En las décadas de 1960 y 1970, la NASA dedicó mucho tiempo pensamiento en Si los tanques de combustible toroidales (con forma de rosquilla) eran la mejor opción para su nave espacial. Los tanques toroidales tienen muchas ventajas potenciales sobre los tanques de combustible esféricos convencionales. Por ejemplo, se pueden colocar casi el 40% En un tanque toroidal hay más volumen que si se utilizaran varios tanques esféricos en el mismo espacio. Y, quizás lo más interesante, es que se pueden introducir cosas (como la parte trasera de un motor) por el medio de un tanque toroidal, lo que podría generar importantes ganancias de eficiencia si los tanques también pudieran soportar cargas estructurales.
Debido a su forma relativamente compleja, los tanques toroidales son mucho más difíciles de fabricar que los tanques esféricos. Aunque estos tanques pueden funcionar mejor, la NASA simplemente no tiene la experiencia para fabricarlos, ya que cada uno debe ser construido a mano por humanos altamente capacitados. Pero una empresa llamada Machina Labs cree que pueden hacer esto con robots. Y su visión es cambiar por completo la forma en que fabricamos cosas con metal.
El problema fundamental que Machina Labs está intentando resolver es que, si se quieren fabricar piezas de metal de forma eficiente y a gran escala, el proceso es lento. Las piezas de metal de gran tamaño necesitan sus propias matrices personalizadas, que son piezas únicas muy caras y tan inflexibles como es posible conseguir, y después se construyen fábricas enteras en torno a esas piezas. Es una inversión enorme, lo que significa que no importa si se encuentra alguna nueva geometría, técnica, material o mercado, porque hay que justificar ese enorme coste inicial fabricando la mayor cantidad posible del producto original, lo que ahoga el potencial de innovación rápida y flexible.
En el otro extremo del espectro, se encuentra el proceso, también muy lento y costoso, de fabricar piezas de metal una a una a mano. Hace unos cientos de años, esta era la solo La forma de fabricar piezas de metal: trabajadores metalúrgicos cualificados que utilizan herramientas manuales durante meses para fabricar objetos como armaduras y armas. Lo bueno de un experto metalúrgico es que puede utilizar sus habilidades y experiencia para fabricar cualquier cosa, de ahí proviene la visión de Machina Labs, explica el director ejecutivo. Edward Más quien cofundó Machina Labs después de pasar un tiempo en SpaceX y luego dirigió el equipo de impresión 3D en Espacio de la relatividad.
“Los artesanos pueden utilizar distintas herramientas y aplicarlas de forma creativa al metal para hacer todo tipo de cosas diferentes. Un día pueden coger un martillo y formar un escudo a partir de una lámina de metal”, afirma Mehr. “Al día siguiente, pueden coger el mismo martillo y crear una espada a partir de una varilla de metal. Son muy flexibles”.
La técnica que utiliza un trabajador metalúrgico humano para dar forma al metal se denomina forja, que conserva el flujo de veta del metal a medida que se trabaja. La fundición, el estampado o el fresado de metales (que son todas formas de automatizar la producción de piezas de metal) simplemente no son tan resistentes ni tan duraderas como las piezas forjadas, lo que puede ser un diferenciador importante para (por ejemplo) cosas que tienen que ir al espacio. Pero hablaremos más sobre eso en breve.
El problema con los trabajadores metalúrgicos humanos es que el rendimiento es bajo: los humanos son lentos y, en particular, los altamente capacitados no se adaptan bien a las necesidades. Para Mehr y Machina Labs, aquí es donde entran en juego los robots.
“Queremos automatizar y escalar usando una plataforma llamada ‘artesano robótico’. Nuestros facilitadores principales son robots que nos dan la cinemática de un artesano humano e inteligencia artificial que nos da control sobre el proceso”, dice Mehr. “El concepto es que podemos hacer cualquier proceso que un artesano humano puede hacer, y en realidad algunos que los humanos no pueden hacer porque podemos aplicar más fuerza con mayor precisión”.
Esta flexibilidad que ofrecen los robots metalúrgicos también permite fabricar piezas a medida que serían imposibles de fabricar de otra manera. Entre ellas se incluyen los tanques de combustible toroidales (con forma de rosquilla) que la NASA ha estado estudiando. Durante el último medio siglo aproximadamente.
El director ejecutivo de Machina Labs, Edward Mehr (a la derecha), se encuentra detrás de un tanque de combustible toroidal de 15 pies.Laboratorios Machina
“El principal desafío de estos tanques es que su geometría es compleja”, dice Mehr. “Hace sesenta años, la NASA los moldeaba con artesanos muy hábiles, pero muchos de ellos ya no están en el mercado”. Mehr explica que la única otra forma de lograr esa geometría es con troqueles, pero para la NASA, conseguir un troquel para un tanque de combustible que necesariamente ha sido personalizado para una sola nave espacial sería prácticamente imposible de justificar. “Por eso, una de las principales razones por las que no usamos tanques toroidales es porque es difícil fabricarlos”.
Machina Labs está fabricando actualmente tanques toroidales para la NASA. Por el momento, los robots se encargan de darle forma, que es la parte difícil. Luego, los humanos sueldan las piezas. Pero no hay ninguna razón por la que los robots no puedan realizar todo el proceso de principio a fin e incluso de forma más eficiente. Actualmente, lo están haciendo de forma “humana” basándose en los planes existentes de la NASA. “En el futuro”, nos dice Mehr, “podremos formar estos tanques en una o dos piezas. Esa es la siguiente área que estamos explorando con la NASA: ¿cómo podemos hacer las cosas de forma diferente ahora que no necesitamos diseñar en función de la ergonomía humana?”
Los “artesanos robóticos” de Machina Labs trabajan en parejas para dar forma a las láminas de metal, con un robot en cada lado de la lámina. Los robots alinean sus herramientas ligeramente desplazadas entre sí con el metal entre ellas, de modo que, a medida que los robots se mueven sobre la lámina, esta se dobla entre las herramientas.Laboratorios Machina
El vídeo de arriba muestra a los robots de Machina trabajando en un tanque de 4,572 m (15 pies) de diámetro, probablemente destinado a la Luna. “La principal aplicación es para los módulos de aterrizaje lunares”, dice Mehr. “Los tanques toroidales llevan el centro de gravedad del vehículo a una posición más baja que la que tendría con los tanques esféricos o con forma de píldora”.
El entrenamiento de estos robots para trabajar el metal de esta manera se realiza principalmente mediante simulaciones basadas en la física que Machina desarrolló internamente (el software existente es demasiado lento), seguidas de iteraciones guiadas por humanos basadas en los datos reales resultantes. La forma en que el metal se mueve bajo presión se puede simular bastante bien y, aunque ciertamente todavía hay una brecha entre la simulación y la realidad (simular cómo la herramienta del robot se adhiere a la superficie del material es particularmente complicado), los robots están recopilando tantos datos empíricos que Machina está haciendo un progreso sustancial hacia la autonomía total e incluso está encontrando formas de mejorar el proceso.
Un ejemplo del tipo de piezas metálicas complejas que los robots de Machina son capaces de fabricar.Laboratorios Machina
En última instancia, Machina quiere utilizar robots para producir todo tipo de piezas de metal. En el ámbito comercial, están explorando cosas como los paneles de la carrocería de los automóviles, ofreciendo la opción de cambiar el aspecto del vehículo en términos de geometría en lugar de solo el color. La necesidad de un par de robots robustos para que esto funcione significa que es poco probable que el roboformado se vuelva tan omnipresente como la impresión 3D, pero el concepto más amplio es el mismo: convertir los objetos físicos en un problema de software en lugar de un problema de hardware para permitir la personalización a escala.
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