In november schreef ESA-astronaut Luca Parmitano geschiedenis door het commando te nemen over een rover van het International Space Station (ISS). Als onderdeel van de Analog-1-experimenten werd deze prestatie mogelijk gemaakt dankzij een 'space internet'-opdrachtinfrastructuur en een forcefeedback-controle-instelling. Hierdoor kon Parmitano op afstand een rover op 10.000 km (6.200 mijl) afstand bedienen terwijl hij met een snelheid van 8 km / s (28.800 km / h; 17.900 mph) om de aarde cirkelde.
Deze experimenten, die deel uitmaken van het ESA's Multi-Purpose End-To-End Robotic Operation Network (METERON) -programma, vonden plaats in een hangar in Valkenburg, Nederland - nabij het ESA's European Science Research and Technology Centre (ESTEC). De eerste test, die plaatsvond op 18 november, hield in dat Parmitano de rover door een hindernisbaan leidde die ontworpen was om eruit te zien en aan te voelen als het oppervlak van de maan.
De tests valideerden zowel het geavanceerde controlenetwerk als de controles, die astronauten een tastgevoel geven. Voor de tweede test, die plaatsvond op 25 november, betrof de rover de navigatie door een volledig gesimuleerde maanomgeving, waarbij hij steenmonsters oppakte en verzamelde. Deze test beoordeelde het vermogen van een op afstand bediende rover om geologische onderzoeken uit te voeren op buitenaardse werelden.
Zoals ESA-ingenieur Kjetil Wormnes, die de analoog-1-testcampagne leidt, in een recent ESA-persbericht zei:
"Stel je de robot voor als Luca's avatar op aarde, die hem zowel visie als aanraking biedt. Het was uitgerust met twee camera's - een in de palm van zijn hand, de andere in een manoeuvreerbare arm - om Luca en de op afstand gelegen wetenschappers de omgeving te laten observeren en de rotsen van dichtbij te bekijken. ”
Met behulp van het Sigma 7 forcefeedback-apparaat (dat de gebruiker zes vrijheidsgraden geeft) en een paar monitoren, leidde Parmitano de rover door smalle paden om drie verschillende bemonsteringslocaties te bereiken en rotsen te selecteren voor analyse. Ondertussen had een team van geologische experts van het European Astronaut Center (EAC) in Keulen, Duitsland, contact met hem en adviseerde hem over welke rotsen veelbelovende onderzoeksdoelen waren.
Het was voor het eerst dat dit soort technologie op het ISS werd gebruikt om een robot op de grond te besturen. Het bouwde ook voort op een eerder project van de ESA, ontworpen om astronauten vertrouwd te maken met geologische studies. Zoals Jessica Grenouilleau, projectleider van METERON bij ESA's Exploration Systems Group, zei:
"We hebben geprofiteerd van Luca's eerdere training via ons Pangaea-programma, waardoor astronauten praktische ervaring hebben opgedaan in de geologie. Het hielp enorm bij het voeren van een efficiënte discussie tussen de bemanning en de wetenschappers. ”
De tweerichtingsbesturingsverbinding tussen de rover en het ISS werd mogelijk gemaakt dankzij communicatiesatellieten in een geostationaire baan (GSO). Deze verbonden Parmitano met de EAC en verder met de hangar waar de test plaatsvond, en met een latentie (of vertraging) van slechts 0,8 seconden. Dankzij de revolutionaire interface voelde Luca de robot de grond raken of een steen oppakken.
De METERON-hardware en -software die bij deze experimenten wordt gebruikt, is ontwikkeld door het Human Robot Interaction Laboratory van ESA in Noordwijk, Nederland. Ondersteuning werd verleend door het DLR-instituut voor robotica en mechatronica van het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum, dat verantwoordelijk was voor de integratie van de besturingssoftware en het optimaliseren van de feedback van het systeem om rekening te houden met de vertraging.
ESA-robotingenieur Thomas Krueger, hoofd van het HRI Lab, legt uit:
“Voor dit verkenningsscenario, met een relatief korte tijdsvertraging, hebben we de relatieve voordelen van mensen en robots kunnen combineren: een mens vanwege zijn vermogen om met complexe en ongestructureerde omgevingen en besluitvorming om te gaan, en een handige robot die in staat is om het hoofd te bieden aan ruwe omgevingen en om de commando's van de operator nauwkeurig uit te voeren.
“Door de ervaring van de operator te verbeteren met forcefeedback en intuïtieve bedieningselementen, kunnen we voorheen onmogelijke robotbesturingstaken mogelijk maken en nieuwe methoden openen om de ruimte te verkennen. We zijn nu enthousiast over het analyseren van de gegevens en feedback van Luca om de details te zien van hoe hij heeft gepresteerd, en om te ontdekken waar we toekomstige verkenningsplannen kunnen verbeteren en voorbereiden. ”
De analoog-1-experimenten zijn de nieuwste in een reeks steeds uitdagender wordende METERON mens-robot-testcampagnes waarbij het ISS betrokken is. De eerste forcefeedback-test (waarbij sprake was van één graad van vrijheid) vond plaats in 2015 als onderdeel van het Haptics-1-experiment. Dit werd in 2016 gevolgd door het Kontur-2-experiment met twee vrijheidsgraden van de DLR. Dit alles resulteerde in deze nieuwste experimenten met zes graden van vrijheid.
De volgende stap zal ergens volgend jaar plaatsvinden en omvat een buitensimulatie in een maanachtige omgeving (momenteel TBD). Voor deze testfase zal de rover lokale gesteentemonsters verzamelen en onderzoeken in een scenario dat is ontworpen om zo goed mogelijk op een volledige maanoppervlakmissie te lijken.
Wanneer robotverkenners in de nabije toekomst naar de maan en Mars worden gestuurd, laat METERON astronauten ze besturen vanuit orbitale habitats - zoals de Lunar Gateway en het Mars Base Camp - in plaats van signalen helemaal vanaf de aarde te moeten verzenden. De technologie zal ook de verkenning mogelijk maken van ontoegankelijke of potentieel gevaarlijke omgevingen die astronauten niet kunnen bereiken.
Bekijk ook deze video van de nieuwste Analog-1-test, met dank aan de ESA:
