Космічний змій, що змінює форму: робот NASA EELS робить революцію в позаземних дослідженнях

У лабораторії реактивного руху NASA тестують універсального робота, який буде автономно картографувати, пересуватися та досліджувати раніше недоступні пункти призначення. Як створити робота, який може відвідувати місця, які ніхто раніше не бачив, — самостійно, без участі людини в реальному часі? Команда з Лабораторії реактивного руху НАСА, яка створює робота, схожого на змію, для пересування по екстремальній місцевості, приймає виклик із менталітетом стартапу: будуйте швидко, часто тестуйте, вчіться, коригуйте, повторюйте.

Самохідний автономний робот під назвою EELS (скорочення від Exobiology Extant Life Surveyor) був натхненний бажанням шукати ознаки життя в океані, що ховається під крижаною корою супутника Сатурна Енцелада, спускаючись у вузькі отвори на поверхні. що викидають гейзери в космос. Незважаючи на те, що тестування та розробка тривають, проєктування для такого складного призначення призвело до створення робота з високою адаптацією. EELS може вибрати безпечний курс через широкий спектр рельєфу на Землі, Місяці та далеко за їх межами, включаючи хвилястий пісок і лід, стіни скель, кратери, надто круті для марсоходів, підземні лавові труби та лабіринти всередині льодовиків.

Члени команди з JPL тестують робота-змії під назвою EELS на гірськолижному курорті в горах Південної Каліфорнії в лютому. EELS, розроблений для визначення навколишнього середовища, розрахунку ризиків, подорожей і збору даних без людського втручання в режимі реального часу, може зрештою досліджувати пункти призначення по всій Сонячній системі. Авторство: NASA/JPL-Caltech

«Він має можливість переходити в місця, куди інші роботи не можуть потрапити. Хоча деякі роботи краще справляються з тим чи іншим типом рельєфу, ідея EELS полягає в здатності робити все», — сказав Метью Робінсон з JPL, керівник проєкту EELS. «Коли ви йдете в місця, де ви не знаєте, що ви знайдете, ви хочете надіслати універсального, усвідомлюючого ризики робота, який готовий до невизначеності та може приймати рішення самостійно».

Команда проекту почала будувати перший прототип у 2019 році та постійно вносила зміни. З минулого року вони щомісяця проводять польові випробування та вдосконалюють як апаратне, так і програмне забезпечення, яке дозволяє EELS працювати автономно. У своїй поточній формі, яка отримала назву EELS 1.0, робот важить близько 220 фунтів (100 кілограмів) і має довжину 13 футів (4 метри). Він складається з 10 однакових сегментів, які обертаються, використовуючи гвинтові різьби для руху, тяги та зчеплення. Команда випробувала різноманітні гвинти: білі пластикові гвинти діаметром 8 дюймів (діаметр 20 сантиметрів), надруковані на 3D-принтері, для тестування на рихлій місцевості та вужчі, гостріші чорні металеві гвинти для льоду.

Як EELS мислить і рухається

Через час затримки зв’язку між Землею та глибоким космосом EELS розроблено для автономного визначення навколишнього середовища, розрахунку ризиків, подорожей та збору даних за допомогою наукових інструментів, які ще не визначені. Коли щось піде не так, мета полягає в тому, щоб робот відновився сам, без допомоги людини.

«Уявіть собі автомобіль, який їде автономно, але немає ні стоп-сигналів, ні світлофорів, ні навіть доріг. Робот має з’ясувати, що таке дорога, і спробувати слідувати нею», – сказав керівник проєкту з автономності Рохан Таккер. «Тоді він повинен опуститися на 100-футове падіння і не впасти».

EELS створює 3D-карту свого оточення за допомогою чотирьох пар стереокамер і лідара, який схожий на радар, але використовує короткі лазерні імпульси замість радіохвиль. За допомогою даних із цих датчиків навігаційні алгоритми визначають найбезпечніший шлях. Мета полягала в тому, щоб створити бібліотеку «ходів» або способів, якими робот може рухатися у відповідь на виклики місцевості, від повороту набік до скручування на самому собі, рух, який команда називає «банан».

У своїй остаточній формі робот міститиме 48 приводів – по суті невеликих двигунів – які нададуть йому гнучкості для прийняття різноманітних конфігурацій, але додадуть складності як апаратним, так і програмним командам. Таккер порівнює приводи з «48 рульовими колесами». Багато з них мають вбудований датчик сили та крутного моменту, який працює як своєрідна шкіра, тому EELS може відчути, яку силу він прикладає до місцевості. Це допомагає йому рухатися вертикально у вузьких жолобах із нерівною поверхнею, налаштовуючись на те, щоб водночас натискати на протилежні стіни, як скелелаз.