lidar sensörü hiçbir zaman hasar görmez.
Yarışma sırasında ekip, Markforged ortağı GovSmart’ın yardımıyla sahip oldukları Markforged yazıcı sayısını birden üçe çıkardı. Markforged daha sonra 2020’de ekibe sponsor oldu ve dördüncü bir yazıcı sağladı. CoSTAR, yazıcıları ilk iki zorluğa çıkardı ve bunlardan birçoğunu ertesi gün tarla kullanımı için gece boyunca parçalar üretmek üzere otel odalarına yerleştirdi. Ertesi sabah test edip entegre etme umuduyla parçaları tasarlamak için genellikle uzun geceler geçireceklerinden, 3D yazıcılarına güven ekip için son derece önemliydi. Neyse ki, Mark Two 3D yazıcıları yalnızca kaliteli ürünler sağladı.
Markforged yazıcıların sağlamlığı, üretilen parçaların güvenilirliği ve tekrarlanabilirliği ve Digital Forge’un herhangi bir son işlem gerektirmeyen güzel, işlevsel parçalar yaratması, Markforged’ı ideal bir eklemeli üretim teknolojisi haline getiriyor.
Gelecek
DARPA Yeraltı Mücadelesi bazıları için bir rekabet olabilir, ancak CoSTAR için bundan çok daha fazlasıdır. Onlar için zorluk, Ay’da, Mars’ta ve hatta Satürn ve Jüpiter’in bazı uydularında yeraltı keşiflerini mümkün kılmak için çalışmanın başlangıç noktasıdır. Yarışma için robotik yetenek geliştiren ekip, gelecekteki NASA JPL misyonlarının yer altı ortamlarını keşfetmeye yönelik yaşamın gelişimi, diğer gezegenlerde yaşam olup olmadığı ve gelecekte insan yerleşimi için potansiyel olup olmadığı hakkında bilgi edinmesini sağlamayı ummaktadır. Katmanlı üretim teknolojisi, yeni teknolojilerin onları oraya getirebileceğini kanıtlamalarına yardımcı olur.