NASA har stora planer för sitt Artemis-program – att återvända amerikaner till månen för första gången sedan 1972 och etablera en månbas för människor i slutet av årtiondet.
Ett team av ingenjörer från University of Arizona använder robotnätverk för att skapa termitinspirerade strukturer som hjälper astronauter att överleva månens hårda miljö.
Docent Jekan Thanga och hans studenter vid institutionen för rymd- och maskinteknik, i College of Engineering, har utvecklat prototyper av sina månsandsäcksstrukturer och det underliggande konceptet för ett nätverk av robotar som kan bygga dem. Strukturerna innehåller sensorer som hjälper till vid konstruktionen och sedan varnar astronauterna för förändringar i miljöförhållandena.
Tech Launch Arizona, universitetets kommersialiseringsgren, arbetade med Thanga för att lämna in patent på de distribuerade datorbearbetningsnätverk som teamet utvecklade för att länka samman dessa strukturer och robotar.
Sivaperuman Muniyasamy, doktorand i flygteknik, och Thanga presenterade ett dokument som beskriver tekniken den 1 februari vid American Astronautical Society Guidance, Navigation and Control Conference.
"Genom att publicera artikeln på konferensen får vi feedback från andra experter som verkligen hjälper oss att gå framåt", sa förstaförfattaren Muniyasamy.
Thanga uppskattar att astronauterna först kommer att landa på månen som en del av Artemis 2026 eller 2027. I ett konsortium som heter LUNAR-BRIC samarbetar hans team med NASA:s Jet Propulsion Laboratory vid Caltech och MDA, ett rymdrobotföretag, för att utveckla teknik för Artemis månlandningar.
"Det är ingen slump att det här laget har en akademisk partner, en kommersiell partner och en statlig myndighet," sa Thanga. "Med tanke på utmaningarna är en del av vägen för oss att samarbeta."
Månstrukturerna är bara en början för Thangas universitetsteam och LUNAR-BRIC i deras strävan att stödja en rymdekonomi. Inom några år efter den första framgångsrika landningen, sade han, kommer NASA att se till att bygga anläggningar för långsiktig bosättning och industri, såsom miljömässigt ansvarsfull brytning av månen och asteroider.
Månbor kommer att behöva semipermanenta säkra skydd medan de söker efter optimala platser för att uppföra permanenta byggnader, sa Thanga och tillade att han är säker på att de fundamentalt enkla sandsäcksstrukturerna kommer att användas.
Thanga blev först fascinerad av en YouTube-video som visar Nader Khalilis arbete. På 1980-talet presenterade den avlidne arkitekten för NASA idén om sandsäcksstrukturer för mån- och rymdbebyggelse. Sedan utvecklade Khalili SuperAdobe sandsäckskonstruktion för hem runt om i världen.
Thanga lade på Khalilis idéer begreppen insektsskyskrapor. Dessa termithögar från katedralen som är vanliga i afrikanska och australiensiska öknar reglerar den underjordiska bomiljön.
"När det gäller termiterna är det mycket relevant för våra utmaningar utanför världen. De extrema ökenmiljöerna som termiterna möter är analoga med månens förhållanden," sa Thanga. "Viktigt, hela detta tillvägagångssätt är inte beroende av vatten. Det mesta av månen är en torr öken."
Thanga har länge varit intresserad av att tillämpa arkitekturen hos insekters sociala system – som en termitkoloni som bygger och underhåller en stor, komplicerad kulle – på distribuerade robotnätverk, där maskiner samarbetar utan mänsklig inblandning.
"Att lära mig om det hjälpte mig att rikta mig mot distribuerade system för konstruktion," sa han.
Thangas team undersökte om sandsäckar fyllda med regolit, jord och mineralfragment från månens yta kunde ersätta traditionella byggmaterial för månhus, lager, kontrolltorn, robotgarage, landningsplattor, skyddsjackor för robotar och sprängväggar för att skydda tillgångar under turbulenta starter och landningar.
De snabbt och lätta robotmonterade sandsäcksskydden minskar materialet som måste transporteras till månen, ger bra klimatkontroll och skyddar mot månbävningar och andra faror.
Robotar bäddar in sensorer och elektronik i sandsäckarna och fyller dem med månregolit innan de sätter ihop strukturerna på plats. Vissa sensorer tillhandahåller platsdata för att hjälpa robotarna att placera sandsäckarna. Andra tillhandahåller miljöinformation och kommunikationsmöjligheter för att varna för fara.
På månen varierar temperaturerna från -298° till 224° Fahrenheit; mikrometeorer bombarderar ytan med i genomsnitt 60 000 mph; och solstrålning och måndamm hotar utforskningen.
Tillhandahålls av University of Arizona
