NASA は、太陽系外科学に大変革をもたらす可能性のある新しいロボットアームをテストしている。その理由はおそらくほとんどの人が考えたこともないだろう。動作するために暖める必要がないのだ。
低温作動式月展開アーム（COLDArm）は、将来の月面研究の焦点であり、この10年以内に将来のアルテミス計画が着陸する予定である月の南極で運用できるように設計されている。
一つの問題は、月の南極が火星の表面よりも寒くなることだとNASAは述べている。NASAの現世代の着陸機と探査機はすべて、潤滑油の保温、部品の駆動、モーターコントローラーの作動維持のために搭載ヒーターに依存しているが、極地の月の夜の-280°F（-173°C）という厳しい気温は、そのような機器にとってあまりにも寒すぎるのだ。
全長2メートルのCOLDArmは、より優れた素材、耐寒性部品、そしてよりスマートな技術の組み合わせにより、保温の必要性が低減しました。NASAによると、この装置により、稼働時の予熱時間を2時間短縮し、1日のエネルギー消費量を最大30%削減できるとのことです。
「COLDArmは、極低温環境下でもミッションの継続と科学研究を可能にします」と、プロジェクトの主任研究者であるライアン・マコーミック氏は述べています。COLDArmはすでにデータ収集・処理能力のテストに成功しており、宇宙空間のような環境下におけるアームの能力テストが次の課題となっています。
冷静さを失わずに科学を行う方法
COLDArmを制御する部品には潤滑油は使用されていません。代わりに、ギアはバルク金属ガラスと呼ばれる材料で作られています。これは、金属を過熱して原子構造をランダム化し、その後、再結晶化を起こさずに硬化させるのに十分な速さで冷却することによって作られます。
マコーミック氏は、映画『ターミネーター2』で液体窒素で凍結されると機械が一時的に停止するシーンを例に挙げ、「悪者はあんな温度では活動できないが、COLDArmならできる」と語った。
BMGとも呼ばれるこの素材は、高い可塑性と驚異的な強度で高く評価されており、1960年代の発見以来、ゴルフクラブから電子機器まで、様々な用途に利用されてきました。また、低温でも脆くならないため、COLDArmのギアに最適です。
NASAは「初期テストでは、摂氏マイナス200度（華氏マイナス328度）でも潤滑剤なしで強いトルクとスムーズな回転が実証された」と述べた。
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COLDArmの機能を支える2つ目の主要コンポーネントは、プロジェクトパートナーであるMotiv社が開発した低温モーターコントローラーです。NASAによると、このコントローラーは100ケルビン（約-280°F、-173°C）という低温でも動作可能で、月の極地、火星の氷結地帯、さらには気候が似ている土星の衛星タイタンでの運用に最適です。
コントローラーは暖かい電子機器ボックス (WEB) 内に保管する必要がないため、科学機器の近くに設置でき、断熱材やケーブルの必要性がさらに減り、重量も軽減されます。
これは、より大きな COLDArm アセンブリの一部として加熱コンポーネントがないということではありません。このアセンブリには WEB があり、そこにはロボット航空電子機器およびセンサー キット (RASK) が、FPGA、通信および電源ボード、カメラ、トルク センサーとともに収容されます。
NASAのCOLDArmの概略図。各部品にラベルが貼られている。
出典：NASA/JPL-Caltech
このアームは誘導または自律動作が可能で、同様のプロセッサやNASAジェット推進研究所で開発されたオープンソース飛行ソフトウェア「Fプライム」など、NASAが火星ヘリコプター「インジェニュイティ」向けに開発した他のいくつかの技術も搭載されている。
2025年より前に打ち上げられる予定のないアルテミス3号は、アポロ計画の黄金時代以来初の月面有人ミッションとなるが、NASAがアルテミス3号の打ち上げ時期を大幅に延期しない限り、COLDArmは搭載されない可能性が高い。このアームは「2020年代後半」まで運用開始されない見込みだ。®
