Лаборатория реактивного движения НАСА (JPL) создала самоходную автономную роботизированную змею, предназначенную для исследования экстремальных внеземных ландшафтов. Его первая в своем роде двигательная установка означает, что он может смело идти туда, где еще не была ни одна роботизированная змея.
Змея-робот называется Exobiology Extant Life Surveyor (EELS) и была вдохновлена желанием ищите жизнь глубоко на ледяном спутнике Сатурна, Энцеладе.
В середине-конце 2000-х годов, когда космический аппарат «Кассини» отправил на Землю изображения Энцелада, одного из 83 спутников Сатурна, ученые обнаружили, что он активен и скрывает под своей корой соленый океан жидкой воды, который лишь горстка известных миров. Что уникально в Энцеладе, который достаточно мал, чтобы поместиться в длину Соединенного Королевства, так это то, что он постоянно выбрасывает в космос шлейфы ледяных частиц из этого океана, смешанных с водой и простыми органическими химическими веществами.
Исследование этих шлейфов и узких отверстий, из которых они выходят, побудило к разработке EELS. Строительство прототипа началось в 2019 году и регулярно обновлялось. С 2022 года команда JPL ежемесячно проводит полевые испытания, чтобы доработать аппаратное и программное обеспечение робота, чтобы он мог работать автономно.
Текущая версия EELS имеет длину 13 футов (4 м) и весит около 220 фунтов (100 кг). Его 10 идентичных вращающихся сегментов используют головки винтов для движения и захвата. Команда EELS экспериментировала с различными винтами для использования на разных участках: пластиковые винты, напечатанные на 3D-принтере, для более рыхлой местности и более острые металлические винты для льда.
Команда протестировала EELS на заснеженной «площадке для роботов» на горнолыжном курорте в Южной Калифорнии, на крытом катке и на песчаной местности. Поскольку с EELS они вышли на новую территорию, процесс тестирования был учебным.
Первый прототип EELS проходит испытания на катке в ПасаденеNASA/JPL-CalTech
«У нас другая философия разработки роботов, чем у традиционных космических кораблей, с множеством быстрых циклов тестирования и исправления», — сказал Хиро Оно, главный исследователь JPL. «Существуют десятки учебников о том, как спроектировать четырехколесный транспорт, но нет ни одного учебника о том, как спроектировать автономного робота-змею, чтобы смело идти туда, куда раньше не ступал ни один робот. Мы должны написать свой собственный».
Учитывая задержку связи между Землей и дальним космосом, способность EELS работать автономно очень важна. Если он столкнется с проблемой, он должен быть в состоянии восстановиться самостоятельно, не полагаясь на помощь человека.
«Представьте, что автомобиль едет автономно, но на нем нет ни знаков остановки, ни светофоров, ни даже дорог», — сказал Рохан Таккер, руководитель проекта по автономии. «Робот должен понять, что такое дорога, и попытаться следовать по ней. Затем он должен спуститься с высоты 100 футов [30 м] и не упасть».
Чтобы помочь с автономностью, EELS использует четыре пары стереокамер и LiDAR (обнаружение света и определение дальности) для создания трехмерной карты своего окружения. LiDAR определяет дальность, нацеливаясь на поверхность или объект с помощью лазера и измеряя время, необходимое для того, чтобы отраженный свет вернулся к приемнику. EELS использует эту информацию для создания навигационных алгоритмов, чтобы ему было легче преодолевать сложные пространства.
Чтобы проверить картографические возможности EELS, в прошлом году команда JPL сбросила голову робота — часть, которая содержит камеры и LiDAR — в вертикальную шахту на леднике Атабаска в канадских Скалистых горах. Они вернутся на ледник в сентябре с обновленной версией EELS, чтобы посмотреть, как у них дела.
Окончательная форма EELS будет содержать 48 маленьких двигателей (приводов), которые обеспечат большую гибкость. Многие из них имеют встроенное определение силы и крутящего момента, что позволяет EELS «чувствовать», какое давление он оказывает на местность. Это поможет ему перемещаться по неровным поверхностям в узких местах, как это делает скалолаз, пробираясь вверх или вниз, отталкиваясь от противоположных стен.
Следующий шаг – использование научных инструментов.
«До сих пор наше внимание было сосредоточено на автономных возможностях и мобильности, но в конечном итоге мы рассмотрим, какие научные инструменты мы можем интегрировать с EELS», — сказал Мэтью Робинсон, руководитель проекта EELS. «Ученые говорят нам, куда они хотят отправиться, что их больше всего волнует, а мы предоставим робота, который доставит их туда».
Приспособляемость EELS означает, что, помимо Энцелада, робот змею можно использовать для исследования полярных шапок Марса или глубоких ледяных трещин на нашей собственной планете.
Однако пройдет какое-то время, прежде чем УГРЯ будут скользить по ландшафту других планет. Ученые надеются, что робот будет готов к осени следующего года, однако ожидается, что космический корабль, который доставит EELS к Энцеладу, продлится десять лет.
Видео ниже, снятое Лабораторией реактивного движения НАСА, показывает EELS тестируется в различных средах.
Тестирование нового робота-змеи от JPL
