Группировка двухколесных роботов заменит марсоход

Работа опубликована в статье в журнале Acta Astronautica. «Группа роботов, вертолет Ingenuity и марсоход Perseverance, уже используются НАСА на Марсе. Такая схема дает возможность задействовать преимущества каждого агента гетерогенной системы. Например, беспилотный вертолет, обладая высокой скоростью и возможностью обозревать пространство с высоты, позволяет планировать движение тихоходного мобильного робота», — рассказывает Дмитрий Тетерюков, доцент Сколтеха, руководитель Лаборатории интеллектуальной космической робототехники.

Однако с тех пор, как в 1997 году на Марс впервые успешно приземлился мобильный исследовательский аппарат — запущенный НАСА Sojourner — основное устройство планетоходов не сильно изменилось: в частности, вся научная аппаратура перемещается на шестиколесном мобильном роботе. Но работающие в области групповой робототехники ученые предполагают, что за время одной миссии на Марс можно получить больше результатов, если отправить на Красную планету несколько роботов размером поменьше, которые оснащены разным оборудованием и могут как разъезжаться в разных направлениях, так и состыковываться для выполнения более сложных задач.

«Рой двухколесных роботов способен объединить усилия, например, для исследования поверхности либо перемещения массивных объектов. Вместо того чтобы отправлять тяжелый и энергозатратный марсоход, исследовательскую миссию можно выполнить, используя уникальный набор двухколесных роботов, каждый из которых несет на борту свой инструмент — например, георадар, или спектрометр, или оборудование для сбора проб. А формируя связанную цепочку, роботы станут способны транспортировать тяжелые или крупногабаритные объекты», — говорит Тетерюков.

Первый автор статьи, аспирант Сколтеха Александр Петровский уточняет: «По сути, мы решали задачу по оптимизации: как добиться наибольшего времени работы и покрыть максимальное расстояние, не раздув донельзя бюджет. Оказалось, что шестиколесный планетоход — не лучшее решение. По нашим расчетам, оптимальный вариант — это четыре двухколесных аппарата. У каждого на борту — разные инструменты, и лишь критическая полезная нагрузка продублирована во всех четырех модулях».

Решение предполагает, что даже в случае выхода из строя трех роботов последний, четвертый сможет продолжить выполнять часть исследовательских задач в одиночку, передавать информацию на Землю и к моменту полного завершения миссии будет достигнут больший прогресс. В то же самое время некоторые действия — например, хватание образцов грунта — требуют повышенной устойчивости. Для этого два робота могут пристыковаться друг к другу.

«Вообще, риск перевернуться — это основной недостаток, и по остальным рассмотренным нами параметрам группировка из четырех роботов смотрится выигрышно или по крайней мере не особенно уступает стандартному марсоходу, — добавляет Петровский. — И даже в этом смысле двухколесные роботы довольно сильно „шагнули“ вперед, так что неустойчивость — это уже не такая большая проблема, как раньше».

По словам ученых, технологии кооперативной робототехники, которые разрабатываются для Марса, могут пригодиться и на Луне, и даже на Земле. Группировки подобных двухколесных роботов можно, например, использовать для мониторинга роста сельхозкультур и обнаружения вредителей и больных растений. «Мы уже проводили испытания на полях в Краснодарском крае — в июле 2021 года», — рассказывает Петровский. Модульный подход можно применить и к поисково-спасательным роботам.

«Технологии искусственного интеллекта, управляющие роем мобильных роботов, позволят перейти на новый технологический уровень исследования и освоения планет. Важным преимуществом использования архитектуры роя роботов станет и возможность создания марсианского интернета на основе mesh-сетей для надежной передачи собранных данных, в том числе с целью построения точной карты поверхности Марса», — дополняет Тетерюков. 

Сколтех

401 статей

Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.

Показать больше