Когда речь идёт о
космических роботах, представляются мобильные роботы-исследователи с
манипуляторами для забора инопланетного грунта: луноходы, марсоходы и
т.п. Однако, на Международной космической станции (МКС) уже работают
роботы несколько других типов, о которых пойдёт речь в этой статье.
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.