Как создать робота, который может забраться в места, которых никто раньше не видел, — самостоятельно, без участия человека в реальном времени? Команда Лаборатории реактивного движения NASA, создающая змееподобного робота для перемещения по экстремальной местности, приняла этот вызов!
Названный EELS (сокращение от Exobiology Extant Life Surveyor), самоходный автономный робот был вдохновлен желанием искать признаки жизни в океане, скрывающемся под ледяной коркой спутника Сатурна Энцелада, спускаясь по узким отверстиям, через которые извергаются гейзеры. Хотя испытания и разработки продолжаются, проектирование для такого сложного места привело к созданию легко адаптируемого робота. EELS может выбрать безопасный курс через самые разнообразные ландшафты на Земле, Луне и далеко за ее пределами, включая холмистый песок и лед, скалы, кратеры, слишком крутые для марсоходов, подземные лавовые трубы и лабиринты в ледниках.
Команда проекта приступила к созданию первого прототипа в 2019 году и постоянно вносит изменения. С прошлого года разработчики ежемесячно проводят полевые испытания и совершенствуют как аппаратное, так и программное обеспечение, позволяющее EELS работать автономно. В своем нынешнем виде, получившем название EELS 1.0, робот весит около 100 кг и имеет длину 4 метра. Он состоит из 10 одинаковых сегментов, которые вращаются, используя резьбу для движения, тяги и захвата. Команда пробовала различные винты: белые пластиковые винты диаметром 20 см, напечатанные на 3D-принтере, для испытаний на более рыхлой местности и более узкие и острые черные металлические винты для льда.
Робот прошел испытания в песчаной, снежной и ледяной среде, от Марсианской верфи в Лаборатории реактивного движения до "игровой площадки для роботов", созданной на горнолыжном курорте в заснеженных горах Южной Калифорнии, и даже на местном крытом катке.
Зачем нужен такой робот?
Из-за временной задержки связи между Землей и дальним космосом управление любой миссией является невероятно сложной задачей. EELS должен устранить все сложности, самостоятельно определяя условия окружающей среды, заниматься расчетом рисков и прокладывать маршрут для сбора данных с помощью научных инструментов. Когда что-то идет не так, цель состоит в том, чтобы робот восстановился самостоятельно, без помощи человека.
EELS создает трехмерную карту своего окружения, используя четыре пары стереокамер и лидар, который похож на радар, но использует короткие лазерные импульсы вместо радиоволн. Используя данные этих датчиков, навигационные алгоритмы определяют самый безопасный путь вперед. Цель состояла в том, чтобы создать библиотеку "походок" или способов, которыми робот может двигаться в ответ на проблемы местности, от бокового ветра до скручивания самого себя, движение, которое команда называет "бананом".
В своей окончательной форме робот будет содержать 48 исполнительных механизмов — по сути, небольших двигателей, — которые дают ему возможность принимать несколько конфигураций, но усложняют работу как аппаратных, так и программных групп. Разработчики сравнивает приводы с "48 рулевыми колесами". Многие из них имеют встроенные датчики силы и крутящего момента, работающие как своего рода кожа, поэтому EELS может чувствовать, какое усилие он оказывает на поверхность. Это помогает ему двигаться вертикально в узких желобах с неровной поверхностью, настраивая себя так, чтобы одновременно отталкиваться от противоположных стен, как скалолаз.
В прошлом году команде EELS пришлось столкнуться с такими сложными пространствами, когда они опустили воспринимающую голову робота — сегмент с камерами и лидаром — в вертикальную шахту, называемую мулен, на леднике Атабаска в канадских Скалистых горах. В сентябре они возвращаются в место, которое во многом является аналогом ледяных лун в нашей Солнечной системе, с версией робота, предназначенной для проверки мобильности под поверхностью. Команда установит небольшой набор датчиков для мониторинга химических и физических свойств ледника, который EELS в конечном итоге сможет развернуть на удаленных участках.
Сейчас команда проекта скорректировала вектор работы. Ранее внимание было сосредоточено на автономных возможностях и мобильности, но сейчас все усилия будут направлены на подбор и расположение научных инструментов, которые возможно интегрировать в EELS. По задумке авторов, робот должен быть максимально прост в сборке и изменении конфигурации. Инженеры надеются в ближайшее время решить все проблемы и запустить первого космического червя за приделы Земли!
Читать TechDigest в Google
