Uzaydaki astronot, yer tabanlı gezgini başarıyla kontrol ediyor

İnsanın en iyi arkadaşı bir köpekse, gelecekte astronotların en yakın arkadaşları pekâlâ geziciler olabilir. ESA, Alman Havacılık ve Uzay Merkezi DLR ve Avrupa akademisi ve endüstrisinden bir araştırma ekibi tarafından yörüngedeki astronotların gezegen yüzeylerini keşfeden gezicileri kontrol etmesine izin veren bir teknik, Uluslararası Uzay İstasyonu’ndan komuta edilen Dünya tabanlı bir gezici oturumuyla sonuçlandı. Dergide yayınlanan bir makale Bilim Robotik dergi bu hafta sonuçlarını detaylandırıyor.

DLR’den Aaron Pereira, “Bu, uzaydaki bir astronotun yerdeki bir robotik sistemi bu kadar sürükleyici, sezgisel bir şekilde kontrol etmeyi ilk kez başarmasıdır” diyor.

“6 serbestlik dereceli kontrol arayüzümüz, astronotun gezicinin hissettiğini, hatta dokunduğu kayaların ağırlığına ve uyumuna kadar deneyimleyebilmesi için kuvvet geri bildirimi içerir. Bunun yaptığı şey, bant genişliği sınırlamalarını, zayıf aydınlatmayı telafi etmeye yardımcı olur. veya gerçek bir daldırma hissi vermek için sinyal gecikmesi – astronotun olay yerindeymiş gibi hissetmesi anlamına gelir.”

Robotların yükü almasına izin verin

ESA’nın İnsan Robot Etkileşim Laboratuvarı’na başkanlık eden robot mühendisi Thomas Krueger şunları ekliyor: “Robotlara bilinen, yapılandırılmış ortamlarda sınırlı özerklik verilebilir, ancak bilinmeyen, yapılandırılmamış ortamlarda örnek toplama gibi keşif görevlerini yürüten sistemler için bir tür “insan” “Döngü” gözetimi zorunlu hale geliyor, ancak iletim sürelerinin ışık hızıyla kısıtlanmasıyla birlikte, sinyal gecikmesinin doğasında bulunan sorun nedeniyle doğrudan kontrol mümkün olmadı.

“Bu yüzden, Ay, Mars veya diğer gezegen cisimlerinin yörüngesinde güvenli ve rahat bir şekilde kalan, ancak yüzeydeki gezicilerin doğrudan gözetimi için yeterince yakın olan – insanın esneklik ve doğaçlama güçlerini birleştirerek – insanların kavramı üzerinde çalışıyoruz. komutlarını tam olarak yerine getirmek için yerinde sağlam, hünerli robot.”

ESA’nın HRI Laboratuvarı’ndan ve DLR’nin Robotik ve Mekatronik Merkezi’nden bir ekip, önce Dünya’da, ardından yörüngeye uzanan, giderek daha karmaşık bir dizi test üzerinde işbirliği yaptı.

Thomas, “Sonunda uzaydan fizibilite deneyleri yapmamız gerekiyordu çünkü geçmiş araştırmalar ağırlıksızlığın kuvvet ve hareket görevleri sırasında insan performansını düşürebileceğini gösteriyor” diye ekliyor. “Bu ve diğer benzersiz çevresel faktörler, Dünya tabanlı simülasyonların yeterli olmayacağı anlamına geliyordu.”

Çabaları 2019’un sonlarında Analog-1 deneyinin ilk bölümünde doruğa ulaştı. ISS’deki Astronot Luca Parmitano, kayaları incelemek ve numune toplamak için Hollanda’nın Valkenburg kentindeki bir hangarda sahte bir ay ortamında kavrayıcı donanımlı ESA Interact gezicisini kullandı. . İki saatlik uzaydan yere testi, ortalama 0,8 saniyeden fazla olan iki yönlü bir sinyal gecikmesinin ve %1 artı veri paketi kaybı oranının üstesinden gelerek başarılı oldu.

Zaman faktörünü çözme

Aaron, “UUU yörüngede yalnızca 400 km tepede olmasına rağmen, sinyalleri sabit telekom uyduları aracılığıyla Dünya’ya, ardından transatlantik bir kablo aracılığıyla Teksas’tan Avrupa’ya aktarılıyor” diye açıklıyor.

“DLR’deki ekibimiz, bu gecikme süresine rağmen istikrarlı bir temelde çalışabilecek bir kontrol algoritması tasarlamak zorunda kaldı. Operatör tarafından alınan kuvvet geri bildiriminde bir gecikme olduğu için, robot vurduktan sonra bile robotu daha fazla hareket ettirmeye devam edebilirler. Bu, robotun kontrol cihazıyla senkronizasyonunun bozulmasına, potansiyel olarak deli gibi titreşmesine, hatta belki de kendisine zarar vermesine neden olabilir.

“Bunun olmasını önlemek için, ‘pasiflik’ adı verilen bir kavram kullanıyoruz – bir operatörün harcadığı toplam enerji miktarına bakıyoruz ve uzak tarafta robotun bundan daha fazla enerji vermediğinden emin oluyoruz ve bunun tersi de geçerli. . Tıpkı bir çocuğu salıncakta ittiğinizde, asla ilk vuruştan daha yükseğe çıkamayacaklar – ve sürtünme vb.

“Örneğin, robot kol hareket ettiğinde ve aniden bir kayaya çarptığında, hareket etmek astronotun komuta etmediği ekstra enerji alacaktır, bu yüzden kolu yavaşlatmak için komut enerjisini bir kerede azaltıyoruz. Ardından, 850 mikrosaniyeden sonra gecikme, astronot kayayı hissettiğinde, onu itmek için ekstra enerji eklemeyi seçebilirler.

“Bu ‘Yüksek Gecikme için Zaman Alanı Pasiflik Yaklaşımı’ tekniği pratikte çok sezgiseldir ve daha yüksek gecikme süreleriyle de iyi çalışabilmelidir.”

Etna Dağı’nda sonraki adımlar

Thomas şu sonuca varıyor: “Şimdiye kadar yapılan çalışmanın ana sınırlaması, iç mekan analog ay ortamımızın gerçekçilikten yoksun olmasıdır. Dolayısıyla bu yaz Analog-1’in ikinci bölümünün İtalya’daki Etna Dağı’nın volkanik yamaçlarında bir olarak adlandırılan daha büyük uluslararası robotik test kampanyası KEMERLER.

“Luca Parmitano bir kez daha Interact gezicisini bu sefer yerden 1G’de kontrol edecek.”