Компания швейцарских роботов отправится исследовать Луну и Марс?

Инженер-робототехник Филип Арм с экспериментальным роботом Добби в цюрихской лаборатории. swissinfo.ch / Michele Andina

Почему бы не заменить тяжелые марсоходы или луноходы роем небольших мобильных роботов-дронов? Именно такую идею разработали швейцарские ученые. Мы посетил их научную лабораторию в Цюрихе.

Сначала он лежит на полу, похожий на спящего пса, но потом Филипп Арм (Philip Arm) нажимает кнопку на пульте дистанционного управления, и робот Добби оживает, встаёт и начинает перемещаться в пространстве. Примерно так же четырехногий шагающий робот, разработанный в Высшей технической школе Цюриха (ВТШ / ETH) и названный в честь персонажа из «Гарри Поттера», в будущем сможет, оказавшись на Луне или Марсе, собирать данные, необходимые ученым, исследующим поверхности других небесных тел, существующих в Солнечной системе.

В последнее время человечество вновь начинает думать об экспедициях на Марс или Луну. В новой космической гонке участвуют как отдельные государства, так и частные состоятельные инвесторы. Важную роль при этом играют инновационные технологии (искусственный интеллект, возвращаемые разгонные ступени ракет и т. д.), экономические и геополитические интересы, а также практическая заинтересованность в новых данных из области геологии и климатологи. Не оставляет в покое и вечный вопрос о том, есть ли жизнь на Марсе.

«Самые интересные локации на Луне или на Марсе часто расположены в кратерах или в очень сложной пересеченной местности, — говорит Филипп Арм. — И именно там у шагающего, а не у колёсного робота есть существенное преимущество. Ровер-луноход или марсоход относительно тяжел, он может даже со всеми своими многочисленными колесами застрять в лунной или марсианской пыли, в то время как 50-килограммовый шагающий робот передвигается по такому ландшафту гораздо быстрее».

Один для всех, все для одного

Робот Добби между тем продолжает движение и легко взбирается на деревянное возвышение. По пути он, конечно же, поскальзывается, но потом снова прочно встает на все свои четыре ноги. «Заставить этого робота свалиться практически невозможно», — говорит Филипп Арм. Но потом мы снова возвращаемся к идее использования на иных планетах групп автономно управляемых роботов-дронов.

Филипп Арм говорит, что такой сетевой принцип повышает шансы на успешное достижение всех целей, поставленных перед инопланетной экспедицией. Некоторые роботы могут быть универсалами, другие могли бы выполнять различные специализированные задачи в области картографирования лунной или марсианской поверхности, поиска определенных геологических пород, проведения разного рода замеров.

Несколько роботов могли бы справляться с такими задачами куда быстрее, чем один. А если кто-то в группе выйдет из строя, то его задачи возьмут на себе остальные участники миссии. Все эти роботы были придуманы и созданы на базе одной и той же компании, а именно фирмы AnyboticsВнешняя ссылка, основанной в рамках деловой и инновационной среды, возникшей в последние годы вокруг цюрихской ВТШ / ETH.

Этого шагающего робота зовут Добби – в честь домашнего эльфа из «Гарри Поттера». swissinfo.ch / Michele Andina

Многие из них, тем не менее, уже применяются в тех или иных отраслях экономики, например, они могут проводить технический осмотр рельсового хозяйства или работать на химических производствах в зонах, опасных для человека. А недавно, в апреле 2023 года, группа инженеров под руководством Хендрика Кольвенбаха (Hendrik Kolvenbach), научного сотрудника Лаборатории робототехнических систем при ETH (Senior Scientist am Robotic Systems LabВнешняя ссылка), совместно с Исследовательским центром информационных технологий (FZI Forschungszentrum Informatik) из немецкого города Карлсруэ и с другими партнерами в Швейцарии представила группу шагающих роботов и выиграла с ними конкурс, организованный в Люксембурге Европейским космическим агентством ESA.

Почему так интересно заглянуть под лежачий камень?

Конкурс состоял в выполнении некоторых исследовательских задач, в частности, роботы должны были найти и идентифицировать минералы, разбросанные по испытательному полигону, имитирующему физические и климатические условия, царящие в полярных областях Луны. Три швейцарских робота работали вместе и смогли целиком и полностью убедить жюри в своем техническом превосходстве. По итогам конкурса эта швейцарско-немецкая исследовательская группа получила грант, который поможет ей и в следующем 2025 году заниматься дальнейшим совершенствованием данной технологии.

Что интересно было в этом конкурсе, говорит Хендрик Кольвенбах, так это тот факт, что почти все принимавшие в нем участие научно-исследовательские группы использовали именно шагающих роботов. Так что такие роботы, похоже, вовсе не мода, но магистральное направление дальнейшего развития мобильной робототехники. А в этой области работают сейчас многие НИИ, например из Германии, в частности Немецкий аэрокосмический центр (DLR). Что касается команды из ВТШ, то следующим шагом для них станет создание комбинированной системы в составе как шагающих, так и летающих роботов.

Руководитель лаборатории Robotic Systems Хендрик Кольвенбах с некоторыми из своих «подопечных». swissinfo.ch / Michele Andina

Чтобы показать нам, как Добби мог бы в теории работать на Луне, Филипп Арм заставляет его «откопать» одной из своих «лап» отдельно лежащий фрагмент горной породы и перевернуть его нижней стороной вверх. Зачем это нужно? Так называемый «солнечный ветер» оказывает на поверхность Луны или Марса, планет без атмосферы или почти без атмосферы, значительное деформирующее влияние, бомбардируя её сильно заряженными частицами, поэтому наибольший интерес для ученых составляет как раз оборотная сторона фрагментов породы, не подверженная облучению.

Междисциплинарный подход

Цюрихская Лаборатория робототехнических систем принципиально работает на междисциплинарной основе: здесь свои усилия объединяют эксперты в области классического машиностроения, информатики, электроники и робототехники. Х. Кольвенбах говорит, что испытания роботов необходимо проводить в сложных условиях, приближенных к марсианским или лунным. В его команду ученых также входит эксперт в области планетарной геофизики Анна Миттельхольц (Anna Mittelholz), которая занимается собственным проектом под названием LunarLeaper, а помогает ей в этом трехногий робот SpaceHopper.

Этого прыгающего робота она намерена применить в рамках проекта по исследованию лунной каверны, которая, как считается, образовалась в результате обрушения лавового туннеля. Результаты таких исследований могут сыграть определенную роль в будущем, например, в ходе проектирования постоянной лунной базы. Как говорит Анна Миттельхольц, рой роботов-дронов позволил бы проводить полевые измерения на более обширной по площади территории. Команда роботов была бы также полезна в плане фиксации хода и результатов лунной или марсианской экспедиции.

В самом деле, роботы могли бы снимать друг друга и отправлять видеоматериалы на Землю. На Луне или Марсе, однако, роботы не будут управляться дистанционно, ведь время, за которое радиосигнал поступает с Земли до, например, Марса, составляет от 3 до 22 минут в зависимости от взаимного расположения планет. Потому им придется работать автономно на основе «интернета вещей» и искусственного интеллекта. Подзаряжаться они будут с помощью солнечных батарей, но на Луне, как уже было сказано, нет атмосферы, поэтому перед учеными встает ещё и вопрос терморегулирования: как не заморозить роботов без Солнца и как не дать им расплавиться на Солнце.

Технологии на перспективу

Электронные системы следует также проектировать с учетом космической радиации и необходимости работать в контакте с пылью. Вот почему команда ученых, работающая над роботом Dobby, прежде чем начинать монтировать робота нового поколения, всегда сначала создает его компьютерную модель. В конце концов, необходимо ведь учитывать и бюджетные факторы, поскольку такой робот, выполненный «в железе», может стоить порой столько, сколько роскошный автомобиль. Финансирование же лаборатория получает за счет международных и швейцарских грантов, а также благодаря конкурсам, подобным тому, о котором мы уже упоминали.

Когда-то Анна Миттельхольц хотела стать астронавткой. Сейчас она собирается искать потенциальные места для баз на Луне. swissinfo.ch / Christian Raaflaub

«На примере нашего робота Dobby мы создаем и испытываем технологии, которые будут актуальны, может быть, только через 10–20 лет, уж очень сложна эта техника», — говорит Ф. Арм. А вот куда более простой Space Hopper, с другой стороны, сможет начать прыгать по Луне уже лет через пять-десять. Маленькое трехногое существо уже прошло испытания в условиях невесомости в ходе так называемого «авиационного полета по параболе». А тем временем наш четвероногий друг человека Добби заскучал и снова лениво улегся, используя вполне заслуженную паузу для подзарядки аккумуляторов.