ESA pomaga skupini študentov iz Züricha pri testiranju in razvoju njihovega skakajočega raziskovalnega robota. Robot, imenovan SpaceBok, je zasnovan za delovanje na telesih z nizko gravitacijo, kot so Luna ali asteroidi. Temelji na konceptu 'dinamične hoje', nekaj, kar uporabljajo živali na Zemlji.
Roverji, kot so Spirit, Opportunity in Curiosity, so opravili odlično delo pri raziskovanju Marsa. Toda ta kolesna vozila imajo svoje omejitve: nekatera mesta preprosto ne morejo priti. Kot drobna skakajoči robot MASCOT nam je na površini asteroida Ryugu pokazal, da imajo skakajoči roboti kaj ponuditi.
Skupina študentov iz institucij v Zürichu razvija enega najnaprednejših robotskih raziskovalcev doslej. SpaceBok je štirinožni robot, ki se testira v tehničnem centru ESTEC ESA na Nizozemskem. Celotno idejo navdihujejo astronavti, ki so odšli na Luno.
Ko so ameriški astronavti prispeli na Luno, so hitro ugotovili, da je skakanje naraven način gibanja. Zaradi nizke teže je bil učinkovit način pogona, vsaj za telesa z majhno maso.
'Za okolja z nižjo gravitacijo Lune, Marsa ali asteroidov se izkaže, da je takšen skok s tal zelo učinkovit način premikanja.'
Hendrik Kolvenbach iz laboratorija za robotske sisteme ETH Zürich
Ekipa študentov iz Züricha, ki jo vodi doktorski študent Hendrik Kolvenbach iz laboratorija za robotske sisteme ETH Zürich, že nekaj časa dela na RobotBoku. Njihova zasnova temelji na živalih, kot so jeleni in antilope (Sprinbok), in na tem, kako se v nekaterih okoliščinah hitro premikajo.
'Namesto statične hoje, pri kateri vsaj tri noge ves čas ostanejo na tleh, dinamična hoja omogoča hoje s polnimi fazami letenja, med katerimi vse noge ostanejo od tal,' je dejal Kolvenbach. izjava za javnost .
V preteklosti izdelava tovrstnih robotov ni bila mogoča. Toda napredek tehnologije omogoča njihov razvoj. 'Živali zaradi svoje učinkovitosti uporabljajo dinamične hoje, vendar so do nedavnega zaradi računske moči in algoritmov, potrebnih za nadzor, njihovo izvajanje na robotih težko,' je dejal Kolvenbach.
SpaceBok se testira v simulirani lunini gravitaciji. Oblikovalci pravijo, da bi SpaceBok lahko skočil do 2 metra (6 čevljev) v lunini gravitaciji, vendar bi potreboval reakcijsko kolo, da bi varno pristal. Zasluge za sliko: ETH Zurich/ZHAW Zurich
Ko so astronavti pristali na Luni, je bilo skakanje nagonski odziv na tamkajšnjo nizko gravitacijo. A bilo jim je lažje; ljudje imamo naravno ravnovesje. Za robote je treba to zmožnost natančno oblikovati in vgraditi, podobno kot vesoljsko plovilo.
»Astronavti, ki se gibljejo v eni šestini gravitacije Lune, so skakanje sprejeli instinktivno. SpaceBok bi se lahko v lunini gravitaciji dvignil do 2 m, čeprav taka višina predstavlja nove izzive. Ko pade s tal, se mora robot z nogami stabilizirati, da se spet varno spusti – v bistvu se na tej točki obnaša kot mini vesoljsko plovilo,« pravi član ekipe Alexander Dietsche.
'Torej smo uporabili eno od metod, ki jih običajni satelit uporablja za nadzor svoje orientacije, imenovano reakcijsko kolo . Lahko ga pospešimo in upočasnimo, da sprožimo enako in nasprotno reakcijo v samem SpaceBoku,« pojasnjuje član ekipe Philip Arm.
Čeprav lahko ljudje in živali skačejo z naravno lahkoto, ima skakalni robot, kot je SpaceBok, nekaj prednosti. Lahko hrani energijo.
'Poleg tega imajo noge SpaceBoka vzmeti za shranjevanje energije med pristankom in jo sprostijo ob vzletu, kar znatno zmanjša energijo, potrebno za doseganje teh skokov,' dodaja drugi član ekipe, Benjamin Sun.
Čeprav ekipa meni, da bi SpaceBok na Luni lahko skočil do višine 2 metra (6,5 čevljev), še niso tam. Do zdaj so v simulirani lunini gravitaciji dosegli višino 1,3 (4,2 ft) metra.
Preskuševalni objekt na Nizozemskem omogoča ekipi simulacijo različnih gravitacijskih okolij. Na asteroidih lahko robot skoči tudi višje od 2 metra in to za daljša obdobja, vendar to zahteva še boljši nadzor za varne pristanke.
Med testiranjem je SpaceBok pritrjen na nagnjeno tirnico. S spreminjanjem naklona tirnice lahko preizkuševalci posnemajo različne pogoje gravitacije. Zasluge za sliko: ETH Zurich/ZHAW Zurich
Drugi test je uporabil izjemno ravno površino, imenovano Orbitalna robotska klop za integrirano tehnologijo (ORBIT.) ORBIT lahko preizkusi SpaceBok v dveh dimenzijah. V tem testu je bil robot postavljen na bok in pritrjen na prosto lebdečo podlago. Nato se je po ORBITI odbijal z druge strani na drugo, da bi simuliral izjemno nizko gravitacijo asteroidov.
SpaceBok nameščen na boku v ORBIT. Ko se je z nogami odbijal od sten iz vezanega lesa, je lahko simuliral delovanje na objektih z izjemno nizko gravitacijo, kot so asteroidi. Zasluge za sliko: ETH Zurich/ZHAW Zurich
Testiranje za SpaceBok poteka dobro. Toda vse to je ravna površina, privezano testiranje v laboratorijskih pogojih. Ekipa je opravila nekaj testiranj na neravnih površinah na ESA Mars Yard, vendar potrebuje več testiranja z ovirami, ki jih je treba preskočiti. Nekaj od tega bo sčasoma narejeno na prostem.
Viri:
- Izjava za javnost: Skoki vesoljski robot leti kot vesoljsko plovilo
- TO: Avtomatizacija in robotika
- Vesolje danes: Nemško-francoski skakajoči robot je pravkar pristal na površini asteroida Ryugu