Tillbaka i november gjorde ESA-astronauten Luca Parmitano historia genom att ta befäl för en rover från International Space Station (ISS). Som en del av Analog-1-experimenten möjliggjordes denna prestation tack vare en "space internet" -kommandoinfrastruktur och en kraft-feedbackkontrollinställning. Detta tillät Parmitano att distansera en rover som är 10 000 km (6 200 mil) bort medan han kretsade runt Jorden med en hastighet av 8 km / s (28 800 km / h; 17 900 km / h).
Dessa experiment, som ingår i ESA: s program Multi-Purpose End-To-End Robotic Operation Network (METERON), ägde rum i en hangar i Valkenburg i Nederländerna - nära ESA: s European Science Research and Technology Center (ESTEC). Det första testet, som ägde rum den 18 november, involverade Parmitano som guidade roveren genom en hinderbana utformad för att se ut och känna som månens yta.
Testerna validerade det sofistikerade kontrollnätverket såväl som kontrollerna, som ger astronauter känslan av beröring. För det andra testet, som ägde rum den 25 november, involverades roverna genom att navigera genom en fullständig simulerad månmiljö, plocka upp och samla bergprover. Detta test bedömde förmågan hos en fjärrstyrd rover att utföra geologiska undersökningar på främmande världar.
Som ESA-ingenjör Kjetil Wormnes, som leder Analog-1 testkampanjen, sa i ett ESA-pressmeddelande:
”Föreställ dig roboten som Lucas avatar på jorden, vilket ger honom både syn och beröring. Den var utrustad med två kameror - en i handflatan, den andra i en manövrerbar arm - för att låta Luca och de avlägsna forskarna observera miljön och få en närbild på klipporna. ”
Med hjälp av kraftåterkopplingsenheten Sigma 7 (som ger användaren sex frihetsgrader) och ett par bildskärmar ledde Parmitano roveren genom smala vägar för att nå tre olika provtagningsplatser och välja berg för analys. Samtidigt var ett team för geologiska experter baserat vid European Astronaut Center (EAC) i Köln, Tyskland, i kontakt med honom och gav honom råd om vilka stenar som lovade forskningsmål.
Detta var första gången denna typ av teknik har använts på ISS för att kontrollera en robot på marken. Det byggde också på ett tidigare projekt som utfördes av ESA som är utformat för att bekanta astronauter med geologiska studier. Som Jessica Grenouilleau, METERON-projektledare vid ESAs Exploration Systems Group, indikerade:
”Vi gynnades av Lucas tidigare utbildning genom vårt Pangea-program, vilket gav astronauterna praktisk erfarenhet av geologi. Det hjälpte enormt med att ha en effektiv diskussion mellan besättningen och forskarna. ”
Tvåvägs kontrolllänken mellan rover och ISS möjliggjordes tack vare kommunikationssatelliter placerade i geostationär bana (GSO). Dessa kopplade Parmitano till EAC och vidare till hangaren där testet ägde rum, och med en latens (eller tidsfördröjning) på bara 0,8 sekunder. Tack vare det revolutionerande gränssnittet kunde Luca känna roboten vidröra marken eller plocka upp en sten.
METERONs hårdvara och mjukvara som användes i dessa experiment utvecklades av ESA: s Human Robot Interaction Laboratory, beläget i Noordwijk, Nederländerna. Support gavs av det tyska flyg- och rymdcentrets (DLR) institut för robotik och mekatronik, som var ansvarigt för att integrera styrprogramvaran och optimera systemets feedback för att ta hänsyn till tidsfördröjningen.
ESA-robotingenjör Thomas Krueger, som är chef för HRI Lab, förklarar:
”För detta undersökningsscenario, som innebär en relativt kort tidsfördröjning, har vi kunnat kombinera de relativa fördelarna med människor och robotar: en människa för deras förmåga att hantera komplexa och ostrukturerade miljöer och beslutsfattande och en skicklig robot som kan klara hårda miljöer och exakt utföra operatörens kommandon.
”Genom att förbättra operatörens upplevelse med kraftåterkoppling och intuitiva kontroller kan vi göra tidigare omöjliga robotstyrningsuppgifter möjliga och öppna nya metoder för utforskning av rymden. Vi är nu angelägna om att analysera data och feedback från Luca för att se detaljerna om hur han presterade och ta reda på var vi kan förbättra och förbereda framtida prospekteringsplaner. ”
Analog-1-experimenten är de senaste i en serie progressivt mer utmanande METERON-mänskliga-robot-testkampanjer som involverar ISS. Det första kraftåterkopplingstestet (som involverade en frihetsgrad) ägde rum 2015 som en del av Haptics-1-experimentet. Detta följdes 2016 av DLR: s Kontur-2 tvågraders frihetsexperiment. Alla dessa kulminerade i dessa senaste sexgraders frihetsexperiment.
Nästa steg kommer att äga rum någon gång nästa år och innebär en simulering utomhus i en månliknande miljö (lokaliserad för närvarande TBD). För denna testfas kommer rover att samla in och undersöka lokala bergprover i ett scenario som är utformat för att likna ett fullt måneytemission så nära som möjligt.
När robotutforskare skickas till månen och Mars inom en snar framtid kommer METERON att låta astronauter kontrollera dem från orbital livsmiljöer - som Lunar Gateway och Mars Base Camp - snarare än att behöva skicka signaler hela vägen från jorden. Tekniken kommer också att möjliggöra utforskning av otillgängliga eller potentiellt farliga miljöer som astronauter inte kan nå.
Se till att kolla in den här videon från det senaste Analog-1-testet också, med tillstånd av ESA:
