Tin tức Vũ trụ TV

Hành trình thăm dò hành tinh tránh bẫy cát bằng ‘bàn đạp quay’

Ngày:
Th5 15, 2020
Tóm lược:

Được chế tạo với các phần phụ có bánh xe có thể nâng lên và bánh xe có thể ‘ngọ nguậy’, một robot mới được gọi là ‘Mini Rover’ đã phát triển và thử nghiệm các kỹ thuật vận động phức tạp đủ mạnh để giúp nó leo lên những ngọn đồi phủ vật liệu dạng hạt – và tránh rủi ro về việc bị mắc kẹt trên hành tinh hoặc mặt trăng từ xa.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Hình ảnh của Mini Rover
Hình ảnh của Mini Rover

Những ngọn đồi lăn trên sao Hỏa hay mặt trăng là một chặng đường dài từ chiếc xe tải kéo gần nhất. Đó là lý do tại sao các thiết bị thám hiểm thế hệ tiếp theo sẽ cần phải giỏi trong việc leo lên những ngọn đồi phủ đầy vật liệu lỏng lẻo và tránh bị kẹt trên bề mặt hạt mềm.

Được chế tạo với các phần phụ có bánh xe có thể nâng lên và bánh xe có thể “ngọ nguậy”, một robot mới có tên là “Mini Rover” đã phát triển và thử nghiệm các kỹ thuật vận động phức tạp đủ mạnh để giúp nó leo lên những ngọn đồi được phủ bằng vật liệu dạng hạt như vậy – và tránh nguy cơ bị mắc kẹt đáng kể trên một số hành tinh hoặc mặt trăng từ xa.

Sử dụng một động tác phức tạp, các nhà nghiên cứu gọi là “bàn đạp quay phía sau”, robot có thể leo lên dốc bằng cách sử dụng thiết kế độc đáo của nó để kết hợp chuyển động chèo, đi bộ và quay bánh xe. Các hành vi của “người cai trị” được mô hình hóa bằng cách sử dụng một nhánh vật lý được gọi là terradoperics.

Dan Goldman, Giáo sư Gia đình Dunn thuộc Trường Vật lý thuộc Viện Công nghệ Georgia, cho biết: “Khi vật liệu lỏng chảy, điều đó có thể tạo ra vấn đề cho robot di chuyển qua nó”. “Chiếc rover này có đủ mức độ tự do mà nó có thể thoát khỏi ùn tắc khá hiệu quả. Bằng cách lấy vật liệu từ bánh trước, nó tạo ra một ngọn đồi chất lỏng cục bộ cho bánh sau không dốc như dốc thật.

Rover luôn tự tạo và tự tổ chức một ngọn đồi tốt cho chính mình. “

Nghiên cứu sẽ được báo cáo vào ngày 14 tháng 5 như là bài báo trên tạp chí Science Robotics . Công trình được hỗ trợ bởi Sáng kiến ​​Robot quốc gia của NASA và Văn phòng Nghiên cứu Quân đội.

Một robot được chế tạo bởi Trung tâm Vũ trụ Johnson của NASA đã tiên phong trong khả năng quay các bánh xe của nó, quét bề mặt bằng các bánh xe đó và nâng từng phần phụ của bánh xe khi cần thiết, tạo ra một loạt các chuyển động tiềm năng. Sử dụng máy in 3D trong nhà, các nhà nghiên cứu Georgia Tech đã hợp tác với Trung tâm Vũ trụ Johnson để tạo lại những khả năng đó trong một chiếc xe được thu nhỏ với bốn phần phụ được điều khiển bởi 12 động cơ khác nhau.

Siddharth Shrivastava, một sinh viên đại học tại Trường Kỹ thuật Cơ khí George W. Woodruff của Georgia Tech chia sẻ: “Rover được phát triển với kiến ​​trúc cơ điện tử mô-đun, các bộ phận có sẵn trên thị trường và số lượng bộ phận tối thiểu. Điều này cho phép nhóm của chúng tôi sử dụng robot của chúng tôi như một công cụ phòng thí nghiệm mạnh mẽ và tập trung nỗ lực khám phá các thử nghiệm sáng tạo và thú vị mà không lo làm hỏng máy động lực, thời gian ngừng dịch vụ hoặc gặp phải các hạn chế về hiệu suất.”

Phạm vi di chuyển rộng của nhà chế tạo đã cho nhóm nghiên cứu cơ hội thử nghiệm nhiều biến thể đã được nghiên cứu bằng cách sử dụng các phép đo lực kéo hạt và Lý thuyết lực kháng biến đổi. Shrivastava và Trường Vật lý Ph.D. ứng cử viên Andras Karsai bắt đầu với những dáng đi được khám phá bởi robot RP15 của NASA và có thể thử nghiệm các sơ đồ vận động không thể thử nghiệm trên một chiếc máy bay cỡ lớn.

Các nhà nghiên cứu cũng đã thử nghiệm các bước đi thử nghiệm của họ trên các sườn dốc được thiết kế để mô phỏng các ngọn đồi hành tinh và mặt trăng bằng cách sử dụng hệ thống tầng sôi được gọi là SCATTER (Tạo hệ thống địa hình Arbitrary và Thử nghiệm Robot thăm dò) có thể nghiêng để đánh giá vai trò của việc kiểm soát chất nền hạt. Karsai và Shrivastava đã hợp tác với Yasemin Ozkan-Aydin, một nghiên cứu viên sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Goldman, để nghiên cứu chuyển động của động cơ trong cơ sở thử nghiệm SCATTER.

Karsai nói: “Bằng cách tạo ra một robot nhỏ có khả năng tương tự như động cơ RP15, chúng tôi có thể kiểm tra các nguyên tắc đầu máy với nhiều dáng đi khác nhau trong môi trường phòng thí nghiệm có kiểm soát”. “Trong các thử nghiệm của chúng tôi, chúng tôi chủ yếu thay đổi dáng đi, môi trường đầu máy và độ dốc mà robot phải leo lên. Chúng tôi nhanh chóng lặp lại qua nhiều chiến lược dáng đi và điều kiện địa hình để kiểm tra các hiện tượng xuất hiện.”

Trong bài báo, các tác giả mô tả một dáng đi cho phép Mini Rover đi bộ leo lên một con dốc cao với bánh trước khuấy lên vật liệu dạng hạt – hạt anh túc để thử nghiệm trong phòng thí nghiệm – và đẩy chúng trở lại bánh sau. Các bánh xe phía sau lắc lư từ bên này sang bên kia, nâng và xoay tròn để tạo ra một chuyển động giống như mái chèo trong nước. Vật liệu được đẩy lên các bánh sau đã thay đổi độ dốc một cách hiệu quả độ dốc mà các bánh sau phải leo lên, cho phép người đi bộ tiến lên đều đặn lên một ngọn đồi có thể đã chặn một robot có bánh xe đơn giản.

Các thí nghiệm đã cung cấp một biến thể về hoạt động vật lý học trước đó trong nhóm của Goldman liên quan đến việc di chuyển bằng chân hoặc chân chèo, trong đó nhấn mạnh đến việc làm xáo trộn các bề mặt hạt ít nhất có thể để tránh bị kẹt robot.

“Trong các nghiên cứu trước đây của chúng tôi về robot chân thuần, được mô phỏng trên động vật, chúng tôi đã tìm ra rằng bí mật là không tạo ra một mớ hỗn độn,” Goldman nói tiếp. “Nếu bạn kết thúc quá nhiều mớ hỗn độn với hầu hết các robot, cuối cùng bạn chỉ cần chèo và đào vào vật liệu dạng hạt. Nếu bạn muốn vận động nhanh, chúng tôi thấy rằng bạn nên cố gắng giữ vật liệu rắn nhất có thể bằng cách điều chỉnh thông số của chuyển động. “

Nhưng những chuyển động đơn giản đã chứng tỏ có vấn đề đối với các động cơ sao Hỏa, vốn bị mắc kẹt trong các vật liệu dạng hạt. Goldman nói rằng dáng đi được phát hiện bởi Shrivastava, Karsai và Ozkan-Aydin có thể giúp các tay đua trong tương lai tránh được số phận đó.

Sự kết hợp giữa nâng và lăn và chèo nếu được sử dụng đúng cách sẽ cung cấp khả năng duy trì một số tiến về phía trước ngay cả khi nó chậm. Thông qua các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm của nhóm, các nhà khoa học đã chỉ ra các nguyên tắc có thể dẫn đến cải thiện sự mạnh mẽ trong thăm dò hành tinh – và thậm chí ở các bề mặt đầy thách thức trên hành tinh của chúng ta.

Các nhà nghiên cứu hy vọng bên cạnh sẽ nhân rộng các dáng đi khác thường cho các robot lớn hơn và khám phá ý tưởng nghiên cứu robot và môi trường địa phương hóa của chúng cùng nhau. “Chúng tôi muốn nghĩ về đầu máy và môi trường của nó như một thực thể duy nhất”, Goldman nói. “Chắc chắn có một số vấn đề vật lý hạt và chất mềm thú vị để khám phá.”

Mặc dù Mini Rover được thiết kế để nghiên cứu thám hiểm mặt trăng và hành tinh nhưng bài học kinh nghiệm cũng có thể áp dụng cho đầu máy trên mặt đất – một lĩnh vực quan tâm của Phòng thí nghiệm nghiên cứu quân sự, một trong những nhà tài trợ của dự án.

Tiến sĩ Samuel Stanton, quản lý chương trình, Văn phòng nghiên cứu quân sự, một thành viên của Phòng thí nghiệm nghiên cứu phát triển khả năng chiến đấu của quân đội Hoa Kỳ kết luận: “Nghiên cứu cơ bản đang tiết lộ các nguyên tắc phản trực giác và cách tiếp cận mới lạ cho sự vận động và xâm nhập hạt trong địa hình phức tạp và năng suất. Điều này có thể dẫn đến các nền tảng mới, nhận biết địa hình có khả năng chuyển đổi thông minh giữa các chế độ di chuyển có bánh xe và chân để duy trì nhịp độ hoạt động cao.”

Ngoài những người đã được đề cập, các nhà nghiên cứu đã làm việc với Robert Ambrose và William Bluethmann tại NASA, và đi đến Công ty Cổ phần NASA để nghiên cứu về chiếc rover cỡ lớn của NASA.


Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Viện Công nghệ Georgia . Bản gốc được viết bởi John Toon. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.


Tạp chí tham khảo :

  1. Siddharth Shrivastava, Andras Karsai, Yasemin Ozkan Aydin, Ross Pettinger, William Bluethmann, Robert O. Ambrose, Daniel I. Goldman. Tu sửa vật chất và dáng đi độc đáo tạo điều kiện cho sự vận động của một người đi xe máy trên địa hình dạng hạt . Khoa học Robotics , 2020; 5 (42): eaba3499 DOI: 10.1126 / scirobotics.aba3499

Bài viết liên quan

Bài viết mới