Nauka w kosmosie: Robotyczni pomocnicy
Czas załogi jest cennym zasobem na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, a jego wartość tylko wzrośnie w przyszłych misjach kosmicznych. Jednym ze sposobów na maksymalne wykorzystanie czasu załogi jest wykorzystanie technologii robotycznej do pomocy członkom załogi w różnych zadaniach lub do całkowitej automatyzacji innych. Obecne badanie na stacji kosmicznej, JEM Internal Ball Camera 2, jest częścią trwających wysiłków na rzecz rozwoju tej technologii. Swobodnie pływająca, zdalnie sterowana kamera panoramiczna została wystrzelona na stację kosmiczną w 2018 roku, a niniejsze badanie przeprowadzone przez JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) demonstruje wykorzystanie kamery do autonomicznego przechwytywania wideo i zdjęć z działań badawczych. Obecnie członkowie załogi mają wyznaczony czas na robienie filmów i zdjęć z działań naukowych, które są ważnymi narzędziami dla badaczy. Pomyślna demonstracja technologii autonomicznego przechwytywania może ostatecznie zwolnić czas załogi. Badanie służy również jako platforma testowa dla innych zadań, które mogą wykonywać roboty. Trzy swobodnie latające roboty na stacji kosmicznej, znane jako Astrobees, wspierają wiele demonstracji technologii dla różnych rodzajów pomocy robotycznej w misjach eksploracji kosmosu i na Ziemi. Wyniki tych badań przyczyniają się do poprawy technologii robotycznej i jej potencjału. Misja SoundSee demonstruje wykorzystanie dźwięku do monitorowania sprzętu na statku kosmicznym za pomocą czujnika zamontowanego na Astrobee. Czujnik wykrywa anomalie w dźwiękach wydawanych przez systemy podtrzymywania życia, sprzęt do ćwiczeń i inną infrastrukturę. Anomalie dźwiękowe mogą wskazywać na potencjalne usterki. Wstępne wyniki tego badania podkreśliły różnicę między symulacjami a eksperymentami w przestrzeni kosmicznej i zauważyły, że niewielkie zmiany w symulowanym środowisku mogą przybliżać różnice w oczekiwanych i obserwowanych wartościach w środowisku docelowym1. Badanie pomaga również scharakteryzować źródła dźwięku w stale zmieniającym się krajobrazie akustycznym stacji kosmicznej, co może pomóc w przyszłym wykorzystaniu tej technologii. Projektowanie robotów do poruszania się po powierzchni Księżyca lub Marsa wiąże się ze szczególnymi wyzwaniami. Krajobraz może być szorstki i nierówny, wymagając od robota czasochłonnych objazdów, a gęsty regolit lub pył może ugrzęznąć w robocie i spalić dużo paliwa. Jednym z możliwych rozwiązań jest przeskakiwanie takich krajobrazów przez roboty. Badanie Astrobatics wykorzystuje Astrobees do zademonstrowania napędu poprzez manewr przeskakiwania lub samonaprowadzania przy użyciu manipulatorów przypominających ramiona. Podejście to może rozszerzyć możliwości pojazdów zrobotyzowanych do takich zadań, jak pomoc załogom w czynnościach wewnątrz- lub pozawejściowych, serwisowanie sprzętu, usuwanie śmieci orbitalnych, przeprowadzanie montażu na orbicie i eksploracja. Wyniki pokazują, że manewry self-toss mają większy zakres ruchu i zapewniają większe przemieszczenie z pozycji startowej2. W badaniu Gecko-Inspired Adhesive Grasping przetestowano klej do chwytania i manipulowania robotami przy użyciu specjalnego chwytaka na Astrobee. Gekony to rodzaj jaszczurek, które potrafią chwytać gładkie powierzchnie bez konieczności posiadania takich elementów, jak wgłębienia i wypustki. Zainspirowane tymi gadami chwytaki samoprzylepne, które sprawdziły się już w kosmosie, mogłyby pozwolić robotom na szybkie przyczepianie się i odczepianie od powierzchni, nawet na obiektach, które się poruszają lub obracają. Naukowcy donoszą, że kleje działały zgodnie z oczekiwaniami i zasugerowali pewne kwestie dotyczące ich przyszłego zastosowania, w tym uruchomienie nadmiarowych płytek samoprzylepnych i zapewnienie pełnego kontaktu kleju w mikrograwitacji3. Ponadto, w robotach wykorzystywanych do działań wewnątrz pojazdu lub spacerów kosmicznych, chwytaki gecko powinny być w stanie absorbować energię kinetyczną i kompensować niewspółosiowość. Chwytaki potrzebują również czujników, aby określić, kiedy wszystkie płytki stykają się z powierzchnią, aby można było zastosować napięcie w odpowiednim momencie. Śmieci kosmiczne obejmują satelity, które mogą zostać naprawione lub usunięte z orbity. Wiele z tych obiektów obraca się, co sprawia, że spotkanie i dokowanie z nimi jest wyzwaniem. Badanie ROAM wykorzystało Astrobees do zademonstrowania technologii obserwowania, jak cel się obraca i wykorzystania tych informacji do zaplanowania sposobów bezpiecznego dotarcia do niego. Wyniki symulacji potwierdziły dokładność metody przed eksperymentem4. Poprzednia technologia robotyczna, SPHERES, wykorzystywała sferyczne satelity wielkości kuli do kręgli do testowania lotów formacyjnych i algorytmów sterowania wieloma statkami kosmicznymi, a także do prowadzenia badań fizycznych i materiałoznawczych. Jedno z tych badań testowało autonomiczne manewry łączenia i dokowania. Technologia była w stanie poradzić sobie z coraz bardziej złożonymi scenariuszami, które dodawały statyczne i ruchome przeszkody5. Projekt wcześniejszego robota testowanego na stacji kosmicznej, Robonaut, przypominał człowieka. Miał tułów, ramiona z dłońmi podobnymi do ludzkich, głowę i nogi z efektorami końcowymi, które pozwalały mu poruszać się wewnątrz stacji kosmicznej. Podczas pobytu na stacji Robonaut przełączał przełączniki, usuwał osłony przeciwpyłowe i czyścił poręcze6. Badanie ISAAC połączyło Robonauta i Astrobees, aby zademonstrować technologię śledzenia stanu pojazdów badawczych, przenoszenia i rozpakowywania ładunków oraz reagowania na takie problemy, jak wycieki i pożary. Druga faza testów na pokładzie stacji koncentruje się na zarządzaniu wieloma robotami podczas transportu ładunku między stacją kosmiczną bez załogi a odwiedzającym ją statkiem towarowym. W trzeciej i ostatniej fazie testów zespół stworzy trudniejsze scenariusze błędów dla robotów i opracuje solidne techniki reagowania na anomalie. Te i inne badania nad robotyką przyczyniają się do sukcesu przyszłych misji, w których roboty mogłyby pomagać członkom załogi w różnych zadaniach, uwalniając ich czas i zmniejszając ryzyko związane z pracą poza statkami kosmicznymi i siedliskami. Zrobotyzowani asystenci mają również ważne zastosowania w trudnych i niebezpiecznych środowiskach na Ziemi. Przeszukaj tę bazę danych eksperymentów naukowych, aby dowiedzieć się więcej o tych wymienionych powyżej. Cytowania: 1 Bondi L, Chuang G, Ick C, Dave A, Shelton C, Coltin B, Smith T, Das S. Acoustic imaging aboard the International Space Station (ISS): Wyzwania i wstępne wyniki. ICASSP 2022 - 2022 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, Singapur, Singapur. 2022 maj; 5108-5112. (https://ieeexplore.ieee.org/document/9746256) 2 Kwok Choon ST, Romano M, Hudson J. Orbitalne manewry hoppingowe z Astrobee na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Acta Astronautica. 2023 June; 20762-76 (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0094576523000991?via%3Dihub) 3 Chen TG, Cauligi A, Suresh SA, Pavone M, Cutkosky MR. Testowanie klejów inspirowanych gekonami za pomocą Astrobee na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej: Przygotowanie technologii do pracy w kosmosie. IEEE Robotics and Automation Magazine. 2022 May 27; 2-11 (https://ieeexplore.ieee.org/document/9783137) 4 Oestreich CE, Espinoza AT, Todd J, Albee KE, Linares R. Inspekcja na orbicie nieznanego, obracającego się celu przy użyciu robotów Astrobee NASA. IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR) Workshops, 2021, Virtual Event. 2021 June 19-25; 2039-2047 (https://www.nasa.gov/mission/station/research-explorer/investigation/?#id=8324) 5 Chamitoff GE, Saenz-Otero A, Katz JG, Ulrich S, Morrell BJ, Gibbens PW. Optymalizacja manewrów robotów kosmicznych w czasie rzeczywistym w dynamicznym środowisku: Teoria i eksperymenty na orbicie. Acta Astronautica. 2018 January 1; 142170-183 (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0094576516300431?via%3Dihub) 6 Diftler MA, Ahlstrom TD, Ambrose RO, Radford NA, Joyce CA, De La Pena N, Parsons AH, Noblitt AL. Robonaut 2 - Początkowe działania na pokładzie ISS. 2012 IEEE Aerospace Conference, Big Sky, MT. 2012 pp.1-12. (https://ieeexplore.ieee.org/document/6187268)
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś artykuł! Obserwuj nas w Wiadomościach Google.
