Было интересно, когда же роботы концепции Boston Dynamics уже перестанут плясать и займутся чем-то полезным. Похоже, это день настал. В Цюрихе решили отправить их на Луну.
Швейцарские исследователи оснащают роботов на ногах научными инструментами для поиска полезных ископаемых и ресурсов на Луне. Одной из основных сильных сторон этих роботов является их способность работать в команде: даже если один робот выходит из строя, миссия продолжается.
На Луне есть сырье, которое человечество однажды сможет добывать и использовать. По этой причине различные космические агентства, такие как Европейское космическое агентство (ЕКА), планируют полеты к спутнику Земли. Это требует соответствующих разведывательных транспортных средств. Под руководством ETH Zurich швейцарские исследователи реализуют идею отправки не одного одиночного вездехода, а целой группы транспортных средств, которые дополняют друг друга. Валентин Бикель из Центра космонавтики и обитаемости (CSH) Бернского университета — планетолог и член этой исследовательской группы. Бикель также является членом Национального центра компетенций в области исследований (NCCR) PlanetS.
Триумф в конкурсе космических ресурсов
Для этого исследователи оснастили трех роботов Anymal, разработанных в ETH Zurich, различными научными инструментами. Они протестировали роботов на различных типах ландшафта в Швейцарии, прежде чем вместе с командой роботов принять участие в ESA Space Resources Challenge, европейском конкурсе луноходов, организованном Европейским центром космических инноваций (ESRIC) в Люксембурге.
«Соревнование требовало, чтобы участвующие роботы находили и классифицировали конкретные минералы в местности, очень похожей на лунную поверхность», — объясняет Валентин Бикель. Участие в конкурсе было чрезвычайно успешным – исследователи из университетов Берна и Базеля, ETH Zurich и Цюрихского университета вместе с другими коллегами из Исследовательского центра информационных технологий FZI в Карлсруэ выиграли конкурс. Обширное межучрежденческое сотрудничество было тщательно спланировано: «Я работал с Лабораторией робототехнических систем в ETH в предыдущих проектах. Мы пригласили дополнительных членов, чтобы закрыть конкретные пробелы в знаниях в команде», — говорит Бикель. «Наш успех в этой задаче — отличное подтверждение нашего подхода к развертыванию не одного единственного робота, а группы роботов, которые поддерживают друг друга».
Совместная работа на Луне: специалисты и универсалы
В последнем выпуске журнала Science Robotics исследователи описывают, как они исследуют неизведанную местность с помощью команды роботов. «Использование нескольких роботов имеет два преимущества», — объясняет Филип Арм, аспирант кафедры машиностроения и технологического проектирования Швейцарской высшей технической школы Цюриха и ведущий автор исследования. «Отдельные роботы могут решать специализированные задачи и выполнять их одновременно. Более того, благодаря своей избыточности команда роботов может компенсировать неудачу товарища по команде». Резервирование в данном случае означает, что важные приборы устанавливаются на нескольких роботах. Другими словами, избыточность и специализация — это противоречащие друг другу качества. «Получение преимуществ обоих — вопрос поиска правильного баланса», — говорит Арм.
Исследователи решили эту проблему, оснастив двух роботов на ногах так называемыми "специалистами". Один робот запрограммирован так, чтобы он хорошо картографировал местность и классифицировал ее геологию. Он использует лазерный сканер и несколько камер, некоторые из которых способны проводить спектральный анализ, чтобы получить первоначальные сведения о минералогическом составе местности. Другой специализированный робот способен точно идентифицировать горные породы с помощью рамановского спектрометра и микроскопической мультиспектральной камеры. «Я участвовал в разработке некоторых инструментов, а также программного обеспечения и алгоритмов, используемых для анализа данных», — говорит Валентин Бикель.
Третий робот — универсальный: он может и картографировать местность, и характеризовать скалы, а значит, может охватывать более широкий круг задач, чем специалисты. Однако его менее специализированное оборудование позволяет выполнять эти задачи с меньшей точностью. «Избыточность в команде роботов позволяет завершить миссию, если какой-либо из роботов выйдет из строя», — говорит Арм.
Повышение автономии и комбинированных видов транспорта
На конкурсе космических ресурсов жюри было особенно впечатлено избыточностью, которую исследователи интегрировали в свою исследовательскую систему, чтобы сделать ее устойчивой к потенциальным сбоям. Выиграв конкурс, швейцарские исследователи вместе с коллегами из Исследовательского центра информационных технологий FZI в Карлсруэ получили годовой исследовательский контракт на общую сумму 500 000 евро для дальнейшего развития этой технологии.
В этом процессе будут использоваться не только роботы на ногах, но и роботы на колесах. Ноги-роботы остаются очень мобильными на каменистой и крутой местности, например, при спуске в кратер. В свою очередь, роботы с колесами могут быстрее передвигаться по более ровной местности. Поэтому для будущей миссии имеет смысл объединить роботов, различающихся по способу передвижения.
Кроме того, исследователи также планируют сделать роботов более автономными. В настоящее время все данные, генерируемые роботами, передаются в центр управления, где оператор назначает задачи отдельным роботам. В будущем полуавтономные роботы смогут напрямую назначать определенные задачи друг другу с возможностью контроля и вмешательства оператора. Одно можно сказать точно, исследователи не будут скучать: «Междисциплинарное общение и техническая реализация научных требований являются для меня одними из самых больших вызовов. Путь от «Я хотел бы иметь этот конкретный имиджевый продукт» до проектирования и интеграции необходимого аппаратного и программного обеспечения в сеть роботов долог!» говорит Бикель.
