Robot Pembuat Logam Sedang Membangun Kembali Tangki Toroidal untuk NASA

Pada tahun 1960an dan 1970an, NASA menghabiskan banyak waktu memikirkan tentang apakah tangki bahan bakar toroidal (berbentuk donat) adalah pilihan yang tepat untuk wahana antariksanya. Tangki toroidal memiliki banyak keunggulan potensial dibandingkan tangki bahan bakar bulat konvensional. Misalnya, Anda dapat memasang hampir 40% volume lebih banyak di dalam tangki toroidal daripada jika Anda menggunakan beberapa tangki bulat di ruang yang sama. Dan mungkin yang paling menarik, Anda dapat memasukkan benda (seperti bagian belakang mesin) melalui bagian tengah tangki toroidal, yang dapat menghasilkan peningkatan efisiensi yang substansial jika tangki juga dapat menahan beban struktural.

Karena bentuknya yang relatif rumit, tangki toroidal jauh lebih sulit dibuat daripada tangki bulat. Meskipun tangki ini dapat bekerja lebih baik, NASA tidak lagi memiliki keahlian untuk memproduksinya, karena masing-masing tangki harus dibuat dengan tangan oleh manusia yang sangat terampil. Namun, perusahaan bernama Machina Labs berpikir bahwa mereka dapat melakukannya dengan robot. Dan visi mereka adalah mengubah sepenuhnya cara kita membuat sesuatu dari logam.

Masalah mendasar yang coba dipecahkan Machina Labs adalah jika Anda ingin membuat komponen dari logam secara efisien dalam skala besar, prosesnya akan lambat. Komponen logam yang besar memerlukan cetakan khusus sendiri, yang merupakan komponen sekali pakai yang sangat mahal dan tidak fleksibel, lalu seluruh pabrik dibangun di sekitar komponen ini. Ini adalah investasi yang sangat besar, yang berarti tidak masalah jika Anda menemukan geometri, teknik, material, atau pasar baru, karena Anda harus membenarkan biaya awal yang sangat besar itu dengan membuat sebanyak mungkin komponen asli, yang menghambat potensi inovasi yang cepat dan fleksibel.

Di sisi lain, Anda juga memiliki proses yang sangat lambat dan mahal untuk membuat komponen logam satu per satu dengan tangan. Beberapa ratus tahun yang lalu, ini adalah hanya cara membuat komponen logam: pekerja logam terampil menggunakan perkakas tangan selama berbulan-bulan untuk membuat benda-benda seperti baju besi dan senjata. Hal yang menyenangkan tentang pekerja logam ahli adalah mereka dapat menggunakan keterampilan dan pengalaman mereka untuk membuat apa pun, yang merupakan asal mula visi Machina Labs, jelas CEO Edward Mehr yang mendirikan Machina Labs setelah menghabiskan waktu di SpaceX diikuti dengan memimpin tim pencetakan 3D di Ruang Relativitas.

“Perajin dapat mengambil berbagai alat dan menerapkannya secara kreatif pada logam untuk melakukan berbagai hal. Suatu hari mereka dapat mengambil palu dan membentuk perisai dari lembaran logam,” kata Mehr. “Kemudian, mereka mengambil palu yang sama, dan membuat pedang dari batang logam. Alat-alat ini sangat fleksibel.”

Teknik yang digunakan pekerja logam manusia untuk membentuk logam disebut penempaan, yang mempertahankan alur serat logam saat dikerjakan. Pengecoran, pencetakan, atau penggilingan logam (yang semuanya merupakan cara untuk mengotomatisasi produksi komponen logam) tidak sekuat atau tahan lama seperti komponen yang ditempa, yang dapat menjadi pembeda penting untuk (misalnya) benda yang harus dibawa ke luar angkasa. Namun, akan dibahas lebih lanjut nanti.

Masalah dengan pekerja logam manusia adalah bahwa hasil produksinya buruk—manusia lambat, dan manusia yang sangat terampil khususnya tidak dapat berkembang dengan baik. Bagi Mehr dan Machina Labs, di sinilah robot berperan.

“Kami ingin mengotomatiskan dan meningkatkan skala menggunakan platform yang disebut ‘robotic craftsman’. Pemungkin utama kami adalah robot yang memberi kami kinematika layaknya seorang pengrajin manusia, dan kecerdasan buatan yang memberi kami kendali atas prosesnya,” kata Mehr. “Konsepnya adalah kami dapat melakukan proses apa pun yang dapat dilakukan oleh pengrajin manusia, dan beberapa proses yang tidak dapat dilakukan oleh manusia karena kami dapat menerapkan lebih banyak tenaga dengan akurasi yang lebih baik.”

Fleksibilitas yang ditawarkan oleh robot pekerja logam ini juga memungkinkan pembuatan komponen khusus yang tidak praktis dibuat dengan cara lain. Komponen ini termasuk tangki bahan bakar toroidal (berbentuk donat) yang menjadi incaran NASA. selama setengah abad terakhir atau lebih.

CEO Machina Labs Edward Mehr (kanan) berdiri di belakang tangki bahan bakar toroidal sepanjang 15 kaki.Laboratorium Machina

“Tantangan utama tangki ini adalah geometrinya yang rumit,” kata Mehr. “Enam puluh tahun yang lalu, NASA membentuknya dengan bantuan pengrajin yang sangat terampil, tetapi banyak dari mereka yang sudah tidak ada lagi.” Mehr menjelaskan bahwa satu-satunya cara lain untuk mendapatkan geometri itu adalah dengan cetakan, tetapi bagi NASA, membuat cetakan untuk tangki bahan bakar yang sudah disesuaikan untuk satu pesawat antariksa saja hampir mustahil untuk dibenarkan. “Jadi salah satu alasan utama kami tidak menggunakan tangki toroidal adalah karena pembuatannya yang sulit.”

Machina Labs kini membuat tangki toroidal untuk NASA. Untuk saat ini, robot hanya mengerjakan pembentukan, yang merupakan bagian tersulit. Manusia kemudian mengelas bagian-bagian tersebut. Namun, tidak ada alasan mengapa robot tidak dapat mengerjakan seluruh proses dari awal hingga akhir dan bahkan lebih efisien. Saat ini, mereka mengerjakannya dengan cara “manusia” berdasarkan rencana NASA yang ada. “Di masa mendatang,” Mehr memberi tahu kami, “kami benar-benar dapat membentuk tangki ini dalam satu atau dua bagian. Itulah area berikutnya yang kami jelajahi bersama NASA—bagaimana kami dapat melakukan berbagai hal secara berbeda sekarang karena kami tidak perlu merancang berdasarkan ergonomi manusia?”

“Pengrajin robotik” Machina Labs bekerja berpasangan untuk membentuk lembaran logam, dengan satu robot di setiap sisi lembaran. Robot-robot tersebut menyelaraskan alat-alat mereka sedikit miring satu sama lain dengan logam di antara mereka sehingga saat robot bergerak melintasi lembaran, logam tersebut tertekuk di antara alat-alat tersebut.Laboratorium Machina

Video di atas memperlihatkan robot Machina bekerja pada tangki berdiameter 4,572 m (15 kaki), yang kemungkinan akan dikirim ke Bulan. “Aplikasi utamanya adalah untuk wahana pendarat bulan,” kata Mehr. “Tangki toroidal membuat pusat gravitasi kendaraan lebih rendah daripada yang Anda dapatkan dari tangki berbentuk bulat atau pil.”

Pelatihan robot-robot ini untuk mengolah logam seperti ini dilakukan terutama melalui simulasi berbasis fisika yang dikembangkan Machina sendiri (perangkat lunak yang ada terlalu lambat), diikuti oleh iterasi yang dipandu manusia berdasarkan data dunia nyata yang dihasilkan. Cara logam bergerak di bawah tekanan dapat disimulasikan dengan cukup baik, dan meskipun masih ada kesenjangan antara simulasi dan nyata (mensimulasikan bagaimana alat robot menempel pada permukaan material sangat sulit), robot mengumpulkan begitu banyak data empiris sehingga Machina membuat kemajuan substansial menuju otonomi penuh, dan bahkan menemukan cara untuk meningkatkan prosesnya.

Contoh jenis bagian logam rumit yang dapat dibuat oleh robot Machina.Laboratorium Machina

Pada akhirnya, Machina ingin menggunakan robot untuk memproduksi semua jenis komponen logam. Di sisi komersial, mereka mengeksplorasi hal-hal seperti panel bodi mobil, yang menawarkan opsi untuk mengubah tampilan mobil Anda dalam bentuk geometri, bukan hanya warna. Persyaratan untuk beberapa robot yang kuat untuk membuat ini berfungsi berarti bahwa roboforming tidak mungkin menjadi meluas seperti pencetakan 3D, tetapi konsep yang lebih luas adalah sama: menjadikan objek fisik sebagai masalah perangkat lunak, bukan masalah perangkat keras, untuk memungkinkan penyesuaian dalam skala besar.