El robot Canadarm durante STS-72, como la misión del transbordador espacial Endeavour en 1996. Fuente: NASA – https://archive.org/details/STS072-722-041, dominio público, https://commons.wikimedia.org/ w /index.php?curid=29803999
Los robots serán una de las claves para el desarrollo de la economía espacial. A medida que los costos de lanzamiento se reduzcan, con suerte significativamente cuando Starship y otros sistemas de elevación masivos entren en funcionamiento, la barrera de entrada más importante para la economía espacial finalmente desaparecerá.
¿Qué pasa entonces? Dos acrónimos aparecen cada vez con mayor frecuencia en la literatura: Servicio, ensamblaje y fabricación en el espacio (ISAM) y Servicio en órbita (OOS). En una serie de artículos, echaremos un vistazo a algunos de los documentos que detallan lo que significan estos acrónimos y hacia dónde podrían dirigirse pronto. Primero, exploraremos cómo encajan los robots en la ecuación.
Los robots espaciales han existido desde 1981, cuando se lanzó el Sistema de manipulación remota del transbordador (SRMS) con el Transbordador espacial, cuyos astronautas los operaron. En los últimos cuarenta años, han crecido mucho más allá de ese caso de uso original, desempeñando un papel cada vez más importante en todo, desde el ensamblaje de la Estación Espacial Internacional (ISS) hasta las recientes misiones de prueba de concepto para operar un satélite fallido en órbita terrestre. .
Publicado en una revista Sistemas inteligentes avanzados, un nuevo artículo del Laboratorio Nacional de Sistemas y Robótica Clave del Instituto de Tecnología de Harbin en China detalla parte del trabajo que aún queda por hacer para hacer realidad el sueño de los robots completamente funcionales en el espacio. Divide este trabajo en cinco áreas funcionales diferentes.
El primero, familiar para cualquiera que pase tiempo con robots autónomos, es la visión. Los sistemas de visión se mejoran constantemente aquí en la Tierra, especialmente aquellos relacionados con la operación de automóviles autónomos. Sin embargo, si bien el entorno visual puede no ser tan caótico en el espacio, puede ser difícil para un robot obtener una comprensión visual de lo que está mirando, especialmente si el satélite se inclina sin control.
El reconocimiento de patrones, como los círculos colocados alrededor de los puertos de acoplamiento de un satélite pendiente (conocido en la jerga como “cooperativo”), sigue siendo difícil. Esto se debe en parte a que la sobrecarga computacional del algoritmo de reconocimiento debe realizarse en el propio robot. Esto requiere un mayor poder de cómputo, directamente relacionado con un mayor consumo de energía y calor para manejar. Identificar un satélite “no cooperativo” que no está diseñado para aceptar la ayuda de un robot es aún más difícil, especialmente en tiempo real.
Una vez que el robot ve hacia dónde se dirige y con qué está tratando de interactuar, el siguiente paso es llegar allí e interactuar con éxito con ese objeto. Hay varios factores a considerar aquí, y el artículo los llama colectivamente tecnologías de “movimiento y control”.
Brindan soluciones a varios problemas de control únicos, incluido cómo lidiar con las fuerzas del robot cuando la gravedad tiene muy poco efecto sobre él. Específicamente, ¿cómo los comandos de movimiento, y especialmente tratar de mover ciertos objetos, causan cosas como vibraciones en el cuerpo del robot y el manipulador?
Esto es especialmente cierto si el propio robot no está anclado a un peso mucho mayor, como la ISS o el transbordador espacial. Los algoritmos de control dinámico pueden ayudar a amortiguar algunas de las vibraciones más peligrosas, lo que podría sacudir al robot si no se controlan.
Cronología de varios robots en el espacio. Fuente: Ma et al.
Pero incluso si hubiera un sistema de control para amortiguar las vibraciones, otros factores de coordinación aún podrían ser complejos, incluida la coordinación de múltiples brazos para interactuar con el objeto. Aunque esto se ha hecho antes, todavía es difícil de coordinar simultáneamente, como es el caso de los robots en la Tierra.
Cuando un robot (o su manipulador) llega a su destino previsto, otra tecnología debe interactuar con él: su efector final. En robótica, los efectos finales son la forma en que un robot interactúa con los objetos. Son el equivalente a las manos humanas, pero pueden ser mucho más funcionales ya que ambos pueden estar hechos de cosas de las que no están hechas las manos humanas (destornilladores) y se pueden cambiar a algo completamente diferente, como cambiar de un destornillador a un gel suave. pinza
Las capacidades de los efectores finales y la eficiencia del robot para cambiar entre efectores finales son ilimitadas, y aún queda mucho trabajo técnico por hacer para que los robots sean lo más eficientes posible en el espacio.
Un método para operar efectivamente el efector final de un robot es permitir que un ser humano realice su teleoperación. Esta era una práctica relativamente común para la mayoría de los robots en el espacio, con astronautas operando el SRMS desde el interior del transbordador o el Canadarm2 desde el interior de la ISS. Sin embargo, la teleoperación lleva tiempo, y el tiempo de un astronauta es extremadamente valioso. Por eso hay intentos de teleoperar robots en el espacio desde tierra.
Recientemente informamos sobre algunos intentos de retirada en los que un astronauta controló un robot de regreso a la Tierra. Estos experimentos estaban destinados a probar el concepto de operación robótica en la superficie de otros mundos, como la Luna o Marte. Esta forma de teleoperación seguirá teniendo la misma latencia y, además, la latencia puede variar dependiendo de dónde se encuentre el robot en su trayectoria orbital.
Se han propuesto varias soluciones a este problema, incluida una configuración de control de realidad virtual que predice dónde estará el robot al final del tiempo de demora para que el operador pueda planificar con anticipación sin esperar comentarios. La retroalimentación forzada también es una opción popular, aunque todavía sufre los mismos problemas de latencia. Existen numerosas soluciones técnicas a este obstáculo, pero nada puede eliminar el hecho de que las señales no se transmiten instantáneamente a largas distancias.
Incluso en la Tierra, todavía hay desafíos. Como se señala en el artículo, la verificación en tierra de alta fidelidad es difícil. La verificación en ingeniería significa probar que algo funciona como se espera en el entorno en el que se supone que funciona. Esto es casi imposible para un robot diseñado para operar en microgravedad, porque ejecuta un prototipo de verificación en microgravedad y se enfrenta a todos los problemas que inevitablemente surgen durante las pruebas de verificación.
Durante algún tiempo se han utilizado varias soluciones técnicas para este problema, incluida la suspensión del robot en bolsas de aire forzado para simular el vuelo estacionario, la caída libre o el vuelo parabólico en un avión para ver cómo funcionaría en tales condiciones, o incluso sumergirlo en una piscina y ver cómo funciona bajo el agua.
Hardware-in-the-loop es la nueva tecnología más prometedora utilizada en otras industrias. Esto modela el comportamiento esperado del sistema de robot e imita entornos específicos a través de software que el robot podría encontrar en el espacio. Sin embargo, el modelado de este sistema es complicado y puede dar lugar a imprecisiones en la propia prueba de verificación. Hasta el momento, no existe una solución óptima para garantizar que el robot funcione en el espacio mientras aún se está desarrollando en tierra.
Irónicamente, el simple hecho de operar robots en el espacio podría resolver este último problema al crear una infraestructura lo suficientemente grande en el espacio para permitir que los propios robots se diseñen y ensamblen en el espacio. Todavía queda un largo camino por recorrer, pero muchos equipos de todo el mundo están trabajando para hacerlo realidad. Algún día lo hará, y superar estos desafíos técnicos ayudará a lograrlo.