Когда люди наконец-то ступят на Марс, у них может появиться четвероногий спутник. Но это будет не собака, а четвероногий робот, предназначенный для сбора образцов и предупреждения астронавтов на Красной планете о том, что они могут подвернуть лодыжку.
Команда учёных из Орегонского государственного университета, Университета Южной Калифорнии, Пенсильванского университета и Техасского университета A&M ранее в этом месяце провела испытания прототипа будущей марсианской собаки-робота в Национальном парке Уайт-Сэндс в Нью-Мексико. В течение пяти дней роботу было поручено пересечь регион с рыхлой, непредсказуемой почвой, которая должна имитировать поверхность Красной планеты.
Эксперимент проведён примерно через два года после аналогичных экспериментов с тем же роботом на горе Худ в Орегоне, где местность также напоминает Луну.
Учёные и их четвероногий робот в Национальном парке Уайт-Сэндс. Авторы: Justin Durner Photography. Слева направо: Этан Фулчер, Диего Капорале, Фейфей Цянь (все из Университета Южной Калифорнии), Дианна Флинн (Орегонский государственный университет) и Эрик Сигг (Университет Пенсильвании).
Исследователи надеются, что уроки, извлечённые из этих двух пустынных экскурсий, помогут роботу-собаке получить преимущество, необходимое для участия в будущих миссиях на Луну (а затем и на Марс) в качестве своего рода независимого помощника. Он будет собирать образцы и предупреждать своих партнёров-людей, когда они приближаются к нестабильным или небезопасным районам.
Эксперименты с роботом-собакой в рамках проекта LASSIE (Legged Autonomous Surface Science in Analog Environments) призваны продемонстрировать возможности четвероногих роботов в условиях, имитирующих лунные и марсианские.
На видео, предоставленном журналу Popular Science, видно, как миниатюрная чёрно-белая собака-робот по имени Spirit перебирает лапами по обширному песчаному ландшафту. «Голова» робота состоит из нескольких камер, расположенных рядом. Быстрое колебание его роботизированных суставов, подбрасывающих песчинки, издаёт пронзительный писк, напоминающий персонажа Pixar. Позже на видео видно, как четвероногий робот работает в тандеме с четырёхколёсным вездеходом чуть большего размера.
Исследователи тестируют возможности передвижения и балансировки четвероногого робота в Национальном парке Уайт-Сэндс в Нью-Мексико. Автор: Шон Нилон/Орегонский государственный университет.
«Наша группа очень заинтересована в том, чтобы поставить четвероногих роботов на Луну и на Марс», — заявила исследовательница робототехники из Орегонского государственного университета Кристина Уилсон. «Это следующий рубеж, который использует уникальные возможности шагающих роботов».
Почему выбрана собака-робот?
Если четырёхногий преемник Spirit доберётся до поверхности Марса, это будет не первый робот, который сделает это. Марсоход NASA Sojourner приземлился на Марс ещё в 1997 году, а семь лет спустя за ним последовали Spirit и Opportunity. С тех пор три марсохода (два от NASA и один от Китая), а также небольшой вертолёт обосновались на планете.
Эти аппараты полезны, но четвероногие роботы могут добраться туда, куда их колёсные и крылатые собратья просто не могут.
Четыре палки-ноги позволяют роботу-собаке адаптироваться к различным типам местности и сохранять равновесие. Эти ноги используют то, что исследователи называют проприоцептивным восприятием, что означает, что робот может обнаруживать небольшие изменения текстуры или распознавать, когда одна из его ног соприкасается с поверхностью Марса.
Другими словами, четвероногий робот может «чувствовать» и интерпретировать поверхностные силы, подобно тому как настоящая собака знает, когда перепрыгнуть через раскалённый тротуар или неровную каменистую землю. Это полезно для сохранения долговечности робота, но также означает, что он может служить своего рода разведчиком безопасности, опережая астронавтов-людей и предупреждая их о потенциальных опасностях.
Часть испытаний, проведённых в этом месяце, была направлена на сбор дополнительных данных для улучшения алгоритмов, помогающих машине работать автономно. Используя компьютерное зрение и машинное обучение для проложения собственных путей, четвероногий робот может (по крайней мере, теоретически) собирать образцы в процессе, который исследователи называют адаптивным сбором образцов. Они также могут исследовать районы независимо от людей с помощью новых алгоритмов. Такая эффективность может значительно увеличить объём проводимых научных исследований.
«Когда нога робота скользит по льду или погружается в мягкий снег, это вдохновляет нас искать новые принципы и стратегии, которые могут расширить границы человеческих знаний и сделать возможными новые технологии», — сказала доцент Университета Южной Калифорнии Фейфей Цянь в прошлогоднем блоге Университета Пенсильвании. «Мы учимся и совершенствуемся на основе наблюдаемых неудач».
Связанные материалы: [Четырехногий «робопёс» патрулирует Большой адронный коллайдер]
Нью-Мексико: имитация Марса дома
Несмотря на заявления некоторых миллиардеров об обратном, добраться до Марса — это не прогулка в парке. Это делает тестирование всего, что должно однажды работать на Красной планете, серьёзной задачей.
Исследователи выбрали Национальный парк Уайт-Сэндс, потому что его активные поля с гипсовыми дюнами имеют различные осадочные текстуры, похожие на те, что есть на Марсе, состоящие из рыхлого песка. В этом районе также есть хрупкая поверхностная корка, состоящая из соли, карбоната кальция и микробов, что создаёт разнообразную и сложную среду для проверки адаптивности робота.
Однако одно ключевое различие между Нью-Мексико и Марсом — это температура. В то время как температура на Марсе может колебаться около −62,7 °C, исследователи, работавшие в Национальном парке Уайт-Сэндс, столкнулись с волнами жары, приближающимися к трёмзначным значениям. Было так жарко, что они начали свои эксперименты на рассвете и завершили их к позднему утру. Экстремальная жара сказалась на команде и создала риск выхода из строя источника питания робота.
Хотя NASA не планирует отправлять настоящую собаку на Марс (по крайней мере, насколько нам известно), лучший друг человека всё ещё играет роль в процессе исследования. По сообщениям, немецкая овчарка по имени Говард, принадлежащая Уилсон, продемонстрировала свою спортивную форму во время экспериментов на горе Худ, грациозно бегая и прыгая по снегу и обледенелым камням. Изучая то, как он интуитивно преодолевает эти препятствия, исследователи могут применить эти знания для улучшения работы робота-собаки.
Конечная цель — разработать робота-собаку, достойную имени Лесси.
Статья «Собака-робот LASSIE может отправиться на Марс вместе с астронавтами» впервые опубликована в журнале Popular Science.