Mød en familie med NASA-pladsrobotter

Klatroboten LEMUR hviler efter skalering af en klippe i Death Valley, Californien i begyndelsen af ​​2019. Roboten bruger speciel gribeteknologi, der har hjulpet med til at føre til en række nye offroad-robotter, der kan udforske andre verdener. Billede via NASA / JPL-Caltech.

Fra at afsløre de første ledetråde med flydende vand på Mars til at krydse vores solsystem, har NASAs missioner været mildt sagt eventyrlige. Ranger 3 var NASAs første forsøg på at lande en rover på månen i 1962. Siden da har adskillige robotter fulgt Ranger 3 fra Jorden ud i rummet. Alligevel forbliver overfladerne på planeter og måner i vores solsystem stort set uudforskede, delvis fordi nuværende rumrobotter ikke har været i stand til at skalere klipper, gribe iskolde overflader og ellers erobre steder, der er vanskelig at nå.

Denne måned (10. juli 2019) beskrev NASAs Jet Propulsion Laboratory sit arbejde med en ny familie af robotter, der kan rulle, klatre og bruge kunstig intelligens (AI) til at navigere rundt i forhindringer i uslebne terræn. Disse robotter testes i øjeblikket på Jorden og sendes senere til steder, som ellers er utilgængelige af mennesker, hvilket hjælper forskere med at gøre meningsfulde videnskaber undervejs.

En lille klatrerobot ruller op ad en væg, griber fast med fiskekroge - teknologi tilpasset fra LEMURs gribe fødder. Billede via NASA / JPL-Caltech.

Denne nye klasse af rumrobotter vil have funktionaliteter inspireret af Limbed Excursion Mechanical Utility Robot (LEMUR), som oprindeligt blev udtænkt som en reparationsrobot for den internationale rumstation. I videoen nedenfor beskriver NASA LEMURs sidste feltprøve i Death Valley, Californien, i begyndelsen af ​​2019. Roboten brugte hundreder af fiskekroge til at klatre på vægge og AI for at undgå forhindringer, som den ikke kunne klatre på. Den brugte også sin pakke med videnskabelige instrumenter til at scanne klippen efter gamle fossiler, og som videoen forklarer, fandt den nogle!

En direkte anvendelse af denne LEMUR-feltundersøgelse ville være at søge efter biosignaturer - stoffer, der giver bevis på liv - på planeten Mars, måske i søebedrifter, der menes at have tegn på Marsliv fra den fjerne fortid.

Mens LEMUR ikke selv vil blive sendt ud i rummet, indtog ingeniørerne meget af dens AI og strukturelle funktioner i den næste generation af robotter, der vil fungere som vores øjne og ører over Jorden. Hver af dem har unikke funktioner indbygget i den til at tackle hårde forhold og usikre miljøer. Fortsæt med at læse, for at møde denne nye generation af rumforskere.

Ice Worm blev sat til sin første feltprøve i hulvæggene ved Mount St. Helens i august 2018. Roboten blev belagt med et reb for at sikre, at den ikke blev ødelagt, hvis den faldt. Billede via NASA / JPL-Caltech.

Isorm

Ingeniører ved NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien, udvikler en robot kaldet Ice Worm i et forsøg på at navigere på glatte overflader. Sandt til sit navn komprimerer roboten - tilpasset fra en enkelt LEMUR-lem - sin krop, inden den forlænges for at bevæge sig fremad. Den fortsætter en tomme ad gangen ved at bore den ene ende af en lem i en iskold overflade, bruger et greb til at stabilisere sig selv og bringer derefter den anden lem ind i den første ved hjælp af den samme teknik.

For at bevæge sig fremad skrues den af ​​en fod, forlænger kroppen og skruer den tilbage i isen et par meter foran. Ved hjælp af trykfølerne, der instruerer det, hvor svært det er at bore i isen, gentager det dette igen og igen for at inchworm frem. Ice Worm bruger også denne metode til at forankre sig selv, mens den analyserer overfladen under for at opsamle materiale i benene, der kan bruges til at teste saltholdighedskoncentrationer i mikrobiel liv.

Aaron Parness, ingeniør hos JPL, har trænet Ice Worm i de fjerntliggende regioner i Antarktis, som er det hårdeste sted, de kunne finde på Jorden. Den glatte is sammen med det barske miljø vil forberede roboten til lignende forhold på månerne fra Jupiter og Saturn. Et andet sæt tests er foret på gletschere på Mt. Rainier i Seattle. Parness kommenterede:

Felttest viser dig ting, der er svært at lære i laboratoriet.

Denne 1, 4 meter lange (4, 6 fod) lange robot udstyres også med mønstergenkendelse og maskinlæring - aspekter af AI, der giver den mulighed for at lære af tidligere fejl og træffe optimale beslutninger. Robotten bliver nødt til at undersøge mønstre, der er efterladt af livet i huleformationer. For at gøre det, skal det være lille og mobil nok til at køre gennem hulen tiny tiny tiny tiny tiny tiny tiny tiny tiny tiny tiny tiny tiny tiny tiny. Til dette arbejder Parness og hans team på miniaturiseret fjernmåling og dataanalyseinstrumenter, som Ice Worm kan bære som en rygsæk. Når de er klar, sendes robotter af denne art til de iskaldte måner fra Saturn og Jupiter for at bringe prøver tilbage til yderligere analyser.

Læs mere om Ice Worm

RoboSimian under en feltprøve i Californien. Billede via NASA / JPL-Caltech.

RoboSimian

Mens denne firbenede robot også er inspireret af LEMUR i sin størrelse og opbygning, har RoboSimian smidige hjul lavet af musiktråd i modsætning til LEMURs gripende, og har således større fleksibilitet på ujævne terræn. Dette koncept materialiseredes først som en del af DARPA Robotics Challenge, der fremmede robotteknologi til katastrofeberedskabsoperationer. Robotten er bygget og trænet til at fungere i farlige miljøer, så det er ikke overraskende, at RoboSimian - en firbenet robot, der kan gå, kravle, glide på sin mave og endda gøre vogn - sandsynligvis vil blive sendt til Saturns måne Enceladus. Saltvandhavene er teoretiseret for at være til stede under den iskolde overflade af den fjerne måne. Dens gejsere kan også indeholde tegn på mikrobiel liv.

Kælenavnet King Louie efter en figur i filmen "Jungle Book" er RoboSimian udstyret med spektroskopiske instrumenter, der kunne udforske Enceladus 'polære regioner.

Læs mere om RoboSimian

NASA-ingeniører blev inspireret af gekko-fødder, som dem, der er vist her, til at designe et gribesystem til rummet. Ligesom en geckos fod har små klæbende hår, så inkorporerer JPL-enheder små strukturer, der fungerer på lignende måder. Billede via NASA / Wikimedia Commons.

Bygning af robotter på gekko-måde

Du kan kun bruge bånd så mange gange, før vedhæftningen slides. Gekkoer på den anden side tilbyder inspiration til lim, der klæber, selv efter flere anvendelser. Disse små øgler har hår på fødderne, så de let kan klamre sig fast på en væg. Parness og hans team designet en robot med lignende funktioner - gecko-inspirerede klæbemidler - syntetisk hår, der klæber til enhver overflade.

Disse griber kan opretholde op til 150 Newton kraft og er testet i simulerede mikrogravitationsmiljøer. Selve geckomaterialet blev testet 300.000 gange for at sikre, at klæbrigheden ikke slides. Denne robot vil en dag reparere satellitter, servicere dem og endda snappe pladsaffald.

Læs mere om gecko-inspirerede robotgribere

Underwater Gripper på arbejde. Billede via Nautilus.

Gribere under vandet

Endnu en robot inspireret af LEMUR, Underwater Gripper, adopterede LEMUR's 16 fingre og 250 fiskekroge for at holde fast på overflader og bore i formationer. Dette er især nyttigt i miljøer, hvor der er lidt til ingen tyngdekraft, især under vand, hvor borens kraft kan skubbe roboten væk.

Fra nu af arbejder robotten med Nautilus - et undersøisk undersøisk fartøj - for at indsamle prøver fra vand, der ligger en kilometer under overfladen. Til sidst sendes det muligvis for at udforske overfladerne på asteroider og andre lignende kroppe.

Læs mere om gribere under vandet

NASAs Mars-helikopter i NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien. Billede via NASA / JPL.

En helikopter, der vil gøre mere end bare at flyve

En lille solenergidrevet helikopter følger Mars 2020-roveren. Arash Kalantari, en JPL-ingeniør, modificerede LEMUR's design til at opbygge en robot, der lander ikke bare vandret, men også lodret ved at klamre sig fast til klipper som en Dragonfly.

MiMi Aung, projektleder for Mars helikopter ved NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien, sagde:

Ingen har bygget en Mars-helikopter før, så vi går kontinuerligt ind på nyt territorium.

Mars-helikopteren forventes at nå Mars inden februar 2021 og vil foretage geologiske vurderinger på landingsstederne, vurdere naturressourcer og farer for fremtidige rumopgaver.

Læs mere om Mars-helikopteren

Nederste linje: En ny klasse af rumrobotter har funktionaliteter inspireret af Limbed Excursion Mechanical Utility Robot (LEMUR). Mens hvert design er unikt i sine evner, er der et fælles mål, der forener dem alle: Jakten på liv ud over Jorden.

Via NASA