Astronauta en el espacio controla con éxito un rover basado en Tierra


Si el mejor amigo del hombre es el perro, entonces, en el futuro, los compañeros más cercanos de los astronautas podrían ser los rovers. Un equipo de investigación de la ESA, el Centro Aeroespacial Alemán DLR y la industria y el mundo académico europeo ha desarrollado una técnica que permite a los astronautas en órbita controlar los rovers que exploran las superficies planetarias, que culminó con una sesión de rover con base en la Tierra comandada desde la Estación Espacial Internacional. Un artículo publicado en la revista Science Robotics esta semana detalla sus resultados.

«Esta es la primera vez que un astronauta en el espacio logra controlar un sistema robótico en tierra de una manera tan inmersiva e intuitiva», comenta Aaron Pereira de DLR.

Móvil analógico-1 Interact. Crédito: ESA

«Nuestra interfaz de control de 6 grados de libertad incorpora retroalimentación de fuerza para que el astronauta pueda experimentar exactamente lo que siente el rover, incluso hasta el peso y la cohesión de las rocas que toca. Lo que esto hace es ayudar a compensar cualquier limitación de ancho de banda, iluminación deficiente o retrasar la señal para dar una sensación real de inmersión, lo que significa que el astronauta se siente como si estuviera allí en la escena».

Deje que los robots tomen la tensión

El ingeniero en robótica Thomas Krueger, al frente del Laboratorio de Interacción Humano-Robot de la ESA, agrega: «A los robots se les puede dar una autonomía limitada en entornos conocidos y estructurados, pero para los sistemas que llevan a cabo tareas exploratorias, como la recolección de muestras en entornos desconocidos y no estructurados, algún tipo de ‘humano en La supervisión del bucle se vuelve esencial, pero el control directo no ha sido factible debido al problema inherente del retraso de la señal, con tiempos de transmisión limitados por la velocidad de la luz.

Herramienta de recolección de muestras Analog-1. Crédito: Agencia Espacial Europea

«Así que hemos estado trabajando en el concepto de que los humanos se mantengan seguros y cómodos en órbita alrededor de la Luna, Marte u otros cuerpos planetarios, pero estando lo suficientemente cerca para la supervisión directa de los rovers en la superficie, combinando las fortalezas humanas de flexibilidad e improvisación con un robot robusto y diestro en el lugar para llevar a cabo sus comandos con precisión».

Un equipo del Laboratorio HRI de la ESA y el Centro de Robótica y Mecatrónica de DLR colaboraron en una serie de pruebas progresivamente más complejas, primero en la Tierra y luego extendiéndose a la órbita.

«Al final, necesitábamos realizar experimentos de factibilidad desde el espacio porque investigaciones anteriores muestran que la ingravidez puede degradar el desempeño humano durante las tareas de fuerza y movimiento», agrega Thomas. «Este y otros factores ambientales únicos significaron que las simulaciones basadas en la Tierra no serían suficientes».

Hangar de experimentos Analog-1. Crédito: Agencia Espacial Europea

Sus esfuerzos culminaron en la primera parte del experimento Analog-1 a fines de 2019. El astronauta Luca Parmitano a bordo de la ISS operó el rover ESA Interact equipado con pinzas en un entorno lunar simulado dentro de un hangar en Valkenburg, Países Bajos, para inspeccionar rocas y recolectar muestras. . La prueba espacio-tierra de dos horas fue un éxito, superando un retraso de señal bidireccional de más de 0,8 segundos en promedio y una tasa de pérdida de paquetes de datos de más del 1%.

Resolviendo el factor tiempo

«Aunque la ISS está en órbita a solo 400 km de altura, sus señales se transmiten a la Tierra a través de satélites de telecomunicaciones geoestacionarios y luego a Europa desde Texas a través de un cable transatlántico», explica Aaron.

«Nuestro equipo en DLR tuvo que diseñar un algoritmo de control que pudiera funcionar de manera estable a pesar de este retraso. Debido a que hay un retraso en la retroalimentación de fuerza recibida por el operador, es posible que continúen moviendo el robot incluso después de que haya golpeado una roca Esto podría llevar a que el robot se desincronice con su controlador, potencialmente vibre como loco, tal vez incluso dañándose a sí mismo.

«Para evitar que eso suceda, usamos un concepto llamado ‘pasividad’: observamos la cantidad total de energía que pone un operador y, en el lado remoto, nos aseguramos de que el robot nunca entregue más energía que esa, y viceversa. . Como cuando empujas a un niño en un columpio, nunca irá más alto que el primer columpio, y con la fricción, etc., se balanceará gradualmente más y más bajo».

«Entonces, por ejemplo, cuando el brazo del robot se está moviendo y de repente golpea una roca, se necesitaría energía adicional para moverse que el astronauta no ordenó, por lo que reducimos la energía de comando de inmediato para reducir la velocidad del brazo. Luego, después de los 850 microsegundos demora, cuando el astronauta siente la roca, puede elegir agregar la energía adicional para empujarla.

«Esta técnica de ‘Enfoque de pasividad en el dominio del tiempo para retraso alto’ es muy intuitiva en la práctica y también debería poder funcionar bien con tiempos de retraso más altos».

Próximos pasos en el Monte Etna

Thomas concluye: «La principal limitación del trabajo realizado hasta ahora es que nuestro entorno lunar analógico interior carece de realismo. Por lo tanto, este verano se llevará a cabo la segunda parte de Analog-1 en las laderas volcánicas del monte Etna en Italia como parte de un campaña de prueba robótica internacional más grande llamada ARCHES.

«Luca Parmitano volverá a controlar el rover Interact, esta vez en 1G desde tierra».

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