Underjordiska livsmiljöer har nyligen blivit en samlingspunkt för ansträngningar för kolonisering utanför planeten. Skydd mot mikrometeoriter, strålning och andra potentiella faror gör underjordiska platser önskvärda jämfört med bostäder på ytan. Att bygga sådana underjordiska strukturer innebär en uppsjö av utmaningar, inte minst är hur man faktiskt konstruerar dem. Ett team av forskare vid Delft University of Technology (TUD) arbetar med en plan för att gräva ut material och sedan använda det för att skriva ut livsmiljöer. Allt det skulle göras med en grupp svärmande robotar.

Idén härrör från ett bidragstillfälle som lagts ut av European Space Agency. Studenter vid Robotic Building lab (RB) vid TU Delft, ledd av Dr Henriette Bier, var entusiastiska över att delta i utmaningen som fokuserar på in-situ resursutnyttjande för off-Earth konstruktion. RB-laget, tillsammans med experter inom materialvetenskap, robotik, och flygteknik lämnade in en idé som beviljades 100 000 € för att utveckla ett preliminärt proof of concept.

Det föreslagna tillvägagångssättet fokuserar på labbets specialitet - robotbyggnad - och har fyra huvudkomponenter - att gräva ut regoliten, skriva ut en ny livsmiljö med hjälp av en additiv tillverkningsprocess, koordinera arbetet mellan alla robotar som skulle behövas för att slutföra uppgifterna, och driver dem såväl som livsmiljön.

Att gräva regolit med robotar har utforskats tidigare, men oftast i månens sammanhang. Olika utgrävningsmönster är användbara för att bygga olika strukturer, och mönstret som RB-laget fokuserade på var en nedåtlutande spiral. En sådan struktur skulle kunna skapa ett stall, säker struktur inom ett relativt litet fotavtryck på ytan.

Modellering av spänningar och belastningar på den strukturen är en nyckelkomponent i det aktuella studieprojektet. Teamet utvecklade en 1m x 1m skala prototyp av ett fragment med mönster som skulle tillåta dem att skapa säkra och stabila områden effektivt. Vissa av dessa områden har designats med tanke på boende, inklusive löstagbara växtområden som kan hysa hydroponiskt odlade växter.

Ton på ton av regolit skulle behöva avlägsnas från alla utgrävningsplatser i verklig skala. Den regoliten används som material för att 3D-printa en stabil livsmiljö. Ursprungligen, teamet planerade att kombinera regolit med flytande svavel för att producera betong. Men efter att ha involverat materialforskare och en industriell partner specialiserad på robottryck med cement bestämde de sig för att använda cementbaserad betong genom att utnyttja några av Mars vattenresurser. Att skapa cement i sig kräver dock en infrastruktur, så varje sådan plan att använda regolit skulle behöva vänta tills den infrastrukturen redan var på plats på planeten.

Att strukturera själva livsmiljön är också en viktig faktor när man utformar vilken form som ska 3D-utskrivas. Teamet fokuserade på relativt porösa strukturer, vilket gjorde att de kunde använda mindre material i sin konstruktion. Dock, strukturerna hade fortfarande anmärkningsvärt hög hållfasthet och hållbarhet och gav också bra isolering från strålning och mikrometeoritpåverkan som kolonin under ytan vill undvika.

Några av fördelarna med detta tillvägagångssätt beror på en av de största drivkrafterna för innovation – samarbete. Projektet koordineras av RB-labbet men involverar partners både på TUD och externa kommersiella partners. Dessa kollaboratörer tar med sig civila, flyg, och expertis inom robotteknik, och additiv tillverkningsteknik för att utveckla metoden för robotsvärmkonstruktion.