Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA opracowało robota-węża, EELS, który będzie w stanie mapować, podróżować i eksplorować wcześniej niedostępne miejsca.
Jak stworzyć robota, który będzie w stanie samodzielnie podróżować do miejsc, których nikt wcześniej nie widział, bez interwencji człowieka w czasie rzeczywistym?
Zespół z Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA, który buduje wężopodobnego robota do poruszania się po ekstremalnym terenie, podejmuje wyzwanie z mentalnością startupu: Buduj szybko, testuj często, ucz się, dostosowuj, powtarzaj.
Robot Atlas firmy Boston Dynamics demonstruje swoje akrobatyczne umiejętności w zakresie susłów
Samobieżny autonomiczny robot wąż o nazwie EELS
Samobieżny autonomiczny robot o nazwie EELS (skrót od Exobiology Extant Life Surveyor) został zainspirowany chęcią poszukiwania oznak życia w oceanie ukrywającym się pod lodową skorupą księżyca Saturna, Enceladusa, schodząc przez wąskie otwory wentylacyjne na powierzchni, które gejzery wyrzucają w przestrzeń kosmiczną.
Chociaż testy i rozwój wciąż trwają, projektowanie dla tak trudnego celu zaowocowało wysoce adaptacyjnym robotem. EELS może bezpiecznie poruszać się po szerokiej gamie terenów na Ziemi, Księżycu i poza nim, w tym po falistym piasku i lodzie, ścianach skalnych, kraterach zbyt stromych dla łazików, podziemnych rurach lawowych i labiryntach wewnątrz lodowców.
Kim jest cyborg? Pochodzenie terminu i nowoczesne technologie
“Jest w stanie dotrzeć tam, gdzie inne roboty nie mogą. Podczas gdy niektóre roboty są lepsze w określonym typie terenu, ideą EELS jest to, że może zrobić wszystko” – powiedział Matthew Robinson, kierownik projektu EELS w JPL. “Kiedy udajesz się w miejsce, w którym nie wiesz, co znajdziesz, chcesz wysłać wszechstronnego robota, który jest świadomy ryzyka, przygotowany na niepewność i może samodzielnie podejmować decyzje”.
EELS (Exobiology Extant Life Surveyor) JPL został pomyślany jako autonomiczny robot przypominający węża, który zszedłby przez wąskie otwory wentylacyjne w lodowej skorupie księżyca Saturna, Enceladusa, aby zbadać ukryty pod nim ocean.
Jednak prototypy zostały już przetestowane, aby przygotować robota do pracy w różnych środowiskach.
Tworzenie prototypu
Zespół projektowy rozpoczął budowę pierwszego prototypu w 2019 roku i stale wprowadza do niego zmiany. Od zeszłego roku przeprowadza comiesięczne testy terenowe i ulepsza zarówno sprzęt, jak i oprogramowanie, które pozwala EELS pracować autonomicznie.
W swojej obecnej formie, zwanej EELS 1.0, robot waży około 220 funtów (100 kilogramów) i ma 13 stóp (4 metry) długości. Składa się z 10 identycznych segmentów, które obracają się, wykorzystując spiralne gwinty do ruchu, trakcji i przyczepności. Zespół przetestował różne śruby: białe plastikowe śruby o średnicy 8 cali (20 centymetrów), wydrukowane w 3D w celu przetestowania na luźniejszym podłożu oraz węższe, ostrzejsze czarne metalowe śruby do lodu.
Robot był testowany w piaszczystym, zaśnieżonym i oblodzonym środowisku, od Mars Yard w JPL po “plac zabaw dla robotów” ustawiony w ośrodku narciarskim w zaśnieżonych górach południowej Kalifornii, a nawet na lokalnym krytym lodowisku.
“Mamy inną filozofię rozwoju robotów niż tradycyjne statki kosmiczne, z wieloma szybkimi cyklami testów i dostosowań” – powiedział Hiro Ono, główny badacz EELS w JPL.
“Istnieją dziesiątki podręczników na temat tego, jak zaprojektować pojazd czterokołowy, ale nie ma podręcznika na temat tego, jak zaprojektować autonomicznego robota węża, który śmiało podąża tam, gdzie żaden robot wcześniej nie dotarł. Musimy napisać własny. Właśnie to teraz robimy”.
Jak myśli i porusza się robot wąż EELS
Ze względu na opóźnienia w komunikacji między Ziemią a głębokim kosmosem, EELS został zaprojektowany tak, aby autonomicznie wyczuwać swoje środowisko, obliczać ryzyko, poruszać się i zbierać dane za pomocą narzędzi naukowych, które nie zostały jeszcze określone. Jeśli coś pójdzie nie tak, robot powinien samodzielnie odzyskać sprawność, bez pomocy człowieka.
We wrześniu 2022 r. członkowie zespołu JPL EELS opuszczą głowicę czujnika robota, która wykorzystuje lidar i kamery stereo do mapowania środowiska, do pionowego szybu zwanego moulin na lodowcu Athabasca w Albercie. Zespół powróci na miejsce w 2023 i 2024 roku, aby przeprowadzić dodatkowe testy z wersjami pełnego robota wężowego.
“Wyobraź sobie samochód, który jeździ autonomicznie, ale nie ma znaków stopu, sygnalizacji świetlnej, ani nawet dróg. Robot musi dowiedzieć się, jaka to droga i spróbować nią jechać” – mówi Rohan Thakker, kierownik projektu autonomicznej jazdy. “Następnie musi zjechać z wysokości 100 metrów bez upadku”.
EELS tworzy mapę 3D swojego otoczenia za pomocą czterech par kamer stereo i lidaru, który jest podobny do radaru, ale wykorzystuje krótkie impulsy laserowe zamiast fal radiowych. Wykorzystując dane z tych czujników, algorytmy nawigacyjne określają najbezpieczniejszą drogę naprzód. Celem było stworzenie biblioteki “chodów” lub sposobów, w jakie robot może poruszać się w odpowiedzi na wyzwania terenowe, od wiatru w głowę po składanie się w sobie, ruch, który zespół nazywa “bananowaniem”.
W swojej ostatecznej formie robot-wąż będzie zawierał 48 siłowników – zasadniczo małych silników, które zapewniają mu elastyczność w przyjmowaniu różnych konfiguracji, ale zwiększają złożoność zarówno dla zespołów zajmujących się sprzętem, jak i oprogramowaniem.
Wiele z nich ma wbudowane czujniki siły i momentu obrotowego, które działają jak rodzaj skóry, dzięki czemu EELS może wyczuć, jak dużą siłę wywiera na podłoże. Pomaga mu to poruszać się pionowo w wąskich zjeżdżalniach o nierównych powierzchniach, dostosowując się do jednoczesnego naciskania na przeciwległe ściany, jak wspinacz skałkowy.
W zeszłym roku zespół EELS doświadczył takich trudnych warunków, gdy opuścił głowicę percepcyjną robota – segment z kamerami i lidarem – do pionowego szybu zwanego moulin na lodowcu Athabasca w kanadyjskich Górach Skalistych.
We wrześniu powrócą do tej lokalizacji, która jest pod wieloma względami analogiczna do lodowych księżyców w naszym Układzie Słonecznym, z wersją robota zaprojektowaną do testowania mobilności pod ziemią. Zespół zrzuci niewielki zestaw czujników do monitorowania właściwości chemicznych i fizycznych lodowca, które EELS może później wdrożyć w odległych lokalizacjach.
“Do tej pory skupialiśmy się na autonomii i mobilności, ale z czasem zobaczymy, jakie narzędzia naukowe możemy zintegrować z EELS” – powiedział Robinson. “Naukowcy powiedzą nam, gdzie chcą się udać, co ich najbardziej interesuje, a my dostarczymy im robota, który ich tam zawiezie. Jak to zrobimy? Jako startup po prostu go zbudujemy”.
Więcej o projekcie
EELS jest finansowany przez Biuro Wdrażania Technologii i Strategii Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA w Południowej Kalifornii w ramach programu akceleratora technologii o nazwie JPL Next.
JPL jest obsługiwane przez Kalifornijski Instytut Technologii w Pasadenie w Kalifornii w imieniu NASA. Zespół EELS pracował nad projektem z wieloma partnerskimi uniwersytetami, w tym z Arizona State University, Carnegie Mellon University i University of California w San Diego. Zrobotyzowany wąż nie jest obecnie częścią żadnej misji NASA.
Źródło: https://www.jpl.nasa.gov/
