De maan bevat onaangeboorde hulpbronnen die mensen uiteindelijk kunnen ontginnen en exploiteren. Agentschappen zoals de European Space Agency (ESA) bereiden zich voor om in onze hemelse buur te duiken om deze mineralen te identificeren. Om het maanoppervlak effectief te verkennen, was een team van Zwitserse wetenschappers van de ETH Zürich van plan om niet slechts één rover te sturen, maar een gecoördineerde vloot van verschillende voertuigen en vliegtoestellen die zouden kunnen samenwerken.
Een team is groter dan de som der delen: een driepotige robot wordt getest in een Zwitserse steengroeve. Bron afbeelding: ETH Zürich/TakahiroMiki
De onderzoekers rustten drie ANYmal, een door ETH ontwikkelde robot met poten, uit met een reeks meet- en analyse-instrumenten die hen in de toekomst mogelijk geschikte detectieapparatuur zouden kunnen maken. Ze testten de robots op verschillende terreinen bij het European Space Resources Innovation Centre (ESRIC) in Zwitserland en Luxemburg. Een paar maanden geleden won een Zwitsers team samen met hun Duitse collega's de Europese maanrobotwedstrijd.
De wedstrijd omvat het vinden en identificeren van mineralen op een testlocatie gemodelleerd naar het maanoppervlak. In een recent artikel gepubliceerd in het tijdschrift Science Robotics beschrijven wetenschappers hoe ze teams van robots gebruikten om onbekend terrein te verkennen.
"Er zijn twee voordelen aan het gebruik van meerdere robots", legt Philip Arm uit, een promovendus in de onderzoeksgroep onder leiding van ETH-professor Marco Hutter. “Eén robot kan tegelijkertijd gespecialiseerde taken uitvoeren. Bovendien kan een team robots dankzij redundantie het falen van zijn teamgenoten compenseren. In dit geval betekent redundantie het installeren van belangrijke meetapparatuur op meerdere robots. Met andere woorden, redundantie en specialisatie zijn tegengestelde doelen. Om de voordelen van beide te verkrijgen, moet men de juiste balans vinden.”
Zwitserse ingenieurs bouwen robots die geschikt zijn voor toekomstige maanmissies om mineralen en grondstoffen te zoeken. Om ervoor te zorgen dat de machines kunnen blijven werken, zelfs als een van de machines uitvalt, leren onderzoekers ze als team te werken. Bron: Universiteit van Zürich/Centraal Informatietechnologiecentrum - MELS
Om dit probleem op te lossen, hebben onderzoekers van ETH Zürich, de Universiteit van Bazel, de Universiteit van Bern en de Universiteit van Zürich twee van de potende robots uitgerust met experts. Eén van de robots was geprogrammeerd om bijzonder goed te zijn in het in kaart brengen van terrein en het classificeren van de geologie. Het maakt gebruik van een laserscanner en verschillende camera's, waarvan sommige ook spectrale analyses kunnen uitvoeren, om de eerste aanwijzingen te verzamelen over de minerale samenstelling van de rotsen. Een andere deskundige robot leerde rotsen nauwkeurig identificeren met behulp van een Raman-spectrometer en een microscoopcamera.
De derde robot is een robot voor algemeen gebruik: hij kan zowel terrein in kaart brengen als rotsen identificeren, wat betekent dat hij een breder scala aan taken heeft dan een gespecialiseerde robot. Door zijn uitrusting is hij echter minder nauwkeurig in het uitvoeren van deze taken. "Dit maakt het mogelijk om de missie te voltooien als een van beide robots faalt", zei Arm.
De jury van de ESRIC en ESA Space Resources Challenge was vooral onder de indruk van onderzoekers die redundantie in hun verkenningssystemen inbouwden om ze veerkrachtig te maken tegen mogelijke mislukkingen. Als beloning kregen de Zwitserse wetenschappers en hun collega’s van het FZI Information Technology Research Center in Karlsruhe een onderzoekscontract van een jaar om de technologie verder te ontwikkelen. Naast robots op poten zal dit werk ook voortbouwen op de ervaring van FZI-onderzoekers met dergelijke robots om robots op wielen te ontwikkelen.
Hendrik Kolvenbach, een senior wetenschapper in de onderzoeksgroep van professor Huth, legt uit: "Robots met voeten zoals onze ANYmal blinken uit in rotsachtig en steil terrein, zoals bij het afdalen van vulkanische kraters. Robots met wielen zijn in deze situatie in het nadeel, maar ze kunnen zich sneller voortbewegen op minder moeilijk terrein. Daarom is het in toekomstige missies zinvol om robots met verschillende voortbewegingsmodi te combineren. Vliegende robots zouden zich ook bij het team kunnen voegen."
De onderzoekers zijn ook van plan de autonomie van de robot te vergroten. Momenteel stromen alle gegevens van de robots naar een controlecentrum, waar operators taken toewijzen aan individuele robots. In de toekomst kunnen semi-autonome robots bepaalde taken rechtstreeks aan elkaar toewijzen, waarbij operators kunnen controleren en ingrijpen.