По заказу DARPA создаются многоцелевые модульные роботы для использования в космосе и опасных зонах на Земле. Доктор Вэй-Мин Шень и его команда из Университета Южной Калифорнии в прошлом году выиграли грант на их разработку в размере $ 1 млн. Теперь вместе с компанией NovaWurks они создали предсерийные образцы.
На Земле и за её пределами найдётся множество мест, куда сложно и опасно отправлять людей. Всё больше задач в наше время решаются роботами. Они осваивают профессии сапёра, разведчика, водолаза, пожарного, спасателя, астронома-наблюдателя, вулканолога и множество других. Проблема лишь в том, что в случае поломки робота тоже придётся кому-то ремонтировать, и хорошо, если это можно сделать где-то в спокойной обстановке.
В открытом космосе такого места просто не найти. Любые внеплановые работы на орбите и на других планетах не просто сопряжены с высоким риском, но и требуют огромных затрат, что часто делает их невозможными. Потерян уникальный модуль «Розетта», не сумевший закрепиться на комете из-за дефектного пиропатрона в опоре. Марсоход Spirit навсегда застрял в красных дюнах, а другой старый ровер – Opportunity – вспахивает Марс заблокированным колесом.
Телескоп «Хаббл» расположен куда ближе, поэтому на его ремонт в НАСА и ЕКА всё-таки отважились. Он потребовал всего-то трёхлетней подготовки и одиннадцать суток чистого времени на замену неисправных модулей. Семь членов экипажа рисковали жизнью ради того, что роботизированная орбитальная обсерватория продолжила делать лучшие астрофотографии.
Как бы здорово было научить роботов ремонтировать и переделывать себя самостоятельно – хотя бы на уровне элементарного самообслуживания и замены основных модулей. Именно на это и направлен проект Phoenix Агентства перспективных оборонных научно-исследовательских разработок США.
http://youtu.be/QQ0mSNsGlcQ
Он разбит на три этапа. Первый подразумевает разработку технологии продления сроков эксплуатации космических активов, особенно спутников, находящихся на геостационарной орбите. Для этого создаются манипуляторы (вроде Canadarm, но гораздо меньше) и другие роботизированные механизмы ремонта, частично избавляющие от необходимости выхода астронавтов в открытый космос. Автоматические платформы смогут ремонтировать актуальные спутники, используя для этого взаимозаменяемые части старых.
Второй этап нацелен на создание модульной архитектуры роботизированных спутников, которые смогут обслуживать и ремонтировать себя десятилетиями без отправки материалов с Земли. Каждый модуль будет массой около семи килограмм. В нём будет либо базовый набор элементов, либо комплекс специализированных узлов для ремонта и замены других.
Третий этап предусматривает орбитальную систему доставки. По замыслу это будет некий стандартизированный механизм, предназначенный для безопасного и более дешёвого выполнения широкого спектра работ на орбите.
Пока группа Вэй-Мин Шеня работает над первым этапом. Недавно они продемонстрировали серию реконфигурируемых роботов серии SuperBot. Пока это ранний прототип, но он уже успешно выполняет большинство требуемых функций: произвольное совмещение блоков, их взаимозаменяемость, формирование общей электрической и информационной сети, приём и передачу данных.
Каждый модуль называется Starlet. Его приблизительные размеры составляют 13 x 6,5 x 6,5 см. Внутри него находится источник питания, контроллер, набор датчиков и исполнительных устройств, а также средства беспроводной связи: ИК-порт, Blueetoth и приёмопередатчик УКВ диапазона. «На больших расстояниях они используют для связи коротковолновое радио, но тут же переключаются на более эффективные беспроводные интерфейсы, оказавшись в радиусе досягаемости. Соседние старлеты общаются между собой перемигиванием в ИК-диапазоне».
В отдельных старлетах может быть своя специфическая начинка, но внешний дизайн при этом останется полностью идентичным. На каждой из шести граней расположен универсальный разъём для подключения к другим модулям, поэтому они могут собираться в структуры практически любой формы и масштаба. Уже два года назад каждый старлет был способен выполнять три типа движения: наклон, поворот и качение в выбранном направлении.
http://youtu.be/3o9wO30wkNU
Вэй-Мин Шень утверждает, что вскоре можно будет забросить сотню таких «суперботов» в пустыню, где они смогут самостоятельно собраться (например, в мини-ровер) и перемещаться, передавая собранные данные. Встретив на пути высокую дюну или другое сложное препятствие, агломерат «суперботов» изменит форму – к примеру, отрастит ноги или вовсе превратится в большой шар.
Вот только если NASA думает о марсианских пустынях и научных исследованиях, то DAPRA интересуют в первую очередь пустынные регионы «недостаточно демократизированных государств» и сбор разведданных.
Проект SuperBot постоянно развивался на протяжении последних девяти лет. Текущая версия программного обеспечения доросла до номера v.2000. Весь софт написан в основном на Cи с использованием вставок кода на Ассемблере. Текущая демонстрация – уже пятый релиз «суперботов» в железе. Взгляните на один из ранних прототипов, созданный семь лет назад.
http://youtu.be/fLQvjpc1wj0
«Особенность наших роботов в том, что они лишены единого управляющего центра, – комментирует Вэй-Мин Шень. – Это повышает живучесть всей системы и делает взаимозаменяемыми не только сами модули, но и их отдельные части». Например, если универсальный разъём с одной стороны повреждён, то модуль подключится к соседнему с помощью другой, а дефектная грань может быть использована в качестве опоры.
Ожидается, что такие модульные орбитальные роботы будут реконфигурируемые, интеллектуальные и максимально самодостаточные. Это позволит расширять их сферы применения без выполнения ручных манипуляций на орбите или в зоне боевых действий.
Из-за ограничений секретности разработчики пока не могут сообщить множество интересных деталей. Они отказываются называть как точные характеристики модулей, так и разглашать производственные сведения, вроде объёмов и сроков выполнения первых заказов. Однако по источники издания NBC News сообщают, что первая партия «суперботов» будет изготовлена уже в этом году.
Примечание: в статье приводятся фотографии прототипов серии SuperBot разных лет (источник: viterbi.usc.edu). Изображения последних релизов в открытой печати отсутствуют по условиям контракта разработчиков с DARPA.