Astronaut Luca mærker kraften, for at fremme roverkontrol

ESA-astronaut Luca Parmitano har skrevet robothistorie, når ud fra den internationale rumstation i kredsløb om Jorden med 8 km/s, at styre en jordbaseret rover, udstyret med en avanceret griber, der har den samme bevægelighed og fingerfærdighed som en menneskelig hånd.

Denne griber var i stand til at opsamle og indsamle stenprøver fra det falske månemiljø. I fremtiden kan et sammenligneligt system meget vel blive brugt til at udforske fremmede miljøer, med astronauter, der kontrollerer overfladerovere fra sikkerheden og komforten i et overfladehabitat eller et kredsende rumfartøj.

Analog-1 testprojektet, som blev afsluttet med denne to timers rum-til-jord-test den 25. november, havde flere tekniske mål. Høj blandt dem var at vurdere brugen af ​​'force-feedback'-kontroller - som et avanceret gaming-joystick, der skubber tilbage på deres bruger, give dem en følelse af berøring - i rummet, for at vurdere, om denne teknologi ville muliggøre højpræcisions robotstyring under vægtløse forhold.

"Forestil dig robotten som Lucas avatar på Jorden, give ham både syn og berøring, " siger ESA-ingeniør Kjetil Wormnes, i spidsen for Analog-1 testkampagnen. "Den var udstyret med to kameraer - et i sin hule hånd, den anden i en manøvredygtig arm - for at lade Luca og de fjerntliggende videnskabsmænd observere miljøet og få et nærbillede på klipperne."

Mens journalister så på, den Luca-kontrollerede rover afsluttede sin prøvetagningskampagne lige efter planen, krydser mellem en trio af prøvetagningssteder langs udfordrende smalle stier. Under udvælgelsen af ​​sten modtog Luca råd fra et team af geologiske eksperter baseret på European Astronaut Center (EAC) i Tyskland, simulering af en virkelighedsundersøgelse af overfladeudforskning.

"Vi fik gavn af Lucas tidligere træning gennem vores Pangea-program, give astronauter praktisk erfaring i geologi, " tilføjer Jessica Grenouilleau, Meteron projektleder hos ESA's Exploration Systems Group. "Det hjalp enormt med at have en effektiv diskussion mellem besætningen og forskerne."

Ud over, Luca kunne mærke, når robotten rørte jorden eller samlede en sten op, ved hjælp af en Sigma 7 force-feedback-enhed med seks frihedsgrader. Denne test var første gang, at en sådan enhed blev brugt på ISS til at styre en robot på jorden.

Tovejskontrolforbindelsen mellem roveren og ISS udvidet via kommunikationssatellitter i geostationær kredsløb til EAC og videre til hangaren, hvilket resulterer i en forsinkelse eller kommunikationsforsinkelse på 0,8 sekunder, som Luca skulle tage højde for, da han planlagde sine træk.

Hardwaren og softwaren, der blev brugt af Luca ombord på ISS, er udviklet af ESA's Human Robot Interaction Laboratory, baseret i ESA's tekniske hjerte i Holland, med støtte fra DLR German Aerospace Center's Institute for Robotics and Mechatronics – herunder integration af kontrolsoftware for at tilpasse systemets force-feedback og haptiske feedback til den uundgåelige tidsforsinkelse, der opleves i systemet.

ESA robotingeniør Thomas Krueger, leder HRI Lab, forklarer:"For dette udforskningsscenarie, med en forholdsvis kort tidsforsinkelse, vi har været i stand til at kombinere de relative fordele ved mennesker og robotter:et menneske for deres evne til at håndtere komplekse og ustrukturerede miljøer og beslutningstagning, og en fingernem robot, der er i stand til at klare barske miljøer og til præcist at udføre sin operatørs kommandoer.

"Ved at forbedre operatørens oplevelse med force-feedback og intuitive kontroller kan vi gøre tidligere umulige robotstyringsopgaver mulige, og åbne op for nye metoder til at udforske rummet. Vi er nu opsatte på at analysere data og feedback fra Luca for at se detaljerne om, hvordan han klarede sig, og find ud af, hvor vi kan forbedre og forberede fremtidige efterforskningsplaner."

Selve roveren blev også bygget af HRI Lab, påtager sig rollen som projektets nyttelastudvikler. For at etablere kommunikationsforbindelsen til ISS blev holdet støttet af EAC.

Analog-1 har været den seneste i rækken af ​​gradvist mere udfordrende menneske-robot-testkampagner, der involverer ISS, samlet kaldet Meteron—Multi-purpose End-to-End Robotic Operation Network. Den første 1 frihedsgrad force-feedback-test fandt sted tilbage i 2015 med ESA's Haptics-1 eksperiment, går videre til DLR's 2 frihedsgrader Kontur-2 året efter - avancerer nu til hele 6 frihedsgrader.

Det næste trin vil være en udendørs testkampagne på et månelignende landsted, planlagt til næste år. En rover ville undersøge og indsamle ægte sten i et operationelt scenarie, der ligner kompleksiteten af ​​en fuld mission på Månen.