На Луне есть сырье, которое человечество могло бы однажды добывать и использовать. Различные космические агентства, такие как Европейское космическое агентство (ЕКА), уже планируют миссии по более глубокому изучению спутника Земли и поиску полезных ископаемых. Это требует наличия соответствующих разведывательных транспортных средств. Швейцарские исследователи во главе с ETH Zurich в настоящее время разрабатывают идею отправить в исследовательский тур не просто один марсоход-одиночку, а целую команду транспортных средств и летательных аппаратов, которые дополняют друг друга.
Исследователи оснастили три ANYmal — типа ножных роботов, разработанных в ETH, — целым рядом измерительных и аналитических приборов, которые потенциально могли бы сделать их подходящими исследовательскими устройствами в будущем. Они протестировали этих роботов на различных территориях Швейцарии и в Европейском инновационном центре космических ресурсов (ESRIC) в Люксембурге, где несколько месяцев назад швейцарская команда выиграла европейский конкурс роботов для исследования Луны вместе с коллегами из Германии. Соревнование включало в себя поиск и идентификацию минералов на испытательном полигоне, смоделированном по образцу поверхности Луны. В последнем номере журнала Science Robotics ученые описывают, как они исследуют неизвестную местность с помощью команды роботов.
Страхование от неудачи
«Использование нескольких роботов имеет два преимущества», — объясняет Филип Арм, докторант в группе, возглавляемой профессором ETH Марко Хаттером. «Отдельные роботы могут брать на себя специализированные задачи и выполнять их одновременно. Более того, благодаря своей избыточности команда роботов способна компенсировать неудачу товарища по команде». Резервирование в данном случае означает, что важное измерительное оборудование установлено на нескольких роботах. Другими словами, избыточность и специализация являются противоположными целями. «Получение преимуществ от того и другого — это вопрос нахождения правильного баланса», — говорит Арм.
Исследователи из ETH Zurich и университетов Базеля, Берна и Цюриха решили эту проблему, оснастив двух двуногих роботов в качестве специалистов. Один робот был запрограммирован так, чтобы особенно хорошо составлять карты местности и классифицировать геологию. Он использовал лазерный сканер и несколько камер — некоторые из них способны к спектральному анализу — для сбора первоначальных сведений о минеральном составе породы. Другого робота-специалиста научили точно идентифицировать горные породы с помощью рамановского спектрометра и микроскопической камеры.
Третий робот был универсалом: он мог как составлять карту местности, так и идентифицировать скалы, что означало, что у него был более широкий круг задач, чем у специалистов. Однако его оборудование означало, что он мог выполнять эти задачи с меньшей точностью. «Это позволяет завершить миссию, если какой-либо из роботов выйдет из строя», — говорит Арм.
Комбинация является ключевой
На конкурсе ESRIC и ESA Space Resources Challenge жюри было особенно впечатлено тем, что исследователи встроили избыточность в свою исследовательскую систему, чтобы сделать ее устойчивой к потенциальным сбоям. В качестве приза швейцарские ученые и их коллеги из Исследовательского центра информационных технологий FZI в Карлсруэ получили контракт на проведение исследований сроком на один год для дальнейшего развития этой технологии. В дополнение к роботам на ножках, в этой работе также будут задействованы роботы на колесах, основываясь на опыте исследователей FZI с такими роботами.
«Двуногие роботы, подобные нашему ANYmal, хорошо справляются со скалистой и крутой местностью, например, когда дело доходит до спуска в кратер», — объясняет Хендрик Кольвенбах, старший научный сотрудник группы профессора Хаттера. Роботы с колесами находятся в невыгодном положении в подобных условиях, но они могут быстрее передвигаться по менее сложной местности. Поэтому для будущей миссии имело бы смысл объединить роботов, отличающихся друг от друга способом передвижения. Летающие роботы также могут быть добавлены в команду.
Исследователи также планируют сделать роботов более автономными. В настоящее время все данные от роботов поступают в центр управления, где оператор распределяет задачи между отдельными роботами. В будущем полуавтономные роботы смогут напрямую назначать определенные задачи друг другу, предоставляя оператору возможность управления и вмешательства.