En un buen día, la cantera de roca del centro de Texas queda a unos 370.000 kilómetros de la Luna. Pero en febrero pasado, cuando Rishi Jangale vio a su robot inflable de 1,8 metros de ancho y 150 kilos rodar sin esfuerzo sobre rocas, gravilla y arcilla húmeda, su imaginación convirtió la cantera en superficie lunar.
Jangale es un ingeniero mecánico que está terminando su doctorado en la Universidad Texas A&M, en College Station. Junto a sus compañeros de laboratorio lleva unos cinco años trabajando en este gran balón color arena, el RoboBall. El objetivo: crear un vehículo capaz de explorar algunos de los terrenos más inaccesibles del sistema solar, como el cráter Shackleton, de 21 kilómetros de ancho, en el polo sur lunar.
¿Por qué un cráter necesita un robot con forma de pelota?
El Shackleton tiene 4 kilómetros de profundidad y contiene muchos cráteres menores y aún más profundos en su interior. Algunas zonas nunca reciben sol, y en esos bolsones permanentemente oscuros y helados hay sustancias que los científicos planetarios llevan décadas intentando examinar: capas de geología lunar antigua y reservas de agua congelada que podrían sostener una futura base.
"La Luna es como un archivo de lo que le pasó a la Tierra", señala Sara Russell, mineralogista cósmica del Museo de Historia Natural de Londres, que no participa en el trabajo de Texas A&M. "La recolección robótica funciona notablemente bien, y es bueno ver que se explore más en este contexto".
El argumento del equipo es directo.
"La NASA no va a dejar que los astronautas se acerquen a estos cráteres, porque si alguien se cae adentro no lo van a poder sacar", dice Jangale. "Así que pensamos: ¿qué mejor forma para rodar cuesta abajo que una pelota?".
En un artículo reciente publicado en IEEE Transactions on Field Robotics, el equipo de Jangale reporta el diseño del RoboBall, una misión lunar hipotética y los resultados de las primeras pruebas en la cantera texana.
¿De dónde viene la idea?
El RoboBall es una creación del director de tesis de Jangale, Robert Ambrose, ex ingeniero de robótica de la NASA, quien concibió el diseño en 2003.
Ambrose razonó que una esfera podía resolver un problema molesto de movilidad que enfrentan los robots en terreno lunar, sobre todo en gravedad baja: volcarse. Una esfera inflable no solo no puede darse vuelta, sino que además su forma aísla los componentes internos de rocas filosas, polvo y las enormes oscilaciones térmicas, que van desde más de 93 grados en zonas asoleadas hasta 240 grados bajo cero en la sombra dentro de los cráteres. Son 333 grados de rango entre un extremo y otro.
Ambrose imaginó un vehículo con ruedas estacionado en el borde de un cráter, liberando un RoboBall para explorar sus profundidades. A diferencia de un pequeño robot atado con cable, el RoboBall no volvería rodando hacia arriba, pero sin ataduras tendría mucho mayor alcance para recolectar muestras geológicas y luego lanzarlas de vuelta al vehículo que espera afuera, mediante cohetes pequeños.
La NASA no trae muestras lunares a la Tierra desde hace más de 50 años. Algunos fragmentos de geología lunar llegan como meteoritos, pero según Russell a esos les falta el "estándar de oro" del trabajo de campo: el contexto sobre de dónde vino exactamente esa muestra.
¿Cómo se maneja una esfera?
El RoboBall se desplaza moviendo un péndulo dentro de su cubierta, lo que corre su centro de masa completo. En terreno plano, si el brazo del péndulo apunta hacia adelante, la cubierta rueda hacia adelante para compensar, y mientras el péndulo mantenga el centro de masa por delante del centro del balón, el RoboBall seguirá avanzando. Si el péndulo se inclina unos grados a la izquierda o a la derecha, el balón vira hacia ese lado.
"El robot quiere ir hacia donde uno apunta el péndulo", explica Jangale.
El balón es lo bastante blando como para rebotar suavemente sobre obstáculos irregulares, pero su ligera sobrepresión lo mantiene relativamente firme. En pendientes pronunciadas, el mismo mecanismo le permite controlar su velocidad de bajada con solo inclinar el péndulo cuesta arriba.
"La belleza acá está en la simplicidad", comenta Hiro Ono, ingeniero aeroespacial que trabajó en movilidad de robots durante 13 años en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA antes de sumarse a Georgia Tech. Para robots espaciales, Ono mide la simplicidad en cantidad de actuadores. El RoboBall tiene apenas dos, y ambos van completamente dentro de la cubierta, protegidos de riesgos ambientales como el polvo, una característica que Ono califica de única.
De la segunda a la tercera versión
En 2022 el laboratorio de Ambrose terminó una prueba de concepto, el RoboBall II, de 0,5 metros de ancho. Construir el RoboBall III de tamaño completo tomó después unos 11 meses.
| RoboBall II | RoboBall III | |
|---|---|---|
| Año | 2022 | 2026 |
| Diámetro | 0,5 m | 1,8 m |
| Condición | prueba de concepto | probado en cantera |
| Actuadores | interno | 2, ambos internos |
"Estábamos construyendo estos robots muy rápido", cuenta Jangale. "Ambrose nos anima mucho a usar y romper estos robots". Y hubo diseños que salieron mal: Jangale recuerda errores de software y una transmisión que resultó demasiado débil para rodar sobre montículos blandos en las primeras pruebas.
Tras esas primeras pruebas en la cantera, el equipo tardó unos siete meses en diseñar y construir un RoboBall III mejorado con 2,5 veces más torque, suficiente para saltar sobre obstáculos pequeños y subir pendientes de 20 grados.
¿Cuánto falta para que llegue a la Luna?
En el nuevo artículo, el RoboBall III operado a distancia bajó las pendientes de la cantera, navegó terreno blando y lanzó cargas hipotéticas fuera del cráter con cohetes pequeños. Alimentado por una batería grande, durante una misión lunar el robot se inflaría solo y se cargaría desde un vehículo robótico en el borde del cráter antes de salir por su cuenta.
El RoboBall no es la plataforma adecuada para todo tipo de misión: su naturaleza algo torpe lo hace poco ideal si se quiere recolectar una muestra de una roca muy específica. Por ahora, el equipo espera trabajar con científicos que diseñan instrumentos lunares para que quepan físicamente en el interior del RoboBall, del tamaño de un equipaje de mano, y calcen con su forma de operar.
"El robot no es la misión", dice Jangale. "El robot es una manera de completar la misión".
La versión actual costó aproximadamente 250.000 dólares, pero todavía no está lista para la Luna. Si bien sus piezas de aluminio tratado con oro son apropiadas para misiones espaciales, otros materiales no lo son. La electrónica de grado espacial costará más, y la cubierta del balón, hecha de un material capaz de rodar sobre esquirlas de acero y resistir 184 grados bajo cero, nunca ha sido evaluada en condiciones lunares reales.
Más allá de las dudas sobre materiales, el equipo planea que el balón adapte de forma autónoma su manera de conducir según la pendiente. También espera colaborar con agencias de gobierno o contratistas de vuelo espacial para seguir refinando el diseño con miras a una misión real.
Este año Texas A&M abrirá una instalación nueva en Houston, con los mayores paisajes lunares y marcianos simulados bajo techo del mundo. Queda a solo 190 kilómetros de la cantera de Jangale. Sigue estando a unos 370.000 kilómetros de la Luna, pero va a ayudar a acercar bastante más su robot.
