Termieten inspireren onderkomens voor het leven op de maan

Een team van ingenieurs haalt inspiratie uit de kathedraalvormige termietenheuvels om astronauten te helpen overleven in de barre omgeving van de maan. NASA heeft grote plannen voor het Artemis-programma - om Amerikanen voor het eerst sinds 1972 terug te brengen naar de maan en tegen het einde van het decennium een maanbasis voor mensen te vestigen.

Jekan Thanga, universitair hoofddocent aan de afdeling ruimtevaart- en werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Arizona, en zijn studenten hebben prototypen ontwikkeld van maanzandzakstructuren en het onderliggende concept voor een netwerk van robots die ze kunnen bouwen. De structuren bevatten sensoren die helpen bij de constructie en astronauten waarschuwen voor veranderingen in de omgevingsomstandigheden.

Tech Launch Arizona, de commercialisatieafdeling van de universiteit, werkte samen met Thanga om patenten aan te vragen op de gedistribueerde computerverwerkingsnetwerken die het team heeft ontwikkeld om deze structuren en robots met elkaar te verbinden.

Sivaperuman Muniyasamy, een doctoraatsstudent in de ruimtevaarttechniek, en Thanga presenteerden een paper waarin de technologie werd beschreven op de American Astronautical Society Guidance, Navigation and Control Conference.

Thanga schat dat astronauten als onderdeel van Artemis in 2026 of 2027 voor het eerst op de maan zullen landen. In een consortium genaamd LUNAR-BRIC werkt zijn team samen met het Jet Propulsion Laboratory van NASA op Caltech en MDA, een ruimterobotica-bedrijf, om technologie te ontwikkelen voor maanlandingen van Artemis.

Het maanoppervlak is slechts het begin voor Thanga's team en LUNAR-BRIC in hun streven om een ruimte-economie te ondersteunen. Binnen enkele jaren na de eerste succesvolle landing zal NASA zich richten op het bouwen van faciliteiten voor langdurige bewoning en industrie, zoals milieuvriendelijke maan- en asteroïdenmijnbouw.

Maanbewoners hebben semi-permanente veilige onderkomens nodig terwijl ze zoeken naar optimale locaties om permanente gebouwen op te richten, zegt Thanga, en hij is ervan overtuigd dat de fundamenteel eenvoudige zandzakstructuren zullen worden gebruikt.

Thanga was voor het eerst geïntrigeerd door een YouTube-video die het werk van Nader Khalili liet zien. In de jaren 80 presenteerde de inmiddels overleden architect het idee van zandzakstructuren voor bewoning op de maan en in de ruimte aan NASA. Khalili ontwikkelde vervolgens SuperAdobe-zandzakconstructies voor huizen over de hele wereld.

Thanga voegde aan Khalili's ideeën de concepten van insectenskyscrapers toe. Deze kathedraalvormige termietenheuvels, die veel voorkomen in Afrikaanse en Australische woestijnen, reguleren de ondergrondse nestomgeving.

Thanga heeft altijd al interesse gehad in het toepassen van de architectuur van insectensociale systemen - zoals een termietenkolonie die een grote, ingewikkelde heuvel bouwt - op gedistribueerde robotnetwerken, waarbij machines samenwerken zonder menselijke tussenkomst.

Het team van Thanga onderzocht of zandzakken gevuld met regoliet, grond en minerale fragmenten van het maanoppervlak, traditionele bouwmaterialen voor maanwoningen kunnen vervangen. De snel en gemakkelijk door robots geassembleerde zandzakonderkomens verminderen de hoeveelheid materiaal die naar de maan moet worden getransporteerd, bieden goede klimaatregeling en beschermen tegen maanbevingen en andere gevaren.

Robots plaatsen sensoren en elektronica in de zandzakken en vullen ze met maanregoliet voordat ze de structuren ter plaatse assembleren. Sommige sensoren leveren locatiegegevens om de robots te helpen de zandzakken te plaatsen. Anderen leveren milieu-informatie en communicatiemogelijkheden om te waarschuwen voor gevaar. Op de maan variëren temperaturen van -298 tot 224 graden Fahrenheit; micrometeorieten bombarderen het oppervlak met een gemiddelde snelheid van 60.000 mph; en zonne- en maanstraling en maanstof bedreigen de verkenning.

NASA heeft Thanga's team $500.000 toegekend voor projecten op het maanoppervlak via het Space Technology Artemis Research-programma van de organisatie, M-STAR, dat deel uitmaakt van het Minority University Research and Education Project (MUREP) van NASA. Deze fondsen lopen tot de zomer van 2024. Financiering van een ander MUREP-programma, MIRO, dekt de kosten van de maanprojecten.

MIRO, dat STEM-onderzoek en -educatie ondersteunt aan instellingen die minderheden bedienen, heeft de afgelopen vijf jaar $1 miljoen per jaar verstrekt voor studentenonderzoeksprojecten aan de Universiteit van Arizona.

"Het doel is om de deelname van ondervertegenwoordigde groepen in de ruimtevaart te vergroten," zegt Thanga. "En dit zijn praktische, op studenten gerichte projecten."