Dr. Alex Ellery

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Full Name

Dr. Alex Ellery

Academic Profile

Summary

Designing self-replicating 3D printers to build advanced infrastructure in hostile environments

Long description

The age-old argument as to whether humans or robots should be used for space exploration comes up regularly. The reality is that there is no discord between humans and robots in space exploration. Each plays a complementary role in the division of labour in space, with machines acting as modern extensions of the tools that were first brought into service millions of years ago.

Human history has been the story of the ever-increasing deployment and sophistication of those tools. Robots are the ultimate tools, projecting our capabilities to hazardous and remote places like other planets.

Dr. Alex Ellery, Canada Research Chair in Space Robotics and Space Technology, aims to develop the capabilities of robots, so that they can explore, survey and eventually build on planets. Doing so will compensate for limited human capabilities to explore distant and hazardous places.

Ellery’s goal is to develop robots—or “robonauts”—that can navigate and traverse on their own in hostile terrain. The robots will also have to be able to use their own judgment to select interesting rocks for examination, be capable of manipulating rocks and soil to acquire samples, and make scientific assessments in order to determine their next course of action.

Ellery’s research will help ensure that robots can project human goals far beyond where humans can tread.

Type of institution

University

Institution

Carleton University

I have a knowledge mobilization grant.

Yes

Website

seeg.mae.carleton.ca

Video Transcript

Transcription

Transcript (English)

Introduce your team

Hi, my name is Professor Alex Ellery and I’m a Canada Research Chair in Space Robotics and Space Technology.This is my lab and this is my group: the space exploration and engineering group, which I lead.

Describe your research

Our job is to essentially develop new robotic techniques to enhance space exploration. The work that we do in my lab are associated with traditional robotics. For examples, manipulate controls in space in order to provide new techniques to fix satellites when they go awry in space.

Secondly, our work is based on planetary rovers. Such as developing new rover techniques to make them more efficient robots to explore other planets. I also work on developing new AI techniques to make satellites smarter, so they can resist against cyber attacks.

However, the latest work that we are doing I think is the more interesting aspect. We have been looking at how to use 3D printing on the lunar environment and other planetary environment.

A few years ago, I’ve asked myself the question, what can space exploration or space technology do to help solve some of our global problem, such as climate change.

One of the things I came up was the idea of implementing solar powering satellites as a form of clean energy. Of course, that’s not a novel idea, it’s not new at all. But one of the big hindrances to it as been the sheer expense of launching these large satellites or constellation of satellites into earth’s orbit to capture solar energy and beam it down as microwave to the earth. And of course, the cost element as always been at launch.

One way to circumvent this is to forget launch entirely and try to build these satellites from materials available in space such as the moon. This is one of the thing that we’ve been working towards.

The next stage is to take that raw material and somehow manufacture useful products like spacecraft, robots, that sort of thing. If we can 3D print electromotors and we can

3D print computing electronics from lunar material, it basically means that we can print

robots. If we can print robots, we can print any type of kinematics mechanism or machines. If we can do that we can then print the components for solar powering satellites. And if we can print the components for solar powering satellites, we can build the component of a solar powered satellite on the moon and then send it to orbit around the earth, and provide a form of very low-cost energy to supply the earth.

Explain its significance

The end goal is to build a self-replicating machine. A self-replicating machine, as you can imagine is a 3D printer on wheels, a little more exotic than that perhaps. Essentially it can take raw material and build copies of itself.

The power of such a machine is immense because it means that we can build a general purpose factory, build a copy of that general purpose factory and keep on building, generating a productive capacity which grows exponentially.

Although we are initially applying this on the moon, it has applications here on earth also. For example, greening of the Sahara Desert. This is currently very expensive to do, but with a self-replicating machine it becomes very inexpensive and quite plausible.

It has implications also in developing countries. Because the unit itself is very small, it can be form of providing local productive capacity at a very low cost. And because its 3D printing, it effectively costs nothing.

 

 Transcript (French)

Introduisez votre équipe

Bonjour, mon nom est Professeur Alex Ellery et je suis un chaire de recherche en robotiques et technologies de l’espace. Ceci est mon laboratoire et ceci est mon groupe: le groupe d’exploration et de génie spatiale, que je dirige.

Decrivez votre recherche

Notre travail est de développer des nouvelles méthodes robotiques pour améliorer l’exploration de l’espace. Le travail que nous faisons dans notre laboratoire est basé sur la robotique traditionnelle. Par exemple, nous manipulons les contrôles dans l’espace afin de fournir de nouvelles techniques pour réparer les satellites.

En second lieu, nos travaillons aussi sur les véhicules planétaires. Ceci inclue le développement de techniques pour rendre l’exploration planétaire plus efficace. Je travail également sur des nouvelles fonctionnalités IA pour rendre les satellites plus intelligents, afin de résister aux attaques.

Mais notre dernier projet est, à mon avis, le plus intéressant. Nous investiguons des manières d’utiliser l’impression 3D dans les environnements planétaire et lunaire.

Il y’a quelques années, je me suis demandé, qu’est ce que l’exploration et les technologies spatiales peuvent nous apprendre dans la quête pour résoudre nos grands problèmes, tel que le changement climatique. Une de mes idées est d’implémenter des centrales solaires orbitales, à travers les satellites, comme une forme d’énergie.

Bien sûr, ceci n’est pas une nouvelle idée. Mais un des grands obstacles est le coût d’envoyer des grands satellites et des constellations de satellites dans en orbite pour capturer l’énergie solaire et de les renvoyer comme énergie micro-onde. Et bien sûr, les plus grands coûts est le lancement.

Une des façons d’éviter ces coûts est d’oublié le lancement est d’essayer de construire ces satellites à partir de matériel disponible sur la lune. Ceci est projet sur lequel nous travaillons.

La prochaine étape est d’utiliser ce matériel afin de construire des produits utiles tel que les engins spatiaux, les robots et d’autres choses similaires. Si nous pouvons faire l’impression 3D des moteurs et des composantes électroniques à partir de matériel lunaire, ceci va nous permettre d’imprimer les robots. Si nous pouvons imprimer les robots, nous pouvons imprimer tous types de machines. Si nous pouvons imprimer des composantes pour les satellites sur la lune et les envoyées en orbite autours de la terre, nous fournirons une source d’énergie abordable.

 

Quelle est son importance

L’objectif final est de construire une machine autorépliquante. Une telle machine, comme vous pouvez l’imaginer est une imprimante 3D sur roue, mais un peu plus exotique. Elle peut utiliser les matériaux disponibles pour construire une copie de sois même.

Les applications de cette machine sont immenses car elles vont nous permettre de construire une usine polyvalente et continuer à construire d’autres, afin de générer une capacité productive qui peut grandir exponentiellement.

Même si nous l’utilisons initialement sur la lune, il y’a des applications sur la terre également. Par exemple, le reboissement du Sahara. Il est présentement dispendieux de le faire, mais avec une machine autorépliquant, ça devient abordable et faisable.

Il y’a aussi des implications dans le pays en développement. Parce que les modules sont très petits, ils peuvent fournir une capacité local productive à bas coûts Et car c’est l’impression en 3D, ça ne coûte pratiquement rien.