Les travaux se poursuivent sur la conception de robots susceptibles d'aider les premiers explorateurs humains sur la Lune depuis plus d'un demi-siècle. L'un des aspects les plus importants de ce futur voyage sera l'utilisation des ressources disponibles à la surface de la Lune, connue sous le nom d'utilisation des ressources in situ (ISRU). Cela donnerait aux explorateurs accès à des matériaux comme l'eau, les métaux de structure et le propulseur, mais seulement s'ils peuvent les récupérer à partir de la roche et du régolithe qui composent la surface de la lune.
Un nouvel article rédigé par des chercheurs principalement affiliés à l'Université de Tohoku décrit la conception et les tests d'un type de robot excavateur qui pourrait un jour aider les explorateurs lunaires à libérer le potentiel du monde. L'étude est publiée sur le arXiv serveur de préimpression.
L’un des principaux problèmes liés à l’utilisation d’équipements miniers conventionnels sur la Lune est la gravité. Les équipements tels que les bulldozers et les pelles à godets utilisent leur poids élevé à leur avantage en l'utilisant pour appliquer une force aux matériaux qu'ils extrayent, leur permettant ainsi de déplacer de gros morceaux à la fois. Cette technique n’est pas réalisable sur la Lune, où une faible gravité obligerait même les équipements miniers « lourds » à simplement se déplacer plutôt que d’extraire des ressources.
Les ingénieurs de l'Université du Tohoku ainsi que de la NASA ont donc tourné leur attention vers une conception de « pelle à godets ». Dans ce cas d’utilisation, la conception d’un tambour à godets présente deux avantages majeurs par rapport aux équipements miniers traditionnels sur la Lune. Premièrement, il ne peut extraire qu’une petite quantité de matériau à chaque passage, ce qui nécessite beaucoup moins de force qu’une seule grande pelle ou un seau.
Cependant, les passages peuvent se produire rapidement et en continu, ce qui lui permet de creuser efficacement une grande quantité dans un laps de temps relativement court. Deuxièmement, il peut effectuer trois processus clés de manipulation des matériaux : excavation, chargement des matériaux et transport, le tout sans avoir recours à une bande transporteuse, qui est sujette à des défaillances dans l'environnement abrasif de la poussière lunaire.
Le robot RASSOR (Regolith Advanced Surface Systems Operations Robot) de la NASA est actuellement la référence en matière de ce type d'excavatrices, après avoir lui-même subi plusieurs séries de tests. Cependant, la JAXA, l'agence spatiale japonaise, a soutenu le développement d'un « programme Moonshot » dans le but de fournir des robots qui ne nécessiteront pas une supervision constante de la Terre pour soutenir les explorateurs lunaires d'ici 2050. L'article récent décrit une connexion du programme Moonbot, une plate-forme modulaire développée à l'origine à l'université.
Les ingénieurs ont conçu un type de « godet en spirale » qui résout l'un des principaux problèmes des conceptions traditionnelles de tambours à godets : les matériaux tombent pendant la rotation du tambour. Cette amélioration garantit que l'entrée du tambour est toujours en prise avec le sol tandis que la sortie est toujours au moins légèrement au-dessus du niveau du matériau collecté, empêchant ainsi le déversement du matériau.
Pour prouver son efficacité, les auteurs ont construit un prototype de système et ont effectué quelques tests avec celui-ci, avec ou sans fixation sur un châssis Moonbot. Deux tambours de chaque côté d'un bras robotique (qui fournit l'interface avec la plate-forme Moonbot) sont en grande partie constitués de PLA imprimé en 3D, avec des renforts en fibre de carbone dans certains engrenages. L'accessoire lui-même ne pèse que 4,8 kg, alors qu'il est capable de transporter environ 21 L de matériel à pleine charge.
Les résultats des tests pour le bras autonome ont été impressionnants. À lui seul, il pourrait excaver environ 777 kg/h, tout en ne consommant que 0,022 Wh/kg, et une consommation d'énergie incroyablement faible pour de grandes quantités d'excavation. Même lorsqu'il est attaché à un rover « Dragon » (c'est-à-dire un châssis Moonbot configuré comme un rover), le taux d'excavation a en fait augmenté jusqu'à 839 kg/h.
Cependant, pour simuler un scénario de mission réel, l'équipe a ensuite mis en œuvre un protocole selon lequel le robot excaverait les matériaux jusqu'à ce qu'ils soient pleins, parcourrait 10 m jusqu'à une « décharge », déposerait les matériaux collectés, retournerait sur le chantier et recommencerait à travailler. Dans ce scénario, l'efficacité tombe à seulement 172 kg/h avec une consommation électrique de 0,86 Wh/kg, ce qui est bien pire que son rôle minier spécialisé, mais comparable à d'autres systèmes comme RASSOR.
Cependant, il y a toujours place à l'amélioration, et dans ce cas, il y a de la place à la fois dans la conception de la mission et dans la conception du robot lui-même. Étant donné que Moonbot est une plate-forme modulaire, les concepteurs de mission pourraient fournir un rover/transporteur spécialisé séparé qui pourrait déplacer les matériaux vers la décharge, permettant ainsi au bras d'excavation de se concentrer simplement sur ce qu'il fait le mieux : creuser des matériaux.
Et pour rendre cela encore meilleur, les concepteurs souhaitent implémenter des fonctionnalités de capteur et de contrôle supplémentaires pour la prochaine itération. Ils prévoient également de le concevoir pour résister à l’environnement hostile de la Lune, ce qui serait essentiel pour son cas d’utilisation réel.
Pour l’instant, le document représente une nouvelle étape vers le développement de robots utiles sur la surface lunaire, les tambours à godets semblant être le choix préféré des ingénieurs pour ce cas d’utilisation. Il faudra peut-être un peu de temps avant d'en voir un en action sur la Lune elle-même, mais à un moment donné dans le futur, un seau en rotation commencera à se débarrasser de la matière lunaire qui n'a pas été perturbée depuis des milliards d'années.
