Billedkredit: ESA
Vil sværme af samarbejdende robotter en dag udforske nogle af de mest spændende verdener i solsystemet? James Law, en ingeniør, der er ph.d.-studerende ved det åbne universitet, støtter ideen om, at brug af hele hold af robotforskere, der arbejder sammen, giver tydelige fordele, især når det drejer sig om at tackle de udfordringer, som eksterne organer som Europa og Titan præsenterer. I en præsentation onsdag den 31. marts på Royal Astronomical Society's National Astronomy Meeting på Open University vil han gennemgå nogle aktuelle ideer om kooperativt robotteknologi og foreslå, hvordan det kan anvendes til en Titan-mission med et koncept for en ' Master 'robot, der styrer et væld af' slaver '.
Af de 17 landere, der er sendt til at undersøge Mars, har kun 5 overlevet for at udføre deres missioner. På trods af dette er forskere allerede på udkig efter deres næste planetariske mål, hvor Saturns måne Titan og Jupiters måne Europa er forskellige muligheder. I betragtning af både de større involverede afstande og ekstreme klimatiske forhold, hvordan kan sandsynligheden for en vellykket robotoverflademission øges? Selvom robotrover er blevet det foretrukne valg i forhold til statiske landere, på grund af deres større alsidighed, øger tilføjelsen af bevægelsessystemer deres vægt og reducerer pålideligheden af disse allerede komplekse mekanismer.
Fordele ved teamwork
Et alternativ, der blev foreslået i 1989 af Rodney Brooks fra Massachusetts Institute of Technology, kommer endelig ud i livet - ideen om at udskifte ensomme rovere med sværme af kooperative robotter. Med videnskabeligt udstyr jævnt fordelt mellem dem, kan hver rover gøres mindre, lettere og mindre kompleks. Disse robotter kan derefter arbejde sammen eller uafhængigt for at fuldføre missionens mål.
Denne tilgang har flere forskellige fordele. Startomkostninger kunne reduceres og bløde landinger opnås ved at levere lettere nyttelast. Robusthed forbedres, da en kritisk fiasko på enhver rover isoleres fra resten. Selvom det at tabe en rover kan begrænse sværmens evner, er det ikke sandsynligt, at det resulterer i ophør af missionen. Faktisk vil i mange tilfælde den berørte rover stadig være i stand til at spille en nyttig, men begrænset rolle.
Robotsværv tillader en række nye missioner, som samtidige målinger over store områder, nyttige i klimamonitoring og seismisk lydklang, eller flere eksperimenter udført samtidigt af forskellige robotter. Rovers kan også arbejde sammen for at få adgang til områder af større videnskabelig interesse, f.eks. James Law citerer David Barnes fra University of Wales i Aberystwyth, der er ved at udvikle en sverm af aerobots - flyvende robotter, der kunne bruges til terrænkortlægning eller indsættelse af mindre mikrobølger. En anden fordel ved at bruge små kooperative rovere er, at yderligere robotter kan lanceres og integreres i sværmen for at udvide en mission, der muliggør nye eksperimenter eller udskiftning af mistede og beskadigede rovere.
Robotter til Titan
I sin tale vil James Law præsentere sin egen vision for en mission til Titan. Selvom vi er nødt til at vente på Huygens-sonden på grund af land på Titan tidligt næste år for at opdage den sande natur af Titans overflade, er det sandsynligvis blandet. ”I denne situation kan en Master-Slave-robotkonfiguration med forskellige transporttilstande være gunstig,” foreslår han. ”En 'Master' lander, der leverer strøm og kommunikation, giver en udpost til et antal små 'Slave' rovere og balloner. Landeren ville være udstyret med en række videnskabelige pakker, som den kunne distribuere blandt sine slaveroboter afhængigt af miljøet omkring landingsstedet. Disse underordnede robotter er derefter i stand til at handle enten kooperativt - for eksempel at grave og afbilde en grøft for at undersøge dets geologiske lag - eller på egen hånd, analysere eller indsamle prøver og returnere dem til landeren for en mere dybdegående analyse. Rovers ville vende tilbage til landeren for at oplade deres batterier og ændre deres videnskabelige nyttelast. Robotter, der er i stand til at operere i et flydende miljø, kunne spredes på ethvert Titan-hav for at måle bølgebevægelse, måske ved en ballon, og derefter blive ofret ved "drukning" for at måle forholdene under overfladen. ”
Udforske Europa
Blandt ordninger, som andre har foreslået, og som James Law vil gennemgå, er en til udforskning af Europa, udtænkt af Jeff Johnson fra Open University og Rodney Buckland fra University of Kent. Det involverer selvorganiserende IMAging-robotter eller soimarer, små terningformede robotter, der hver har en billedbehandlingsenhed med en pixel (såsom en fotodiode) og vejer så lidt som 10 gram. Hver enkelt er i stand til at kommunikere med sine naboer og er i stand til at bevæge sig i vand ved hjælp af små fremdriftsskruer. En sverm af disse bittesmå robotter kunne blive indsat i et underjordisk hav på Europa for at forestille sig miljøet.
Et transportfartøj, der indeholder kommunikations- og kraftfaciliteter, ville lande på Europas isskorpe og frigive en isindtrængende enhed, der indeholder soimarer. Denne enhed bar gennem isen og frigiver soimarer i havet. Soimarerne organiseres derefter selv i en stabel, der justerer deres billedbehandlingsenheder. Ved kooperativ svømning skanner stakken et område under isen. Hvis en enkelt billeddannelsesenhed mislykkes, frigøres den defekte soimar simpelthen, og sværmen omorganiseres for at danne en fejlfri matrix. Dette gør det også muligt for flere soimars, måske fra efterfølgende landere, at slutte sig til sværmen og forbedre billedopløsningen. I denne konfiguration er soimerne fysisk knyttet til hinanden. En alternativ anvendelse ville være at udstyre dem med berøringssensorer og få dem til at svømme som en spredt sky langs havbunden og kortlægge dens højde. Der er udviklet en simulering på Open University for at demonstrere sværmens selvorganiserende opførsel.
En mekanisk arbejdsstyrke til Mars
Jet Propulsion Laboratory (JPL) er i gang med forskning på samarbejdende robothold, herunder robotarbejder til at transportere store genstande, robotudgravningsteam og robotter, der kan rappelere hinanden ned ad stejle klippeflader. Et mål med dette arbejde hos JPL er at indsætte en robot arbejdsstyrke på Mars for at konstruere minedrift og raffinering, som vil give brændstof til fremtidige menneskelige missioner. Med forslag om at lande mænd på Mars og til sidst fjernere placeringer, vil disse robotarbejder være uundværlige i både at undersøge destinationerne og skabe outposter til at støtte vores ankomst.
Original kilde: RAS News Release
