13/07/2023
Door Ad Spijkers
Zwitserse onderzoekers bereiden lopende robots voor op toekomstige maanmissies om te zoeken naar mineralen en grondstoffen.
Grondstoffen lokken mensen naar de maan, die de mensheid ooit zou kunnen ontginnen en gebruiken. Verschillende ruimtevaartorganisaties, zoals de European Space Agency (ESA), plannen al missies om de satelliet van de aarde beter te verkennen en mineralen op te sporen. Hiervoor zijn geschikte verkenningsvoertuigen nodig. Zwitserse onderzoekers onder leiding van de Eidgenössische Technische Hochschule (TH) Zürich streven er naar om niet één enkele rover op verkenningstocht te sturen, maar een heel team van voertuigen en vliegtuigen die elkaar aanvullen. Om ervoor te zorgen dat de machines kunnen blijven werken, ook als er een uitvalt, leren de onderzoekers ze samenwerken.
Als mogelijke toekomstige verkenningsapparaten rustten de onderzoekers drie Anymal-looprobots uit, die bij ETH werden ontwikkeld, met verschillende meet- en analyseapparatuur. Ze testten de lopende robots op verschillende locaties in Zwitserland en bij het European Space Resources Innovation Centre (ESRIC) in Luxemburg. Het doel was om mineralen te vinden en te identificeren op een testlocatie gemodelleerd naar het oppervlak van de maan.
Verzekering tegen uitval
Het gebruik van meerdere robots heeft twee voordelen. De individuele robots kunnen gespecialiseerde taken op zich nemen en tegelijkertijd uitvoeren. Bovendien kan een robotteam dankzij de redundantie het verlies van een teamgenoot compenseren. Redundantie betekent in dit geval dat belangrijke meetapparatuur op meerdere robots is geïnstalleerd. Boventalligheid en specialisatie zijn dus tegengestelde doelen. Om de voordelen van beide te kunnen benutten, is het belangrijk om de juiste balans te vinden.
De onderzoekers van ETH Zürich en de universiteiten van Basel, Bern en Zürich hebben dit opgelost door twee lopende robots uit te rusten als specialisten. De ene was goed in het in kaart brengen van het terrein en het classificeren van de geologie. Hij gebruikte een laserscanner en verschillende camera's, waaronder camera's die spectraalanalyse kunnen uitvoeren. Het robotteam kan hiermee een eerste indicatie krijgen van de minerale samenstelling van het gesteente. De andere robot specialiseerde zich in het nauwkeurig identificeren van stenen. Hiervoor gebruikte hij een Raman-spectrometer en een microscopiecamera.
De derde robot was een generalist. Hij kon zowel het terrein in kaart brengen als rotsen bepalen. Deze robot had een breder scala aan taken dan de specialisten, maar kon deze met zijn apparatuur minder nauwkeurig uitvoeren. Op deze manier zou het mogelijk zijn om de missie met succes te voltooien als een van de robots faalt, het maakt niet uit welke.
Combinatie maakt het verschil
Dankzij de redundantie konden de onderzoekers een verkenningssysteem ontwikkelen dat bestand is tegen uitval van één van hen. In een nieuw onderzoekcontract kunnen ze de technologie verder ontwikkelen. Er zullen niet alleen lopende robots worden ingezet, maar ook robots met wielen. Lopende robots zoals Anymal hebben voordelen in blokvelden en op steil terrein, bijvoorbeeld om af te dalen in een krater.
Robots met wielen zijn hier in het nadeel, maar ze kunnen zich sneller verplaatsen op gemakkelijker terrein. Voor een toekomstige missie zou het daarom zinvol zijn om robots te combineren die verschillen in hun manier van voortbewegen. Er zouden ook vliegende robots (drones) kunnen worden toegevoegd.
De onderzoekers willen ook de autonomie van de robots vergroten. Tot nu toe stroomden alle robotgegevens naar een controlecentrum, waar een operator taken toewijst aan de individuele robots. In de toekomst zouden semi-autonome robots specifieke taken direct aan elkaar kunnen toewijzen, met controle- en interventiemogelijkheden voor de operator.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: ETH Zürich / Takahiro Miki