ReachBot: маленький робот для марсианских пещер и скал

Робот-паук, который протягивает руки, чтобы перемещаться по марсианским пещерам и хватать предметы.

Такое можно было бы увидеть в научно-фантастическом фильме, где герои отправляются в межпланетное путешествие по Солнечной системе. Но, на самом деле, такой аппарат является перспективной разработкой исследователей из Стэнфордского университета, которые уже получили финансирование по программе NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC). Эта группа под руководством Марко Павоне выиграла в 2021 году грант в рамках Phase I в размере 125 000 долларов на финансирование девятимесячного исследования идеи под названием ReachBot. В 2022 году финансирование этого проекта продолжено уже на стадии Phase II.

ReachBot  - это концепция небольшого, компактного робота, способного к универсальной мобильности и манипулированию.

Графическое изображение ReachBot: маленького робота для больших мобильных манипуляций в марсианских пещерах. Credits: Марко Павоне

Он будет использовать легкие выдвижные стрелы для достижения большого радиуса действия при небольшом занимаемом объеме, что даст ему уникальный доступ к крутым, вертикальным и нависающим поверхностям в марсианских пещерах. Передвижение по этим поверхностям имеет решающее значение для установления контакта инструментов с объектами, представляющими значительный геологический и астробиологический интерес. Благодаря своей легкой и компактной конструкции эти стрелы снижают массу и сложность по сравнению с традиционными конструкциями шарнирно-сочлененных рычагов с жесткими звеньями.

Используя свои преимущества, ReachBot будет делать мобильные манипуляции (исследования и отбор проб) в условиях низкой гравитации в труднодоступных местах (пещеры, щели, лавовые трубки).  требующих подъема , особенно при закреплении на якоре точек мало.

ReachBot будет работать «выдвигая стрелы к удаленным объектам или поверхностям» внутри пещер, говорит Марко Павоне из Стэнфордского университета в Калифорнии. Как только одна стрела - по сути, рука - надежно закреплена на своем месте, другая может изменить свое положение, чтобы позволить роботу ползти. Специальные «захваты» с игольчатыми шипами будут удерживать стрелы на скальной поверхности, а трос, подключенный к базе, будет передавать данные от ReachBot, а также служить шнуром питания для робота.

ReachBot будет способен:
1) быстро и универсально ползать на большие расстояния, используя последовательные захваты,
2) пересекать большое рабочее пространство, находясь на якоре путем регулировки длины и ориентации стрелы,
3) применять большие силу и крутящие моменты, используя силу растяжения стрелы и разнообразие якорей в пределах досягаемости.

Изображение ReachBot, пересекающего марсианскую пещеру с помощью микрошиповых захватов по различным типам коварной поверхности: слева - вертикально извилистый туннель с каменистым и неровным полом; в центре - нависающая стена или потолок; справа - отвесная вертикальная стена в большой пещере или на скале. Credits: Марко Павоне

На стадии Phase II команда ученых уточнит и дополнит технико-экономические обоснование, проведенное на этапе I, уделяя особое внимание обеспечению надежности системы и комплексной проверке концепции. В частности, будут исследованы четыре направления, которые имеют решающее значение для проверки полезности ReachBot в реалистичном сценарии миссии. 

(I) оптимизация доступного рабочего пространства ReachBot, при сохранении стабильных конфигураций и разработке количественного показателя надежности. В этом направлении исследования рассматривается способность ReachBot преодолеть ограничения других роботов при перемещении по кавернозным средам. 
(II) разработка стратегии для обнаружения, выбора и оценки мест захвата, которые имеют высокую вероятность успешного захвата легкими стрелами. 
(III) разработка стратегии контроля, которая минимизирует риск, как за счет прогнозирования известного риска, так и за счет уменьшения непредсказуемых рисков. Например, разработка контроллеров, которые будут активно гасить колебания стрел, что сделает ReachBot более устойчивым к динамической реакции на внезапный отказ захвата. 
(IV) изучение производительности ReachBot в реальных условиях миссии. Планирование детальной условной миссии и определение реалистичных эксплуатационных ограничений для ReachBot. Затем - проведение полевых испытаний для демонстрации осуществимости предложенной концепции и развертывания прототипа в реальных условиях.

Одно из наиболее вероятных применений такого бота - исследование Марса. В то время как марсоходы отлично передвигаются по поверхности, ReachBot сможет карабкаться по скалам и через пещеры.

Марко Павоне и его группа исследователей в марте 2022 года получили 600 000 долларов для продолжения своей работы в течение двух лет.

https://www.youtube.com/watch?v=ma_175NNfZs

Комментарий Скотта Мэнли (с 13.52)

https://www.youtube.com/watch?v=0RqFgOHqz7E

Стефани Шнайдер, кандидат наук из Стэнфорда, рассказывает о своей работе над Reachbot

Научная статья: ReachBot: A Small Robot for Large Mobile Manipulation Tasks.
По материалам NASA и Стэнфордского университета.

Автор: Александр Тарлаковский (блог tay-ceti.space)