Minirobots die kunnen rollen, vlieg, zweven en zwemmen, dan veranderen in een enkele machine? Samen vormen ze Shapeshifter, een ontwikkelend concept voor een transformationeel voertuig om verraderlijke, verre werelden.

In een stoffige robottuin bij NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, het Shapeshifter-team test een 3D-geprint prototype van deze ongewone ontdekkingsreiziger. Een ding dat eruitziet als een drone, ingekapseld in een langwerpig hamsterwiel, rolt over de tuin, splitst zich dan in tweeën. Eenmaal gescheiden, de twee helften stijgen op kleine propellers, effectief vliegende drones worden voor verkenning vanuit de lucht. Deze 3D-geprinte onderdelen zijn slechts het begin; het team stelt zich een reeks van maximaal 12 robots voor die kunnen veranderen in een zwemsonde of een team van grotonderzoekers.

De vliegende amfibische robot maakt deel uit van het early-stage onderzoeksprogramma NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC), die verschillende financieringsfasen biedt voor visionaire concepten, helpen om ideeën die als sciencefiction klinken om te zetten in wetenschappelijk feit. JPL Principle Investigator Ali Agha ziet Shapeshifter als een missie naar Saturnusmaan Titan, de enige andere wereld in het zonnestelsel waarvan bekend is dat er vloeistof in de vorm van methaanmeren is, rivieren en zeeën op het oppervlak.

NASA's Cassini-missie vloog meer dan honderd keer langs Titan, het in kaart brengen van het oppervlak voor toekomstige missies. Wat Cassini ontdekte, is een wereld die verrassend veel lijkt op de aarde, maar met belangrijke verschillen:de koude rivieren van Titan, meren en regen zijn gemaakt van vloeibaar methaan en ethaan (beide gassen op aarde). De wazige atmosfeer van de maan kan ook grotten verbergen - of zelfs ijzige vulkanen die ammoniak of water uitspuwen in plaats van magma.

"We hebben zeer beperkte informatie over de samenstelling van het oppervlak. Rotsachtig terrein, methaanmeren, cryovulkanen - we hebben deze mogelijk allemaal, maar we weten het niet zeker, "Zei Agha. "Dus we dachten na over hoe we een systeem konden creëren dat veelzijdig is en in staat is om verschillende soorten terrein te doorkruisen, maar ook compact genoeg om op een raket te lanceren."

Agha en zijn mede-onderzoekers van Shapeshifter, waaronder onderzoekers van de universiteiten van Stanford en Cornell, kwam met het concept van een zelfassemblerende robot gemaakt van kleinere robots die 'cobots' worden genoemd. de cobots, elk met een kleine propeller, onafhankelijk van elkaar zouden kunnen bewegen om langs kliffen van wetenschappelijk belang te vliegen. Ze konden ook op speleologie gaan, het vormen van een madeliefje om contact met het oppervlak te behouden. Of ze kunnen in een bol veranderen om op vlakke oppervlakken te rollen en energie te besparen.

Voor nu, Shapeshifter is semi-autonoom, maar het toekomstige ontwerp zal afhangen van cobots die automatisch kunnen assembleren zonder dat ze commando's van de aarde nodig hebben.

Agha's ultieme visie omvat een lander zoals de Huygens Probe van de European Space Agency, die landde op Titan nadat het via een parachute was ingezet door NASA's Cassini-ruimtevaartuig. Dit "moederschip, " zoals Agha het noemt, zou dienen als energiebron voor de cobots en de wetenschappelijke instrumenten dragen om diepgaande monsteranalyses uit te voeren. Maar in plaats van op zijn plaats te blijven, zoals landers gewoonlijk doen, deze zou draagbaar zijn. Vluchten is gemakkelijker op Titan, waar de atmosfeer dicht is en de zwaartekracht laag. Agha berekent dat 10 cobots gemakkelijk een lander ter grootte van Huygens (ongeveer 9 voet, of 3 meter, breed) en draag het voorzichtig naar verschillende locaties.

"It is often the case that some of the hardest places to get to are the most scientifically interesting because maybe they're the youngest, or they're in an area that was not well characterized from orbit, " said Jason Hofgartner, JPL lead scientist for Shapeshifter.

"Shapeshifter's remarkable versatility enables access to all of these scientifically compelling places."

The Shapeshifter team will submit their concept to NIAC's Phase II selection process in 2020. But even if selected, it could be many more years until Shapeshifter visits a moon like Titan. The next mission to Titan will be Dragonfly, NASA's first rotorcraft lander, which is scheduled to launch in 2026. Until then, curious Titan enthusiasts can continue to follow NASA's Cassini team as it releases new discoveries about the strange moon.