Machina Labs Robot Blacksmith fabrica tanques de naves espaciais para a NASA

Nas décadas de 1960 e 1970, a NASA passou muito tempo pensando sobre se os tanques de combustível toroidais (em forma de donut) eram o caminho a seguir com sua nave espacial. Os tanques toroidais têm um monte de vantagens potenciais sobre os tanques de combustível esféricos convencionais. Por exemplo, você pode encaixar quase 40% mais volume dentro de um tanque toroidal do que se você estivesse usando vários tanques esféricos dentro do mesmo espaço. E talvez o mais interessante, você pode empurrar coisas (como a parte de trás de um motor) pelo meio de um tanque toroidal, o que poderia levar a alguns ganhos substanciais de eficiência se os tanques também pudessem suportar cargas estruturais.

Por causa de seu formato relativamente complexo, tanques toroidais são muito mais difíceis de fazer do que tanques esféricos. Embora esses tanques possam ter um desempenho melhor, a NASA simplesmente não tem mais a expertise para fabricá-los, já que cada um tem que ser construído à mão por humanos altamente qualificados. Mas uma empresa chamada Machina Labs acha que pode fazer isso com robôs. E sua visão é mudar completamente a forma como fazemos coisas de metal.

O problema fundamental que a Machina Labs está tentando resolver é que se você quer construir peças de metal de forma eficiente em escala, é um processo lento. Grandes peças de metal precisam de suas próprias matrizes personalizadas, que são peças únicas muito caras e tão inflexíveis quanto possível, e então fábricas inteiras são construídas em torno dessas peças. É um investimento enorme, o que significa que não importa se você encontra alguma nova geometria, técnica, material ou mercado, porque você tem que justificar esse enorme custo inicial fazendo o máximo possível da coisa original, sufocando o potencial para inovação rápida e flexível.

Na outra ponta do espectro, você tem o processo também muito lento e caro de fazer peças de metal uma de cada vez à mão. Algumas centenas de anos atrás, esse era o apenas maneira de fazer peças de metal: metalúrgicos habilidosos usando ferramentas manuais por meses para fazer coisas como armaduras e armas. O bom de um metalúrgico especialista é que ele pode usar suas habilidades e experiência para fazer qualquer coisa, que é de onde vem a visão da Machina Labs, explica o CEO Edward Mais que foi cofundador da Machina Labs depois de passar um tempo na SpaceX e depois liderar a equipe de impressão 3D na Espaço Relatividade.

“Os artesãos podem pegar diferentes ferramentas e aplicá-las criativamente ao metal para fazer todos os tipos de coisas diferentes. Um dia, eles podem pegar um martelo e formar um escudo de uma folha de metal”, diz Mehr. “Depois, eles pegam o mesmo martelo e criam uma espada de uma haste de metal. Eles são muito flexíveis.”

A técnica que um metalúrgico humano usa para moldar metal é chamada de forjamento, que preserva o fluxo de grãos do metal enquanto ele é trabalhado. Fundição, estampagem ou fresagem de metal (que são todas formas de automatizar a produção de peças de metal) simplesmente não são tão fortes ou duráveis ​​quanto peças forjadas, o que pode ser um diferencial importante para (digamos) coisas que precisam ir para o espaço. Mas falaremos mais sobre isso em breve.

O problema com metalúrgicos humanos é que o rendimento é ruim — humanos são lentos, e humanos altamente qualificados em particular não escalam bem. Para Mehr e Machina Labs, é aqui que os robôs entram.

“Queremos automatizar e escalar usando uma plataforma chamada ‘artesão robótico’. Nossos principais facilitadores são robôs que nos dão a cinemática de um artesão humano e inteligência artificial que nos dá controle sobre o processo”, diz Mehr. “O conceito é que podemos fazer qualquer processo que um artesão humano pode fazer e, na verdade, alguns que os humanos não podem fazer porque podemos aplicar mais força com melhor precisão.”

Essa flexibilidade que os robôs metalúrgicos oferecem também permite a criação de peças sob medida que seriam impraticáveis ​​de fazer de qualquer outra forma. Isso inclui tanques de combustível toroidais (em forma de donut) que a NASA está de olho durante o último meio século ou mais.

O CEO da Machina Labs, Edward Mehr (à direita), está atrás de um tanque de combustível toroidal de 15 pés.Laboratórios Machina

“O principal desafio desses tanques é que a geometria é complexa”, diz Mehr. “Sessenta anos atrás, a NASA os estava formando por colisão com artesãos muito habilidosos, mas muitos deles não existem mais.” Mehr explica que a única outra maneira de obter essa geometria é com matrizes, mas para a NASA, obter uma matriz feita para um tanque de combustível que foi necessariamente personalizado para uma única espaçonave seria praticamente impossível de justificar. “Então, uma das principais razões pelas quais não estamos usando tanques toroidais é porque é difícil fazê-los.”

A Machina Labs agora está fabricando tanques toroidais para a NASA. No momento, os robôs estão apenas fazendo a modelagem, que é a parte difícil. Os humanos então soldam as peças. Mas não há razão para que os robôs não possam fazer todo o processo de ponta a ponta e de forma ainda mais eficiente. Atualmente, eles estão fazendo isso do jeito “humano” com base em planos existentes da NASA. “No futuro”, Mehr nos conta, “podemos realmente formar esses tanques em uma ou duas peças. Essa é a próxima área que estamos explorando com a NASA — como podemos fazer as coisas de forma diferente agora que não precisamos projetar em torno da ergonomia humana?”

Os ‘artesãos robóticos’ da Machina Labs trabalham em pares para moldar chapas de metal, com um robô em cada lado da chapa. Os robôs alinham suas ferramentas ligeiramente deslocadas uma da outra com o metal entre elas, de modo que, conforme os robôs se movem pela chapa, ela se curva entre as ferramentas.Laboratórios Machina

O vídeo acima mostra os robôs da Machina trabalhando em um tanque de 4,572 m (15 pés) de diâmetro, provavelmente destinado à Lua. “A principal aplicação é para módulos lunares”, diz Mehr. “Os tanques toroidais trazem o centro de gravidade do veículo mais baixo do que você teria com tanques esféricos ou em forma de pílula.”

O treinamento desses robôs para trabalhar metal dessa forma é feito principalmente por meio de simulações baseadas em física que a Machina desenvolveu internamente (o software existente é muito lento), seguido por iterações guiadas por humanos com base nos dados resultantes do mundo real. A maneira como o metal se move sob pressão pode ser simulada muito bem e, embora ainda haja uma lacuna entre a simulação e a realidade (simular como a ferramenta do robô adere à superfície do material é particularmente complicado), os robôs estão coletando tantos dados empíricos que a Machina está fazendo um progresso substancial em direção à autonomia total e até mesmo encontrando maneiras de melhorar o processo.

Um exemplo do tipo de peças metálicas complexas que os robôs de Machina são capazes de fazer.Laboratórios Machina

No final das contas, a Machina quer usar robôs para produzir todos os tipos de peças de metal. No lado comercial, eles estão explorando coisas como painéis de carroceria, oferecendo a opção de mudar a aparência do seu carro em geometria em vez de apenas cor. A exigência de alguns robôs robustos para fazer isso funcionar significa que a roboformação provavelmente não se tornará tão difundida quanto a impressão 3D, mas o conceito mais amplo é o mesmo: tornar objetos físicos um problema de software em vez de um problema de hardware para permitir a personalização em escala.