Экзотические роботы-сферы
Самое лучшее для роботов в космическом пространстве то, что отсутствует сила тяжести. Так что робототехникам не нужно беспокоиться о таких вещах, как вес. Неприятная вещь для роботов в космическом пространстве тоже в том, что отсутствует сила тяжести. И ориентации и управление роботами становится проблемой. Чтобы тестировать алгоритмы автономной навигации и стыковочных маневров, с мая 2006 года на борту МКС находится набор роботов “СФЕРЫ” (SPHERES).
Действительно, роботы имеют форму, похожую на сферу, но SPHERES – аббревиатура, которая расшифровывается как “экспериментальные спутники, синхронно удерживающие взаимное положение“.
Каждая “сфера“, размером около 8-ми дюймов в диаметре имеет 18 сторон. На каждой “сфере“ установлено около 12 двигателей, питаемые сжатым углекислым газом, ультразвуковые и инфракрасные сенсоры, а также беспроводную связь, сообщающая “сферам“, где они находятся.
Сферы способны маневрировать достаточно точно, чтобы танцевать по кругу внутри МКС и смотреть, как третий робот-сфера попадает их танцующую компанию (см. видео).
Идея, отрабатываемая при помощи “сфер“, заключается в том, что множество малых спутников могут работать вместе гораздо эффективней, надежней и дешевле, чем один большой спутник.
Как “Робонавт 2“ помогает астронавтам в космосе
24 февраля 2011 г. космический челнок “Discovery” взлетел с мыса Канаверал, штат Флорида, неся на борту экипаж астронавтов, а также робота НАСА “Робонавт 2“, который стал первым роботом-гуманоидом в космическом пространстве.
НАСА разработало робота в рамках совместного проекта с компанией “General Motors”. Целью проекта было создание робота-помощника, который мог бы работать бок о бок с людьми. Неважно, являются ли они астронавтами в космосе или работниками заводов “General Motors” на Земле. Шаттл “Discovery” пристыковался к Международной космической станции (МКС), и “Робонавт 2“ стал постоянным членом экипажа. Он “живёт” и работает вместе с астронавтами, выполняя функции робота-помощника.
Астронавты установили робота на фиксированном пьедестале в одной из лабораторий МКС и используют его для выполнения таких задач, как щёлкать переключателями и удерживать инструменты.
Основная задача этого проекта - выяснить, какое влияние невесомость окажет на выполняемые роботом манипуляции. И также дать членам экипажа дополнительную пару рук. NASA надеется, что полученный опыт позволит в будущем модернизировать роботов, так что они смогут помогать астронавтам в более сложных задачах, в том числе в ремонте и научных миссиях за пределами МКС.
Робот может работать в автономном режиме, в режиме дистанционного управления, или в этих двух режимах одновременно.
В режиме дистанционного управления, астронавты на станции будет управлять роботом при помощи ноутбука, или при помощи джойстика. Робот может непосредственно управляется с Земли, с задержкой выполнения команд в несколько секунд.
Отправка в космос “Робонавта 2“ - большое событие для НАСА. Однако, возникает вопрос: действительно ли это является еще одним шагом в использовании роботов для замены человека в освоении космоса? Пока что, использование телеуправляемых и полуавтономных “промышленных” роботов (совсем не похожих на людей) имеет больший смысл. Опыт исследования других объектов Солнечной системы доказал, что, с точки зрения затрат и безопасности для людей, беспилотным миссиям с роботами-исследователями на сегодняшний день альтернативы нет. Конечно, NASA нравятся “аплодисменты в адрес своих роботов“.
Но роботы ещё не являются полноценной заменой человека на космической станции. Они могут, в лучшем случае, "быть товарищами, выполняющими вспомогательные функции". Пока ещё роботы не могут сравняться с человеком по манипуляционным и другим способностям.
Но роботы быстро догоняет. Одной из ключевых особенностей “Робонавта 2“ - его ловкие, человекоподобные руки. Каждая рука длиной порядка 80 см может удержать в земной гравитации
предмет массой 9 кг (см. видео).
Каждая кисть руки имеет 12 степеней свободы: 4 степени свободы в большой пальце, 3 степени свободы в указательном и среднем пальце и 1 степень свободы в безымянном пальце и мизинце. Пальцы робота имеют форму человеческих пальцев и управляется так же, как и человеческие пальцы сухожилиями.
Поэтому, и “Робонавт 2“ может использовать те же инструменты, что и астронавты. Робот буквально напичкан электроникой. В его голове установлено пять камер, а внутри туловища размещены 38 быстродействующих процессоров.
Руки “Робонавт 2“ работают несколько по-другому, чем руки аналогичных человекоподобных роботов. В существующих “сухожильно управляемых” роботизированных кистях, движение суставов управляется при помощи датчиков натяжения в каждом сухожилии. Другими словами, натяжение сухожилий превращается в необходимый вращающий момент.
Проблема в том, что в этой конструкции есть функциональная связь между натяжением сухожилий и перемещением сустава. В отсутствие силы тяжести, захваченная кистью руки масса не вызывает натяжения сухожилий, и возникают нарушения в движении пальцев. Инженеры НАСА и “General Motors” решили эту проблему на основе метода контроля вращающего момента в суставах.
Возможность контролировать вращающий момент имеет важное значение для “Робонавта 2“ и других космических роботов, потому что их руки будут взаимодействовать с объектами неожиданной формы и не всегда удобно расположенными. А промышленные роботы, наоборот, взаимодействуют с объектами известной формы в четко определенных пространственном положении.
Руки “Робонавта 2“ хорошо имитируют человеческие руки в их способности адаптироваться к изменению формы и положения захватываемых объектов. Эту возможность продемонстрировали НАСА: робот успешно пожал руку разным людям.
К сожалению, у “Робонавта 2“ “нет ножек” и он будет оставаться неподвижным внутри МКС. Но NASA планирует сделать робота ходящим на ногах и способным выполнять задачи за пределами космической станции.