Las colinas ondulantes de Marte o de la luna están muy lejos del camión de remolque más cercano. Es por eso que la próxima generación de exploradores de exploración necesitará ser buena para escalar colinas cubiertas con material suelto y evitar el atrapamiento en superficies granulares suaves.
Construido con apéndices con ruedas que se pueden levantar y las ruedas pueden "moverse", un nuevo robot conocido como "Mini Rover" ha desarrollado y probado técnicas complejas de locomoción lo suficientemente robustas como para ayudarlo a subir colinas cubiertas con dicho material granular, yevite el riesgo de quedar atascado ignominiosamente en algún planeta o luna remota.
Usando un movimiento complejo que los investigadores denominaron "pedaleo del rotador trasero", el robot puede subir una pendiente usando su diseño único para combinar movimientos de remar, caminar y girar la rueda. Los comportamientos del rover se modelaron usando una rama de la física conocida como terradinámica.
"Cuando fluyen materiales sueltos, eso puede crear problemas para los robots que se mueven a través de él", dijo Dan Goldman, profesor de la familia Dunn en la Escuela de Física del Instituto de Tecnología de Georgia. "Este vehículo tiene suficientes grados de libertad que puedesalga de los atascos de manera bastante efectiva. Al avalanar los materiales de las ruedas delanteras, crea una colina fluida localizada para las ruedas traseras que no es tan empinada como la pendiente real.
El rover siempre se autogenera y se autoorganiza como una buena colina para sí mismo ".
La investigación se informará el 13 de mayo como el artículo de portada en la revista Ciencia Robótica . El trabajo fue apoyado por la Iniciativa Nacional de Robótica de la NASA y la Oficina de Investigación del Ejército.
Un robot construido por el Centro Espacial Johnson de la NASA fue pionero en la capacidad de hacer girar sus ruedas, barrer la superficie con esas ruedas y levantar cada uno de sus apéndices con ruedas cuando sea necesario, creando una amplia gama de movimientos potenciales. Usando impresoras 3D internas, elLos investigadores de Georgia Tech colaboraron con el Centro Espacial Johnson para recrear esas capacidades en un vehículo reducido con apéndices de cuatro ruedas impulsados por 12 motores diferentes.
"El rover fue desarrollado con una arquitectura mecatrónica modular, componentes disponibles comercialmente y un número mínimo de piezas", dijo Siddharth Shrivastava, un estudiante universitario en la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff de Georgia Tech. "Esto permitió a nuestro equipouse nuestro robot como una herramienta de laboratorio robusta y centre nuestros esfuerzos en explorar experimentos creativos e interesantes sin preocuparse por dañar el móvil, el tiempo de inactividad del servicio o las limitaciones de rendimiento ".
La amplia gama de movimientos del rover le dio al equipo de investigación la oportunidad de probar muchas variaciones que fueron estudiadas usando mediciones de fuerza de arrastre granular y teoría de la fuerza resistiva modificada. Shrivastava y el candidato a doctorado en la Facultad de Física, Andras Karsai, comenzaron con los pasos explorados porel robot RP15 de la NASA, y pudieron experimentar con esquemas de locomoción que no pudieron haber sido probados en un rover de tamaño completo.
Los investigadores también probaron sus pasos experimentales en pendientes diseñadas para simular colinas planetarias y lunares usando un sistema de lecho fluidizado conocido como SCATTER Creación sistemática de terreno arbitrario y prueba de robots exploratorios que podría inclinarse para evaluar el papel de controlar el granularKarsai y Shrivastava colaboraron con Yasemin Ozkan-Aydin, investigador postdoctoral en el laboratorio de Goldman, para estudiar el movimiento del vehículo explorador en la instalación de prueba SCATTER.
"Al crear un pequeño robot con capacidades similares al rover RP15, podríamos probar los principios de locomoción con varios modos de marcha en un entorno de laboratorio controlado", dijo Karsai. "En nuestras pruebas, variamos principalmente la marcha, el medio de locomoción, y la pendiente que el robot tuvo que subir. Rápidamente iteramos sobre muchas estrategias de marcha y condiciones del terreno para examinar los fenómenos que surgieron ".
En el documento, los autores describen una marcha que permitió al rover subir una pendiente pronunciada con las ruedas delanteras agitando el material granular, semillas de amapola para las pruebas de laboratorio, y empujándolas hacia las ruedas traseras.Las ruedas se movían de lado a lado, se levantaban y giraban para crear un movimiento que se asemejaba a remar en el agua. El material empujado a las ruedas traseras cambió efectivamente la pendiente que las ruedas traseras tenían que subir, permitiendo que el rover progresara constantemente cuesta arribaeso podría haber detenido a un simple robot con ruedas.
Los experimentos proporcionaron una variación sobre el trabajo de robofísica anterior en el grupo de Goldman que implicaba moverse con patas o aletas, lo que había enfatizado la perturbación de las superficies granulares lo menos posible para evitar que el robot se atasque.
"En nuestros estudios anteriores de robots de piernas puras, modelados sobre animales, habíamos descubierto que el secreto era no hacer un desastre", dijo Goldman. "Si terminas haciendo un desastre con la mayoría de los robots, termina remando y cavando en el material granular. Si desea una locomoción rápida, descubrimos que debe tratar de mantener el material lo más sólido posible ajustando los parámetros de movimiento ".
Pero los movimientos simples habían resultado problemáticos para los rovers de Marte, que se atascaron en materiales granulares. Goldman dice que la marcha descubierta por Shrivastava, Karsai y Ozkan-Aydin podría ayudar a los futuros rovers a evitar ese destino.
"Esta combinación de levantar, girar y remar, si se usa correctamente, proporciona la capacidad de mantener cierto progreso hacia adelante incluso si es lenta", dijo Goldman. "A través de nuestros experimentos de laboratorio, hemos mostrado principios que podrían conducir a una mayor robustezen exploración planetaria, e incluso en superficies desafiantes en nuestro propio planeta "
Los investigadores esperan luego ampliar los pasos inusuales a robots más grandes y explorar la idea de estudiar robots y sus entornos localizados juntos. "Nos gustaría pensar en el locomotor y su entorno como una entidad única", Goldman"Sin duda, hay algunos temas interesantes de física granular y de materia blanda para explorar".
Aunque el Mini Rover fue diseñado para estudiar la exploración lunar y planetaria, las lecciones aprendidas también podrían ser aplicables a la locomoción terrestre, un área de interés para el Laboratorio de Investigación del Ejército, uno de los patrocinadores del proyecto.
"La investigación básica está revelando principios contraintuitivos y enfoques novedosos para la locomoción y la intrusión granular en terrenos complejos y productivos", dijo el Dr. Samuel Stanton, gerente de programa, Oficina de Investigación del Ejército, un elemento del Ejército del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de EE. UU.Laboratorio de investigación: "Esto puede conducir a plataformas novedosas, conscientes del terreno, capaces de hacer una transición inteligente entre los modos de movimiento con ruedas y patas para mantener un ritmo operativo alto".
Más allá de los ya mencionados, los investigadores trabajaron con Robert Ambrose y William Bluethmann en la NASA, y viajaron a la NASA JSC para estudiar el vehículo de tamaño completo de la NASA.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Original escrito por John Toon. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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