В Лаборатории реактивного движения NASA появился робот-змея EELS, который сможет составлять карты, путешествовать и исследовать ранее недоступные места.
Как создать робота, способного самостоятельно, без участия человека в режиме реального времени, путешествовать по местам, которые никто никогда не видел?
Команда Лаборатории реактивного движения НАСА, которая создает змееподобного робота для передвижения по экстремальной местности, принимает вызов с менталитетом стартапа: Создавай быстро, тестируй часто, учись, корректируй, повторяй.
РОБОТ АТЛАС (ROBOT ATLAS). ВСЕ ЧТО НАДО ЗНАТЬ О ГУМАНОИДЕ
Самоходный автономный робот-змея под названием EELS
Самоходный автономный робот под названием EELS (сокращение от Exobiology Extant Life Surveyor) был вдохновлен желанием искать признаки жизни в океане, скрывающемся под ледяной корой спутника Сатурна Энцелада, спускаясь по узким вентиляционным отверстиям в поверхности, которые выбрасывают гейзеры в космос.
Хотя испытания и разработка еще продолжаются, проектирование для такого сложного места назначения привело к созданию высокоадаптивного робота. EELS может выбирать безопасный курс через самую разнообразную местность на Земле, Луне и далеко за ее пределами, включая волнистый песок и лед, стены скал, кратеры, слишком крутые для марсоходов, подземные лавовые трубки и лабиринты внутри ледников.
“Он способен попадать туда, куда другие роботы не могут добраться. Хотя некоторые роботы лучше справляются с тем или иным типом местности, идея EELS заключается в том, что он может делать все”, – сказал Мэтью Робинсон, руководитель проекта EELS из JPL. “Когда вы отправляетесь туда, где вы не знаете, что найдете, вы хотите отправить туда универсального робота, который осознает риски, готов к неопределенности и может принимать решения самостоятельно”.
EELS (Exobiology Extant Life Surveyor) от JPL был задуман как автономный змееподобный робот, который будет спускаться по узким вентиляционным отверстиям в ледяной коре спутника Сатурна Энцелада, чтобы исследовать океан, спрятанный под ним.
Но прототипы уже прошли испытания, чтобы подготовить робота к работе в различных условиях.
Создание прототипа
Команда проекта начала строить первый прототип в 2019 году и постоянно вносит в него изменения. С прошлого года они проводят ежемесячные полевые испытания и совершенствуют как аппаратное, так и программное обеспечение, что позволяет EELS работать автономно.
5 персональных роботов, которых вы можете приобрести для дома уже сейчас
В своей нынешней форме, которая получила название EELS 1.0, робот весит около 220 фунтов (100 килограммов) и имеет длину 13 футов (4 метра). Он состоит из 10 одинаковых сегментов, которые вращаются, используя винтовую резьбу для движения, тяги и сцепления. Команда испытывала различные винты: белые пластиковые винты диаметром 8 дюймов (20 сантиметров), напечатанные на 3D-принтере, для тестирования на более рыхлой почве, и более узкие, острые винты из черного металла для льда.
РОБОТ ATLAS ОТ BOSTON DYNAMICS ДЕМОНСТРИРУЕТ СВОИ АКРОБАТИЧЕСКИЕ НАВЫКИ “СУСЛИКА”
Робот прошел испытания в песчаной, снежной и ледяной среде, от Марсового двора в JPL до “площадки для роботов”, созданной на горнолыжном курорте в заснеженных горах Южной Калифорнии, и даже на местном крытом ледовом катке.
“У нас другая философия разработки роботов, чем у традиционных космических аппаратов, со многими быстрыми циклами тестирования и корректировки”, – сказал Хиро Оно, главный исследователь EELS в JPL.
“Существуют десятки учебников о том, как спроектировать четырехколесное транспортное средство, но нет ни одного учебника о том, как спроектировать автономного робота-змею, чтобы смело идти туда, где ни один робот не ходил раньше. Мы должны написать свой собственный. Это то, что мы сейчас делаем”.
Как робот-змея EELS думает и двигается
Из-за времени задержки связи между Землей и дальним космосом, EELS разработан так, чтобы автономно чувствовать окружающую среду, рассчитывать риски, передвигаться и собирать данные с помощью научных инструментов, которые еще не определены. Если что-то пойдет не так, робот должен восстановиться самостоятельно, без помощи человека.
В сентябре 2022 года члены команды JPL EELS опускают сенсорную головку робота, которая использует лидар и стереокамеры для картографирования окружающей среды, в вертикальную шахту, называемую мулен, на леднике Атабаска в Альберте. Команда вернется на это место в 2023 и 2024 годах для проведения дополнительных испытаний с версиями полноценного робота-змеи.
“Представьте себе автомобиль, который едет автономно, но там нет ни знаков остановки, ни светофоров, ни даже дорог. Робот должен выяснить, что это за дорога, и попробовать ехать по ней, – говорит руководитель проекта по автономному управлению Рохан Тхаккер (Rohan Thakker). “Затем он должен спуститься со 100-метровой высоты и не упасть”.
EELS создает 3D-карту своего окружения с помощью четырех пар стереокамер и лидара, который похож на радар, но использует короткие лазерные импульсы вместо радиоволн. Используя данные с этих датчиков, навигационные алгоритмы определяют самый безопасный путь вперед. Целью было создать библиотеку “ходы”, или способов, которыми робот может двигаться в ответ на вызовы рельефа, от бокового ветра до сворачивания на себя, движение, которое команда называет “бананом”.
В своей окончательной форме робот-змея будет содержать 48 актуаторов – по сути, маленьких двигателей, которые придают ему гибкость для принятия различных конфигураций, но добавляют сложности как для аппаратных, так и для программных команд.
Многие из них имеют встроенные датчики силы и крутящего момента, которые работают как своеобразная кожа, поэтому EELS может чувствовать, какую силу он оказывает на местности. Это помогает ему двигаться вертикально в узких желобах с неровной поверхностью, настраиваясь на одновременное нажатие на противоположные стены, как скалолаз.
В прошлом году команда EELS испытала такие сложные условия, когда опустила головку восприятия робота – сегмент с камерами и лидаром – в вертикальную шахту под названием “мулен” на леднике Атабаска в Канадских Скалистых горах.
В сентябре они вернутся к этому месту, которое во многом является аналогом ледяных месяцев в нашей Солнечной системе, с версией робота, предназначенной для тестирования подземной мобильности. Команда сбросит небольшой набор датчиков для мониторинга химических и физических свойств ледника, который EELS впоследствии сможет развернуть на удаленных участках.
“До сих пор мы сосредотачивались на автономности и мобильности, но со временем мы посмотрим, какие научные инструменты мы сможем интегрировать с EELS”, – сказал Робинсон. “Ученые говорят нам, куда они хотят поехать, что их больше всего интересует, и мы предоставим робота, который доставит их туда. Каким образом? Как стартап, мы просто создадим его”.
Больше о проекте
EELS финансируется Управлением внедрения технологий и стратегии Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии через программу технологического ускорителя под названием JPL Next.
JPL управляется Калифорнийским технологическим институтом в Пасадене, штат Калифорния, от имени NASA. Команда EELS работала над проектом с рядом университетов-партнеров, среди которых Университет штата Аризона, Университет Карнеги-Меллона и Калифорнийский университет в Сан-Диего. Сейчас робот-змея не является частью ни одной миссии NASA.
Источник: https://www.jpl.nasa.gov/
