Equipo CoSTAR del JPL de la NASA

El Desafío subterráneo de la DARPA (Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EE. UU.) tiene como objetivo aumentar la autonomía de los sistemas robóticos para agilizar la exploración de entornos subterráneos, tanto en nuestro planeta como en el espacio. También se quiere acelerar la investigación de vanguardia en los sectores militar, comercial y gubernamental.

Para participar, los equipos deben desarrollar sistemas autónomos completos para explorar vacíos en el subsuelo destinados a la exploración planetaria y terrestre. Por ejemplo, en operaciones de búsqueda y rescate en minas, cuevas y tras desastres naturales.

En el equipo CoSTAR participan el Laboratorio de Propulsión a Reacción (JPL) de la NASA, el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), el Instituto de Tecnología de California (Caltech), el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) y la Universidad de Tecnología de Luleå (LTR). Formado por 60 ingenieros de todo el mundo, CoSTAR es uno de los diez equipos que participan en el Desafío subterráneo de la DARPA, que tiene una duración de tres años y consta de cuatro partes.

El desafío comprende tres circuitos (el circuito de túneles, el urbano y el de cuevas), seguidos por el evento final, en el que se incluyen los tres entornos. Si gana, el equipo recibirá dos millones de dólares para financiar futuros proyectos de investigación.

El equipo CoSTAR ha terminado segundo en el circuito de túneles y primero en el urbano. Cuando se escribieron estas líneas, se preparaba para competir en el circuito de cuevas y en el evento final.

El terreno de cada circuito es muy diferente. Algunos desafíos tienen lugar en terreno escarpado, otros en situaciones con poca luz y en otros hay incluso tramos de escaleras. Los robots autónomos deben poder desplazarse en condiciones difíciles y, durante las pruebas, suelen caerse. Algunas de sus piezas esenciales se rompen a menudo.

El equipo CoSTAR tenía que estar preparado de antemano y disponer de un sistema autónomo ligero y resistente a los golpes. Además, tenía que reparar las piezas rotas in situ y con rapidez, así como iterar los diseños entre pruebas para no quedarse atrás en la competición. Si una pieza se rompe en el campo, es posible que el equipo CoSTAR no pueda finalizar el circuito.

Como el equipo se adentra a menudo en lo desconocido, necesita herramientas para reaccionar con rapidez. El equipo trabaja con Boston Dynamics y utiliza varios robots Spot en préstamo para la competición. Los ingenieros y diseñadores de CoSTAR debían diseñar y crear rápidamente componentes adicionales como soportes y carcasas para que los robots Spot pudieran terminar el circuito.

Anteriormente, habían utilizado madera, mecanizado y herramientas de corte láser para hacer piezas. Sabían que necesitaban otra opción para ir por delante de los demás equipos y la impresión 3D era la solución perfecta para iteraciones rápidas y para arreglar piezas cuando hacía falta.

El equipo compró una sencilla impresora 3D PLA, que resultó solo poder usarse para imprimir piezas útiles en la creación de prototipos, no en producción. En esencia, las piezas no eran lo suficientemente fuertes para que un robot las utilizara en el campo y en un terreno difícil, y cuando era posible que se dañaran componentes muy importantes.

Un ejemplo de esto es el sensor LIDAR que lleva encima el robot, de precio muy elevado y que hay proteger a toda costa. El material que se utilice para protegerlo debe ser muy rígido y tener capacidad para amortiguar las vibraciones, de forma que la señal que emite el sensor proporcione valores válidos y útiles.

Por otra parte, el equipo advirtió que la impresora 3D PLA generaba piezas poco precisas y con un acabado deficiente, por lo que se tardaba mucho tiempo en lijarlas una vez impresas. Se necesitaba un sistema resistente que se pudiera llevar al terreno para crear rápidamente prototipos de los diseños, probarlos e imprimir piezas de producción que no necesitaran un procesamiento posterior laborioso.

Afortunadamente, el equipo tenía acceso a una impresora 3D de Markforged. Como varios miembros del equipo CoSTAR trabajan en el JPL, en el equipo ya se sabía que las impresoras 3D de Markforged y el eficaz software basado en la nube Eiger podían producir piezas funcionales ligeras y fuertes sin ninguna restricción de geometría. Se vio claro que Markforged era una opción sólida para satisfacer todos los requisitos.

El equipo constató que las escuadras y los soportes impresos con la plataforma de Markforged rendían mejor que las piezas de aluminio equivalentes y pesaban mucho menos. Además, las piezas que se imprimían en 3D con la impresora de Markforged podían golpearse y reutilizarse sin problemas.

Se imprimió en 3D una jaula para el sensor LIDAR del equipo, que tiene un precio de 7000 dólares. Para hacerlo, se utilizaron varias impresoras 3D de Markforged y material reforzado de fibra de carbono continua. La pieza recibió algún que otro golpe, pero el sensor LIDAR no sufrió ningún desperfecto.

Durante la competición, se aumentó el número de impresoras de Markforged de una a tres; para ello se contó con la ayuda de GovSmart, socio de Markforged. Markforged patrocinó al equipo en 2020 y facilitó una cuarta impresora. Los miembros del equipo CoSTAR se llevaron las impresoras a los dos primeros desafíos e instalaron varias en las habitaciones de su hotel para imprimir piezas por la noche y usarlas sobre el terreno al día siguiente.

Confiar en las impresoras 3D era sumamente importante para el equipo, porque a menudo se dedicaban noches enteras a diseñar piezas con la idea de probarlas e integrarlas por la mañana. Afortunadamente, las impresoras 3D Mark Two que utilizaban siempre crearon productos de calidad.

La tecnología de fabricación aditiva de Markforged es ideal debido a la solidez de sus impresoras, la fiabilidad y repetibilidad de las piezas obtenidas, y el hecho de que la fundición digital crea piezas excelentes y funcionales que no requieren procesamiento posterior.

El Desafío subterráneo de la DARPA puede ser solo una competición para algunos, pero para el equipo CoSTAR representa mucho más que eso. Sus miembros lo ven como el comienzo de una exploración futura del subsuelo de la Luna, Marte e incluso algunas lunas de Saturno y Júpiter. Al desarrollar sistemas robóticos para la competición, esperan habilitar futuras misiones de la NASA JPL para explorar entornos subterráneos y obtener información crucial sobre la posibilidad de vida en otros planetas, así como las perspectivas de colonización humana en el futuro. La tecnología de fabricación aditiva juega un papel crucial al demostrar que nuevas tecnologías pueden hacer posible esta visión.

En Markforged estamos orgullosos de ser proveedores y patrocinadores del equipo CoSTAR.