ثعبان الفضاء متغير الشكل: روبوت EELS التابع لناسا يُحدث ثورة في استكشاف خارج كوكب الأرض
رسم توضيحي لمفهوم مساح الحياة خارج البيولوجيا الخارجية (EELS). تم تصميم هذا الروبوت متعدد الاستخدامات الذي يشبه الثعبان لاستكشاف تضاريس مجهولة في الفضاء وعلى الأرض بشكل مستقل دون تدخل بشري في الوقت الفعلي. الائتمان NASA / JPL-CalTech
يتم اختبار روبوت متعدد الاستخدامات يمكنه رسم خرائط واجتياز واستكشاف الوجهات التي كان يتعذر الوصول إليها سابقًا في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا.
كيف تصنع روبوتًا يمكنه الانتقال إلى أماكن لم يرها أحد من قبل – بمفرده، دون تدخل بشري في الوقت الفعلي؟ فريق في مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا والذي يصنع روبوتًا يشبه الثعبان لعبور التضاريس القاسية، يواجه التحدي بعقلية شركة ناشئة: البناء بسرعة، والاختبار في كثير من الأحيان، والتعلم، والضبط، والتكرار.
يسمى EELS (اختصار لـ Exobiology Extant Life Surveyor ) ، وقد استوحى الروبوت الذاتي الدفع والمستقل من الرغبة في البحث عن علامات الحياة في المحيط المختبئة تحت القشرة الجليدية لقمر زحل إنسيلادوس عن طريق هبوط الفتحات الضيقة في السطح التي تنفث السخانات في الفضاء.
على الرغم من استمرار الاختبار والتطوير، فقد أدى التصميم لمثل هذه الوجهة الصعبة إلى إنشاء روبوت قابل للتكيف بدرجة عالية.
يمكن أن تختار EELS مسارًا آمنًا عبر مجموعة متنوعة من التضاريس على الأرض والقمر وما وراء ذلذلك،ما في ذلك الرمال والجليد المتموجة، وجدران الجرالجرف،حفر شديدة الانحدار بالنسبة للعربات الجوالجوالة،ابيب الحمم الجوفية، والمساحات المتاهة داخل الأنهار الجليدية.
أعضاء فريق من مختبر الدفع النفاث يختبرون روبوت ثعبان يسمى EELS في منتجع للتزلج في جبال جنوب كاليفورنيا في فبراير.
تم تصميم EELS لاستشعار بيئته وحساب المخاطر والسفر وجمع البيانات دون تدخل بشري في الوقت الفعلي، ويمكنه في النهاية استكشاف الوجهات في جميع أنحاء النظام الشمسي. الائتمان: NASA / JPL-Caltech
“لديها القدرة على الذهاب إلى المواقع التي لا تستطيع الروبوتات الأخرى الذهاب إليها.
على الرغم من أن بعض الروبوتات أفضل في نوع معين من التضاريس أو غيرها، فإن فكرة EELS هي القدرة على القيام بكل شيء، “قال ماثيو روبنسون، مدير مشروع EELS من JPL.
“عندما تذهب إلى أماكن لا تعرف فيها ما ستجده، فأنت تريد إرسال روبوت متعدد الاستخدامات ومدرك للمخاطر يكون مستعدًا لعدم اليقين – ويمكنه اتخاذ القرارات من تلقاء نفسه.”
بدأ فريق المشروع في بناء النموذج الأولي الأول في عام 2019 وقام بإجراء مراجعات مستمرة.
منذ العام الماضي، أجروا اختبارات ميدانية شهرية وصقلوا كل من الأجهزة والبرامج التي تسمح لـ EELS بالعمل بشكل مستقل.
في شكله الحالي، المسمى EELS 1.0، يزن الروبوت حوالي 220 رطلاً (100 كيلوغرام) وطوله 13 قدمًا (4 أمتار). إنه يتألف من 10 أجزاء متطابقة تدور، باستخدام خيوط لولبية للدفع، والجر، والقبضة.
كان الفريق يجرب مجموعة متنوعة من البراغي: مسامير بلاستيكية مطبوعة ثلاثية الأبعاد قطرها 8 بوصات (قطر 20 سم) للاختبار على أرض أكثر مرونة، ومسامير معدنية أضيق وأكثر حدة للجليد.
تم اختبار ثعبان البحر في التضاريس الرملية لمريخ يارد التابع لمختبر الدفع النفاث في أبريل.
يختبر المهندسون بشكل متكرر الروبوت الأفعى عبر مجموعة متنوعة من التضاريس، بما في ذلك الرمال والثلج والجليد. الائتمان: NASA / JPL-Caltech
تم اختبار الروبوت في البيئات الرملية والثلجية والجليدية، من ساحة المريخ في مختبر الدفع النفاث إلى “ملعب الروبوت” الذي تم إنشاؤه في منتجع للتزلج في الجبال الثلجية في جنوب كاليفورنيا، حتى في حلبة للتزلج على الجليد داخلية محلية.
قال هيرو أونو ، الباحث الرئيسي في مختبر EELS في مختبر الدفع النفاث: “لدينا فلسفة مختلفة لتطوير الروبوتات عن المركبات الفضائية التقليدية، مع العديد من الدورات السريعة للاختبار والتصحيح”.
“هناك العشرات من الكتب المدرسية حول كيفية تصميم مركبة ذات أربع عجلات، ولكن لا يوجد كتاب مدرسي حول كيفية تصميم روبوت ثعبان مستقل ليذهب بجرأة إلى حيث لم يذهب أي روبوت من قبل. علينا أن نكتب ما يخصنا. هذا ما نفعله الآن “.
تم تصميم EELS (Exobiology Extant Life Surveyor) في مختبر الدفع النفاث (JPL) على أنه إنسان آلي ثعبان مستقل ينزل من فتحات ضيقة في القشرة الجليدية لقمر إنسيلادوس الجليدي لاستكشاف المحيط المختبئ أدناه.
لكن تم اختبار نماذج أولية لإعداد الروبوت لمجموعة متنوعة من البيئات. الائتمان: NASA / JPL-Caltech
كيف يفكر ويتحرك EELS
بسبب الفارق الزمني في الاتصالات بين الأرض والفضاء السحيق، تم تصميم EELS لاستشعار بيئتها بشكل مستقل، وحساب المخاطر، والسفر، وجمع البيانات باستخدام أدوات علمية لم يتم تحديدها بعد. عندما يحدث خطأ ما، فإن الهدف هو أن يتعافى الروبوت من تلقاء نفسه، دون مساعدة بشرية.
“تخيل سيارة تسير بشكل مستقل، لكن لا توجد إشارات توقف، ولا إشارات مرور، ولا حتى أي طرق. قال روهان ثاكر ، قائد الاستقلالية في المشروع، “على الروبوت أن يكتشف الطريق ويحاول اتباعه”. “ثم يجب أن تنخفض 100 قدم ولا تسقط.”
قام أعضاء فريق EELS التابع لمختبر الدفع النفاث بتخفيض رأس مستشعر الروبوت – الذي يستخدم كاميرات ليدار وستيريو لرسم بيئته – إلى عمود رأسي يسمى مولين على نهر أثاباسكا الجليدي في كولومبيا البريطانية في سبتمبر 2022.
وسيعود الفريق إلى الموقع في 2023 و2024 لاختبارات إضافية مع إصدارات الروبوت الكامل الثعبان. الائتمان: NASA / JPL-Caltech
ينشئ EELS خريطة ثلاثية الأبعاد لمحيطه باستخدام أربعة أزواج من الكاميرات الاستريو والليدار ، وهو مشابه للرادار ولكنه يستخدم نبضات ليزر قصيرة بدلاً من موجات الراديو.
باستخدام البيانات من تلك المستشعرات، تحدد خوارزميات التنقل المسار الأكثر أمانًا للأمام.
كان الهدف هو إنشاء مكتبة “المشية”، أو الطرق التي يمكن للروبوت أن يتحرك بها استجابة لتحديات التضاريس، من الانحراف إلى الالتفاف على نفسه، وهي حركة يسميها الفريق “الموز”.
في شكله النهائي، سيحتوي الروبوت على 48 مشغلًا – محركات صغيرة بشكل أساسي – تمنحه المرونة لتحمل تكوينات متعددة ولكنها تضيف تعقيدًا لكل من فرق الأجهزة والبرامج.
يقارن Thakker المحركات بـ “48 عجلة قيادة”. يمتلك العديد منهم مستشعرًا مدمجًا لعزم الدوران، ويعمل كنوع من الجلد حتى يتمكن EELS من الشعور بمدى القوة التي يمارسها على التضاريس.
يساعد ذلك على التحرك عموديًا في مزالق ضيقة ذات أسطح غير مستوية، وتهيئة نفسها للضغط على الجدران المقابلة في نفس الوقت مثل متسلق الصخور.
تصطف البراغي التي تدفع EELS مع توفير الجر والقبضة في مختبر في مختبر الدفع النفاث. على اليسار يوجد برغي الألمنيوم الأسود للاختبار على الجليد.
تم اختبار المسامير اللولبية البلاستيكية المطبوعة ثلاثية الأبعاد المتبقية – بأطوال متفاوتة، وزوايا رصاص، وارتفاعات خيطية، وحدّة حواف – على ثلوج ورمال أكثر مرونة. الائتمان: NASA / JPL-Caltech
في العام الماضي، تمكن فريق EELS من تجربة تلك الأنواع من المساحات الصعبة عندما قاموا بتخفيض رأس تصور الروبوت – الجزء الذي يحتوي على الكاميرات والليدار – إلى عمود رأسي يسمى مولين في Athabasca Glacier في جبال روكي الكندية.
في سبتمبر، سيعودون إلى الموقع، والذي يعد من نواحٍ عديدة نظيرًا للأقمار الجليدية في نظامنا الشمسي، مع نسخة من الروبوت المصمم لاختبار التنقل تحت السطح.
سيقوم الفريق بإسقاط مجموعة صغيرة من أجهزة الاستشعار – لمراقبة الخصائص الكيميائية والفيزيائية للأنهار الجليدية – والتي سيتمكن EELS في النهاية من نشرها في المواقع البعيدة.
قال روبنسون: “كان تركيزنا حتى الآن على القدرة الذاتية والتنقل، ولكن في النهاية سننظر في الأدوات العلمية التي يمكننا دمجها مع EELS”.
يخبرنا العلماء إلى أين يريدون الذهاب، وما هو أكثر ما يثير حماسهم، وسنوفر روبوتًا ينقلهم إلى هناك. كيف؟ مثل شركة ناشئة، علينا فقط أن نبنيها “.
نظام EELS عبارة عن منصة أدوات متنقلة تم تصميمها لاستكشاف هياكل التضاريس الداخلية وتقييم قابلية السكن والبحث في النهاية عن دليل على الحياة.
وهي مصممة لتكون قابلة للتكيف لاجتياز التضاريس المستوحاة من عالم المحيط والوسائط المميعة والبيئات المتاهة المغلقة والسوائل. الائتمان: NASA / JPL-CalTech
المزيد عن المشروع
يتم تمويل EELS من قبل مكتب ضخ التكنولوجيا والاستراتيجية في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في جنوب كاليفورنيا من خلال برنامج تسريع تكنولوجي يسمى JPL Next.
تتم إدارة مختبر الدفع النفاث لناسا بواسطة معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا ، كاليفورنيا.
عمل فريق EELS مع عدد من شركاء الجامعة في المشروع، بما في ذلك جامعة ولاية أريزونا وجامعة كارنيجي ميلون وجامعة كاليفورنيا في سان دييغو. الروبوت ليس حاليًا جزءًا من أي مهمة لناسا.
المصدر: scitechdaily
شاهد المزيد:
