Hur små "superbots" kommer att skapa billiga, modulära satelliter

Det finns platser, som yttre rymden, där det inte bara är omöjligt att skicka människor till ingenjörsarbete utan också mycket farliga och fenomenalt dyra. Det är också ologiskt att bygga massiva utrymmeskvalificerade delar här på jorden och sedan dra dem upp där. Amerikanska tjänstemän behövde något mycket mer flexibelt, modulärt och totalt mer (artificiellt) intelligent.

Gå in i Phoenix-projektet. I januari 2014 beviljade Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) Dr. Wei-Min Shen och hans team vid University of Southern California (USC) Information Sciences Institute (ISI) ett bidrag på 1 miljon $ för att anpassa sin "SuperBot" rekonfigurerbara robotar för användning i rymden.

Tillsammans med Kalifornien-baserade NovaWurks, uppmanades ISI att producera 15 pund-moduler (kallade StarCells) som - när de kombineras - kan bilda "billiga, modulära satellitarkitekturer som kan skala nästan oändligt", enligt DARPA.

Dessa enheter, eller satlets, kopplas till varandra och "delar data, ström och termisk hanteringsfunktioner", säger DARPA. De kan därmed anpassa sig till en mängd olika situationer eller rymduppdrag "med vilken typ av storlek, form eller nyttolast som helst." Modulerna kan också tillverkas billigt på en monteringslinje.

PCMag besökte Dr. Shens kontor i Marina del Rey, Kalifornien för att ta reda på mer. Dr Shens forskning vid ISI är inriktad på självkonfigurerbara, anpassningsbara och autonoma robotar och andra artificiella intelligenta system. Han föddes i Jinhua nära Shanghai och, efter den kulturella revolutionen, när Deng Xiaoping öppnade universiteten igen, studerade Shen elektro- och datateknik vid Pekinguniversitetet och tog examen 1982.

Som en av de bästa studenterna i landet tilläts han sedan ansöka om forskarstudier i USA. Han valde Carnegie Mellon, efter att ha träffat Herbert Simon när han besökte Peking för att föreläsa om konstgjord intelligens och samverkan mellan mänskliga och datorer. Eftersom Shen knappt hade sex månader intensiv engelska studier och var den första någonsin kinesiska studenten vid CMU, var det en kulturschock för honom. Men Simon mentorerade Shen och spelade en allt viktigare roll i sitt livs arbete.

"Han är den största mannen jag någonsin har känt, " sa Shen och pekade på de inramade artiklarna om Simon ovanför sitt skrivbord. (Simon dog 2001.)

På Shens bord, utspridda bland de vanliga geekutrustningarna (Yoda, C-3PO och R2-D2), rörde flera SuperBot-enheter, infraröda detektorer blinkande, oberoende. Varje SuperBot mäter ungefär 5 x 2, 5 x 2, 5 tum och har sex omkonfigurerbara universalanslutningar, ombordström, styrenhet, sensorer, ställdon och kommunikatörer (infraröd, Bluetooth, kortvågradio). De har tre distinkta rörelser: tonhöjd, gäspning och rullning. I laboratorietester har SuperBot bevisat att den kan färdas mer än 1100 meter på avstånd, stiga upp ett rep vertikalt och klättra på en 110 meter sanddyn.

Dr. Shen förklarade hur han gick in i robotar: "Jag hade alltid en dröm, även när jag var tillbaka i Kina och letade efter något att skapa under min livstid. Jag studerade datorer. Jag hittade fältet artificiell intelligens. Jag tänkte, wow, detta är stort. Min dröm var då att bygga en liten robot för att lära sig som ett litet barn. Du skulle kasta den i en ny miljö och det skulle växa kunskap av sig själv. Senare när jag fick mina egna barn och såg hur de lära mig, då visste jag att vi är långt borta från det scenariot!"

Så istället för att försöka spegla hur människor förvärvar kunskap, "lärde Dr. Shen" sina robotar att svara på "överraskningar" och anpassa sig på det sättet.

"Varje gång du gör en åtgärd, " förklarade Dr. Shen, "gör du en förutsägelse innan du gör det baserat på din tidigare erfarenhet och den kunskap du redan har. När du gör åtgärden ser du vad som händer. Om resultaten råkar matcha din förutsägelse, det är fantastiskt. Om inte, kallar vi det för en "överraskning" och roboten måste kunna stoppa och analysera situationen, ta reda på varför, revidera, lära sig och sedan fortsätta."

Dr Shen sade att forskare kunde släppa 100 SuperBots i öknen, där de skulle konfigurera sig själva som ett roverfordon och flytta över sanddynerna. De kunde sedan konfigurera igen för att växa ben och klättra till toppen av en dyn, och "återmontera i ett växthus, släppa frön och skydda dessa frön i två veckor tills de börjar växa."

SuperBot-projektet har ständigt utvecklats under de senaste nio åren; den nuvarande versionen av programvaran är upp till nr 2 000 (mestadels C med viss monteringskod), och det finns fem versioner av de elektroniska och mekaniska konfigurationerna.

Dr Shen kan inte kommentera direkt det pågående DARPA-arbetet, även om rapporter tyder på att en lansering kan hända någon gång i år. Han kommer dock att säga att de för närvarande löser strömproblem, eller att hitta ett sätt för enheterna att dela ström genom en enhetskedja om en moduls batteri misslyckas.

"SuperBot måste klara sig utan en global klocka eller en ledare - varje enhet måste fungera oberoende, " förklarade Shen. "Våra kontakter är också olika. Även om den ena sidan är skadad kan den andra sidan säga:" Jag lämnar dig och ansluter igen här. " De ringer varandra på distans med kortvågradio. När de är nära blinkar de med den infraröda. Vi arbetar nu med mer sofistikerade konfigurationer hela tiden."

Men när Shen blir frågad om hur han kom med namnet, stubbade han. "Det är en intressant fråga. Jag tänkte bara, 'Det här är en bra robot, den behöver ett supernamn!' och sedan tänkte jag, 'SuperBot!' och det blev namnet. Jag älskar kreativiteten. Allt vi gör här - inget av det har någonsin funnits tidigare."

För mer, kolla in Phoenix-projektet i aktion i videon nedan.