Enquanto a NASA se prepara para estabelecer a Moon Base, o avanço da mobilidade na superfície será essencial para ajudar tripulações e sistemas robóticos a viajar mais longe pela superfície lunar.
Para ajudar a desenvolver essa capacidade, o Rock and Roll with NASA Challenge convidou inovadores do público a projetar e construir rodas de rover lunar de próxima geração.
Cinco equipes, entre 128 inscrições de 49 países, avançaram para a fase final da competição, na qual testaram seus protótipos em 31 de julho no Johnson Space Center da NASA, em Houston.
O desafio buscava rodas leves, duráveis e escaláveis, capazes de apoiar operações de maior duração na superfície lunar. Os projetos também precisavam ser suficientemente flexíveis para absorver impactos, manter a tração em velocidades mais altas e resistir ao ambiente lunar hostil.
“Cada quilômetro adicional que um rover puder percorrer com confiabilidade ampliará o quanto podemos explorar, a ciência que podemos realizar e a infraestrutura que podemos construir”, disse Ed Herrera, engenheiro de robótica do Johnson e um dos líderes do projeto do desafio.
O NASA Johnson utiliza protótipos terrestres para testar tecnologias de mobilidade, enquanto veículos de terreno lunar serão entregues à superfície lunar por meio da iniciativa Commercial Lunar Payload Services. Para o desafio, as rodas foram instaladas no MicroChariot, um rover de teste de 45 quilogramas, e submetidas a uma série de percursos no Rock Yard do Johnson para avaliar seu desempenho em diferentes tipos de terreno.
“O crowdsourcing nos dá a oportunidade de ir além das abordagens tradicionais para o projeto de rodas lunares”, disse Herrera. “Quanto mais tecnologias de rodas pudermos desenvolver e compreender, mais opções teremos para atender às necessidades de diferentes veículos, terrenos e missões na Lua e em Marte.”
A HTR Variable Flex Lunar Wheel, criada pela Hellenic Technology of Robotics SA, utiliza um sistema interno projetado para variar a rigidez da roda de acordo com o terreno e as necessidades do veículo. A equipe adaptou uma tecnologia que vinha desenvolvendo para rodas terrestres havia cerca de uma década.
A Hiper Wheel, criada pela Hyperbola, utiliza cabos tensionados e uma estrutura corrugada que proporciona um comportamento semelhante ao de uma mola, permitindo que a roda se flexione sem depender de raios radiais tradicionais.
A Huff Helo Flexible Titanium Wheel, criada pela Huff Helo Inc., utiliza uma chapa de titânio moldada tanto como estrutura quanto como mola. Durante os testes, a equipe descobriu que a resistência do projeto também tornava a roda mais rígida, fazendo com que ela saltasse sobre alguns obstáculos em vez de se adaptar ao terreno.
A Payne Aviation Wheel, criada por Deborah e Craige Payne, buscou inspiração na aviação e na história. Sua projetista, uma mecânica de aeronaves, combinou uma abordagem pneumática com ideias dos primeiros projetos de pneus de automóveis.
O conceito vencedor, Scotch Pad Tyres, foi criado pelo engenheiro mecânico australiano Daniel Bloomfield e seu filho, Isaac Bloomfield. O protótipo utiliza uma estrutura de pneu à base de Nomex apoiada ao redor de um cubo de alumínio. O material macio permite que o pneu se deforme ao redor do terreno, enquanto o suporte interno ajuda a manter seu formato. Uma superfície externa tratada com epóxi e granulado de coríndon foi integrada para melhorar a tração.
Os testes no Rock Yard também demonstraram por que diferentes terrenos podem exigir abordagens diferentes. Material solto pode afetar a tração, enquanto rochas e inclinações impõem exigências distintas às rodas, como a estabilidade do veículo.
À medida que a exploração lunar se expande, diferentes veículos exigirão combinações distintas de velocidade, capacidade de carga, durabilidade e desempenho em diferentes terrenos.
Buscar essa variedade fazia parte do projeto do desafio. As opções de projeto ofereceram aos engenheiros diferentes tecnologias a considerar e potencialmente aperfeiçoar.
“Este desafio trouxe novas ideias de fora das indústrias tradicionais e nos ajudou a identificar tecnologias de rodas que podem ser adequadas para operações de maior duração na superfície”, disse Lucien Junkin, engenheiro de robótica do Johnson e um dos líderes do projeto do desafio.
A próxima fase poderá avaliar como as rodas respondem à poeira semelhante à lunar, ao vácuo e a temperaturas extremas nas câmaras de vácuo térmico do Johnson. Os engenheiros também poderão avaliar os projetos em distâncias maiores e com diferentes tamanhos e cargas.
“A mobilidade é essencial para tudo o que queremos fazer na Lua”, disse Junkin. “Quanto mais longe quisermos explorar, mais precisaremos avançar as tecnologias de rodas capazes de nos levar até lá.”
O Common Robotics Project, da Robotic Systems Technology Branch, dentro da Engineering Directorate do Johnson, conduziu o Rock and Roll with NASA Challenge. O Center of Excellence for Collaborative Innovation da NASA, parte do Prizes, Challenges, and Crowdsourcing Program da Research and Technology Mission Directorate, administrou o contrato do desafio. Estudantes da NASA’s Robotics Academy ajudaram a preparar o hardware e a dar suporte à competição, enquanto engenheiros do NASA’s Glenn Research Center, em Cleveland, apoiaram as avaliações dos conceitos e das propostas. A HeroX administrou o desafio em nome da NASA.