НАСА развертывает роботизированный интеллект для расширения возможностей астронавтов и промышленности

MoveIt Pro от PickNik, частично разработанный при финансовой поддержке и помощи НАСА, автоматизирует демонстрации роботизированных рук в вестибюлях двух учебных центров Amazon Web Services. (Изображение:PickNik Inc.)

Быть космонавтом не всегда престижно.

Члены экипажа на космической станции тратят около трети своего времени, просто доставая груз из капсул снабжения и вынося мешки для мусора обратно, говорит Шон Азими, который возглавляет команду ловкой робототехники в Космическом центре НАСА имени Джонсона в Хьюстоне. И это при штатной команде из семи человек.

Поскольку НАСА планирует продлить пребывание астронавтов на Луне и вокруг Луны в последующих миссиях «Артемида», агентство хочет, чтобы роботы взяли на себя часть этой черной работы, освобождая членов экипажа для выполнения большего количества научных исследований и исследований, для которых они здесь. Проблема в том, что в то время как роботы в научной фантастике часто могут сойти за людей, разработка реальных роботов (которые, скорее, будут напоминать подвижные шестисуставные руки) для выполнения даже самых простых человеческих задач чрезвычайно сложна.

Сингапурская компания Hivebotics использует специальную версию MoveIt Pro для автоматизации своего флагманского продукта — робота-уборщика туалетов под названием Abluo. (Изображение:PickNik Inc.)

«Исторически робототехнические манипуляции напоминают большую руку на заводе, перемещающую шасси автомобиля с одного конвейера на другой», — сказал Эзра Брукс, главный инженер-программист PickNik Inc., отметив, что для повторения этого заранее запрограммированного набора действий снова и снова не требуется никакого интеллекта.

Заставить робота распознавать объект в неструктурированной среде, приближаться к нему и выполнять с ним какую-то операцию — совсем другая и гораздо более сложная работа. Это задача, которую компания PickNik из Боулдера, штат Колорадо, решает с помощью космического агентства.

Например, компания работала с робототехниками компании Johnson над разработкой программного обеспечения, позволяющего роботу распознавать люк космического корабля, включая его защелку, ручку и петли, а затем поворачивать защелку, хвататься за ручку и открывать дверь.

Пользовательский интерфейс программного обеспечения для управления роботами MoveIt Pro от PickNik Robotics демонстрирует работу, которую компания проделала совместно с автопроизводителем BMW, чтобы сделать роботов сборочной линии более способными справляться с непредвиденными ситуациями. (Изображение:PickNik Inc.)

Простое планирование движения от заданной начальной конфигурации суставов руки робота до конечной конфигурации, которая подготавливает ее к следующему действию, «требует очень умных математических расчетов и большого количества ресурсов процессора», — сказал Брукс. "Затем, как только вы действительно выполняете эту траекторию, программное обеспечение сообщает роботу все мельчайшие движения, которые ему необходимо совершить. Возможно, более 1000 раз в секунду оно отправляет команды, говорящие:переместите этот сустав с этой скоростью или переместите его в немного другое положение". Алгоритм обратной связи по усилию сообщает роботу, когда он схватил защелку, а алгоритм управления определяет, какую силу робот приложит, чтобы повернуть ее.

Хотя еще предстоит проделать большую работу по подготовке роботов к лунным операциям, программное обеспечение PickNik, разработанное с помощью НАСА, уже находит применение на Земле.

Работа в Джонсоне, финансируемая в рамках программы исследований инноваций в малом бизнесе (SBIR), проводилась на новом комплексном испытательном стенде для мобильной оценки операций робототехники (iMETRO). Там команда также доказала способность программного обеспечения создавать сумки для переноски груза с ручным подъемником, подобные тем, которые используются на Международной космической станции, в люк и бункер для хранения и из них в ожидании заданий будущих роботов Artemis.

Программное обеспечение PickNik, протестированное совместно с Azimi, теперь известное как MoveIt Pro, было разработано при финансовой поддержке SBIR НАСА и Космических сил, а дальнейшие контракты НАСА SBIR помогли усовершенствовать его пользовательский интерфейс, улучшить его автономность и способность восстанавливаться после сбоев.

Ранние миссии «Артемиды» будут короткими, но в конечном итоге экипажи из четырех человек или около того смогут проводить один месяц в году на Луне и на космической станции на лунной орбите, называемой «Врата». По словам Азими, в течение остальных 11 месяцев роботы смогут загружать и разгружать припасы, а также выполнять простые работы по проверке и техническому обслуживанию, позволяя следующей бригаде максимально эффективно использовать свое пребывание. «Мне нравится рассматривать это как способ максимизировать ценность денег, которые мы тратим на доставку людей на поверхность Луны», — сказал он.

Он отметил, что те же самые роботы могут выполнять аналогичные функции на коммерческих космических станциях, которые сейчас строят несколько компаний для низкой околоземной орбиты, и на которых, скорее всего, экипаж будет работать только неполный рабочий день.

На данный момент, по словам Азими, PickNik создает коммерческую клиентскую базу на Земле, которая помогает финансировать разработку продукта и делать его устойчивым. «Итак, наше развитие с помощью SBIR НАСА сосредоточено на пробелах между этим вариантом использования на земле и вариантом использования в космосе». Например, нестабильная связь между Землей и Луной потребует более независимых роботов. А возможность удаленно устранять любые возникающие проблемы будет гораздо важнее, когда люди-операторы будут находиться на расстоянии 240 000 миль. Но все эти возможности пригодятся и на Земле.

На интегрированной мобильной испытательной площадке для робототехнических операций в Космическом центре Джонсона программное обеспечение управления роботами PickNik доказало свое мастерство в таких задачах, как прохождение грузовых мешков через люк и размещение их в бункерах для хранения в ожидании работы, которую НАСА хотела бы, чтобы роботы выполняли во время последующих миссий Артемиды. (Изображение:НАСА)

Брукс сказал, что компания из 35 человек, возможно, не разработала бы коммерческий продукт без предварительного финансирования со стороны НАСА. В робототехнике, по его словам, «вам придется провести годы исследований и итеративных разработок, пытаясь усовершенствовать алгоритмы и заниматься серьезной наукой, чтобы прийти к тому моменту, когда у вас появится отдельный продукт, который можно будет продавать». НАСА профинансировало большую часть этой фундаментальной работы.

И, по его словам, полезно работать с одной из ведущих мировых организаций в области робототехники. «Работа с НАСА действительно полезна с точки зрения возможности погрузиться в глубь действительно сложных проблем, с которыми еще почти никто не сталкивался».

Фактически, Брукс столкнулся с некоторыми из этих проблем, будучи подрядчиком НАСА, работая над миссией агентства «Обслуживание, сборка и производство на орбите 1» — амбициозным проектом в области робототехники, который в итоге был отменен через пару лет после того, как он ушел в PickNik. Он сказал, что эта работа помогла ему предвидеть и решать проблемы, с которыми столкнется команда MoveIt.

По словам Брукса, все разработки программного обеспечения, финансируемые НАСА, уже включены в MoveIt Pro, флагманский продукт компании. Программное обеспечение, выпущенное в 2023 году, нашло значительную клиентскую базу. BMW использует его, чтобы повысить интеллектуальность своих роботизированных сборочных линий, а также автоматизирует демонстрации роботизированных рук в вестибюлях двух учебных центров Amazon Web Services.

Компания Lightspeed использует MoveIt Pro для программирования огромных роботизированных манипуляторов, которые строят «панели» из стен, крыш и полов, пытаясь решить проблему нехватки доступного жилья по всей стране. А PickNik настроил программное обеспечение, чтобы помочь Hivebotics из Сингапура автоматизировать свой флагманский продукт — робота-уборщика туалетов Abluo.

Однако, по словам Брукса, для того, чтобы MoveIt Pro однажды автоматизировал роботов в космосе, инженерам и космическим агентствам придется проделать большую работу, чтобы укрепить доверие к роботизированному интеллекту для космических миссий. «Оно намного сложнее, чем любое другое программное обеспечение, которое когда-либо летало в космос».

Но Азими сказал, что результат будет стоить затраченных усилий. По его словам, роботы, способные выполнять логистические работы, вероятно, смогут выполнять техническое обслуживание объектов и даже проводить научные эксперименты, пока команда отсутствует. «Все, что роботы могут сделать за эти 11 месяцев, вы опережаете то, что было бы, если бы у вас вообще не было таких возможностей».

Для получения дополнительной информации посетите здесь  .