Un nouveau robot robot intelligent conçu pour conquérir l’exploration lunaire et planétaire

Par

Mini Rover opérant dans le sable de la plage

Construit avec des appendices multifonctionnels capables de faire tourner des roues qui peuvent également être «agitées» et levées, le Mini Rover a été modelé sur un nouveau design de rover de la NASA et utilisé en laboratoire pour développer et tester des techniques de locomotion complexes suffisamment robustes pour l’aider à gravir des collines composées de matériau granulaire, ici sable de plage ordinaire. Crédit: Christopher Moore, Georgia Tech

Construit avec des appendices à roues pouvant être soulevés, un nouveau robot développé avec le financement de l’armée américaine dispose de techniques de locomotion complexes suffisamment robustes pour lui permettre de gravir des collines couvertes de sable et d’éviter de rester coincé. Le robot a NASA intéressé pour une étude potentielle d’une planète ou de la Lune.

À l’aide d’un mouvement que les chercheurs du Georgia Institute of Technology ont surnommé le pédalage du rotateur arrière, le robot, connu sous le nom de Mini Rover, monte une pente en utilisant une conception qui combine les mouvements de pagaie, de marche et de rotation des roues. Les comportements du rover ont été modélisés en utilisant une branche de la physique connue sous le nom de terradynamique.

Pistes de Mini Rover

Le robot, connu sous le nom de Mini Rover, grimpe une pente en utilisant une conception qui combine les mouvements de pagaie, de marche et de rotation des roues. Cette image en gros plan montre l’un des appendices du Mini Rover. La jambe peut être levée et abaissée et la roue déplacée d’un côté à l’autre pour se déplacer à travers des surfaces granulaires lâches. Crédit: Christopher Moore, Georgia Tech

Le journal Science Robotics publié la recherche comme article de couverture. Le Bureau de recherche de l’Armée, un élément du Laboratoire de recherche de l’armée du Commandement pour le développement des capacités de combat de l’armée américaine et la NASA, par le biais de la National Robotics Initiative, ont financé la recherche.

«Cette recherche fondamentale révèle de nouvelles approches passionnantes pour la locomotion en terrain complexe», a déclaré le Dr Samuel Stanton, gestionnaire de programme à ARO. «Cela pourrait conduire à des plates-formes capables de faire une transition intelligente entre les modes de déplacement à roues et à jambes pour maintenir un rythme opérationnel élevé.»

Selon les scientifiques, lorsque des matériaux en vrac comme le sable coulent, cela peut créer des problèmes pour les robots qui s’y déplacent.

“Ce rover a suffisamment de degrés de liberté pour qu’il puisse se sortir des bourrages assez efficacement”, a déclaré Dan Goldman, professeur Dunn Family à la School of Physics du Georgia Institute of Technology. «En avalanchant les matériaux des roues avant, cela crée une pente fluide localisée pour les roues arrière qui n’est pas aussi raide que la pente réelle. Le rover est toujours auto-générateur et auto-organisant une bonne colline pour lui-même. “

Un robot construit par le Johnson Space Center de la NASA a été le premier à pouvoir faire tourner ses roues, balayer la surface avec ces roues et soulever chacun de ses appendices à roues si nécessaire, créant une large gamme de mouvements potentiels. À l’aide d’imprimantes 3D internes, les chercheurs de Georgia Tech ont collaboré avec le Johnson Space Center pour recréer ces capacités dans un véhicule à échelle réduite avec des appendices à quatre roues entraînés par 12 moteurs différents.

“Le rover a été développé avec une architecture mécatronique modulaire, des composants disponibles dans le commerce et un nombre minimal de pièces”, a déclaré Siddharth Shrivastava, un étudiant de premier cycle à la George W. Woodruff School of Mechanical Engineering de Georgia Tech. «Cela a permis à notre équipe d’utiliser notre robot comme un outil de laboratoire robuste et de concentrer nos efforts sur l’exploration d’expériences créatives et intéressantes sans se soucier d’endommager le rover, des temps d’arrêt de service ou de limiter les performances.»

La large gamme de mouvements du rover a permis à l’équipe de recherche de tester de nombreuses variations qui ont été étudiées en utilisant des mesures de force de traînée granulaire et une théorie de la force résistive modifiée. L’équipe a commencé par les allures explorées par le robot NASA RP15 et a expérimenté des schémas de locomotion qui n’auraient pas pu être testés sur un rover de taille normale.

Les chercheurs ont également testé leurs allures expérimentales sur des pentes conçues pour simuler des collines planétaires et lunaires à l’aide d’un système de lit fluidisé connu sous le nom de SCATTER, ou Création systématique de terrain arbitraire et test de robots d’exploration, qui pourraient être inclinés pour évaluer le rôle du contrôle du substrat granulaire .

Dans les expériences, la nouvelle démarche a permis au rover de gravir une pente raide avec les roues avant en remuant le matériau granulaire – graines de pavot pour les tests de laboratoire – et en les repoussant vers les roues arrière. Les roues arrière s’agitaient d’un côté à l’autre, se soulevant et tournant pour créer un mouvement qui ressemble à pagayer dans l’eau. Le matériau poussé vers les roues arrière a effectivement modifié la pente que les roues arrière devaient monter, permettant au rover de progresser régulièrement sur une colline qui aurait pu arrêter un simple robot à roues.

Surfaces granulaires Mini Rover

Le Mini Rover se déplace à travers un lit de graines de pavot conçu pour modéliser le mouvement à travers des surfaces granulaires. Le robot a été utilisé pour tester des techniques de locomotion complexes suffisamment robustes pour l’aider à gravir des collines planétaires ou lunaires recouvertes d’un tel matériau granulaire. Crédit: laboratoire Goldman, Georgia Tech

“Dans nos études précédentes sur des robots à pattes pures, sur le modèle des animaux, nous avions en quelque sorte compris que le secret n’était pas de faire un gâchis”, a déclaré Goldman. «Si vous finissez par faire trop de dégâts avec la plupart des robots, vous finissez par pagayer et creuser dans le matériau granulaire. Si vous voulez une locomotion rapide, nous avons constaté que vous devriez essayer de garder le matériau aussi solide que possible en modifiant les paramètres du mouvement. »

Mais de simples motions se sont avérées problématiques pour Mars rovers, qui sont restés coincés dans des matériaux granulaires. Goldman dit que cette découverte de la démarche pourrait aider les futurs rovers à éviter ce sort.

“Cette combinaison de levage et de roue et de pagaie, si elle est utilisée correctement, permet de maintenir une certaine progression vers l’avant, même si elle est lente”, a déclaré Goldman. «Grâce à nos expériences en laboratoire, nous avons montré des principes qui pourraient conduire à une amélioration de la robustesse dans l’exploration planétaire – et même sur des surfaces difficiles sur notre propre planète.»

Les chercheurs espèrent ensuite étendre les allures inhabituelles à des robots plus grands et explorer l’idée d’étudier ensemble les robots et leurs environnements localisés.

Bien que le Mini Rover ait été conçu pour étudier l’exploration lunaire et planétaire, les leçons apprises pourraient également s’appliquer à la locomotion terrestre – un domaine d’intérêt pour l’armée.

Lire Rover d’exploration planétaire propose des techniques de locomotion complexes pour éviter les pièges pour en savoir plus sur le Mini Rover.

Référence: «Le remodelage des matériaux sur un terrain granulaire offre des avantages de robustesse pour un robot robophysique» par Siddharth Shrivastava, Andras Karsai, Yasemin Ozkan Aydin, Ross Pettinger, William Bluethmann, Robert O. Ambrose, Daniel I. Goldman, 13 mai 2020, Science Robotics.
DOI: 10.1126 / scirobotics.aba3499