Concept d'un habitat souterrain et des robots et sources d'énergie qui le construiront et l'alimenteront. Crédit :Bier et al.
Les habitats souterrains sont récemment devenus un point central des efforts de colonisation hors planète. Protection contre les micrométéorites, les radiations et autres dangers potentiels rendent les sites souterrains souhaitables par rapport aux habitations de surface. La construction de telles structures souterraines présente une pléthore de défis, le moindre n'est pas de savoir comment les construire réellement. Une équipe de chercheurs de l'Université de technologie de Delft (TUD) travaille sur un plan pour extraire des matériaux et les utiliser ensuite pour imprimer des habitats. Tout cela se ferait avec un groupe de robots grouillants.
L'idée découle d'une opportunité de subvention publiée par l'Agence spatiale européenne. Etudiants du Robotic Building lab (RB) de la TU Delft, dirigé par le Dr Henriette Bier, étaient enthousiastes à l'idée de participer au défi qui se concentre sur l'utilisation des ressources in situ pour la construction hors Terre. L'équipe RB, avec des experts en science des matériaux, robotique, et l'ingénierie aérospatiale a soumis une idée qui a reçu 100 000 € pour développer une preuve de concept préliminaire.
L'approche proposée se concentre sur la spécialité du laboratoire - la construction robotique - et comporte quatre volets principaux - creuser le régolithe, imprimer un nouvel habitat grâce à un procédé de fabrication additive, coordonner le travail entre tous les robots qui seraient nécessaires pour accomplir les tâches, et les alimenter ainsi que l'habitat.
L'excavation de régolithe avec des robots a déjà été explorée, mais généralement dans le contexte de la lune. Différents modèles d'excavation sont utiles pour construire différentes structures, et le modèle sur lequel l'équipe RB s'est concentrée était une spirale descendante. Une telle structure pourrait créer une écurie, structure sûre dans une empreinte relativement petite sur la surface.
Exemple de certains des parcours d'outils soustractifs qui seraient utilisés pour creuser les tunnels de l'habitat. Crédit :Bier et al.
Un exemple d'habitat « rhizome » qui aurait une surface exposée relativement petite en surface mais fournirait un grand espace habitable sous terre. Crédit :Bier et al.
La modélisation des contraintes et des déformations sur cette structure est un élément clé du projet d'étude en cours. L'équipe a développé un prototype à l'échelle de 1 m x 1 m d'un fragment avec des motifs qui leur permettraient de créer efficacement des zones sûres et stables. Certaines de ces zones ont été conçues en pensant à l'habitation, y compris des zones de plantes détachables qui pourraient abriter des plantes cultivées en hydroponie.
Des tonnes et des tonnes de régolithe devraient être retirées de tout site d'excavation à l'échelle réelle. Ce régolithe est utilisé comme matériau pour imprimer en 3D un habitat stable. Initialement, l'équipe prévoyait de combiner du régolithe avec du soufre liquide pour produire du béton. Mais après avoir impliqué des scientifiques des matériaux et un partenaire industriel spécialisé dans l'impression robotique avec du ciment, ils se sont décidés à utiliser du béton à base de ciment en puisant dans une partie des ressources en eau de Mars. La création de ciment elle-même nécessite cependant une infrastructure, donc un tel plan d'utilisation du régolith devrait attendre que cette infrastructure soit déjà en place sur la planète.
La structuration de l'habitat lui-même est également un élément clé lors de la conception de la forme à imprimer en 3D. L'équipe s'est concentrée sur des structures relativement poreuses, ce qui leur a permis d'utiliser moins de matériaux dans sa construction. Cependant, les structures avaient encore une résistance et une durabilité remarquablement élevées et fournissaient également une bonne isolation contre les impacts de rayonnement et de micrométéorites que la colonie souterraine cherche à éviter.
Certains des avantages de cette approche sont dus à l'un des principaux moteurs de l'innovation :la collaboration. Le projet est coordonné par le RB lab mais implique des partenaires à la fois chez TUD et des partenaires commerciaux externes. Ces collaborateurs apportent civil, aérospatial, et une expertise en ingénierie robotique, et les technologies de fabrication additive pour développer l'approche de construction robotique en essaim.
