Архив номеров НиТ

Ответить на комментарий

Космическая робототехника в МАИ: новые вызовы и задачи

Рубрика журнала:

Номер журнала НиТ: 



При словах «космический робот» воображение сразу рисует нечто большое, монстроподобное, похожее на трансформеров из одноименного фильма или на пришельцев с Марса. Нечто правдоподобное в этом есть: для выполнения масштабных работ, требующих больших усилий и, как правило, однообразных движений, необходим и соответствующий механизм: большой, сильный, умный, быстро принимающий решение. Однако для того, чтобы это стало реальностью, необходимо пройти долгий и трудный путь отработки каждого элемента, каждого шага при создании подобных машин. Ведь слово «космические» в словосочетании «космические роботы» является определяющим: именно оно определяет те условия, в которых должен функционировать робот, — а это и условия окружающего пространства, вредные факторы космоса, удаленность от, возможно, необходимой помощи, задержка сигнала от центра управления на Земле и др. Создание даже самой сложной машины, самого современного робота начинается с малого — с отработки элементарных реакций робота на окружающую действительность, с привития ему навыков, их которых, как из кирпичиков, складывается его функционал. Именно созданием и отработкой этих начальных навыков космических роботов, роботов, цель которых — достичь удаленных небесных тел и с успехом выполнить заложенную целевую программу — и призвана заниматься созданная в 2012 году в Московском авиационном институте (национальном исследовательском университете) лаборатория «Космическая робототехника».
Тематику работ, которыми занимается лаборатория, условно можно разделить на четыре направления.

Первое направление посвящено мобильным подвижным напланетным системам. К таким системам можно отнести любые самоходные средства передвижения, которые могут перемещаться по поверхности удаленных небесных тел под управлением человека-оператора (находящегося либо на планете, либо на низкой околопланетной орбите, либо в центре управления на Земле) или самостоятельно выбирать пути и способы решения поставленной задачи. Естественно, более сложный и ответственный вариант — это автономное функционирование робота. При полностью автономном функционировании робот должен самостоятельно «решать» ряд задач — ориентироваться в пространстве, определять и классифицировать окружающие предметы, оценивать встречающиеся на пути движения препятствия и уметь их обходить, уметь выполнять множество научных и исследовательских задач, уметь находить способ передать полученную информацию. А если таких подвижных роботов не один-два, а десять-двадцать, то они должны уметь, помимо всего перечисленного, еще и сами ставить и выполнять промежуточные задачи и рационально делить между собой общую работу. И это только небольшой перечень проблем, требующих решения при создании мобильных роботов, предназначенных для работы на других небесных телах — начиная с ближайшей соседки Луны, других планет, астероидов.
Второе направление посвящено мобильным летающим роботам. На других планетах, где будут работать роботы, нет ни карт, ни известных ориентиров, вся поверхность — Terra Incognita. Чтобы не заблудиться на планете, необходимо создать карту. Можно послать картографов, которые обойдут всю планету и «нарисуют» необходимую карту. Но где же взять таких картографов?! Одним из возможных решений могут стать автономные летающие роботы, которые постепенно, шаг за шагом, создадут вокруг места посадки, с постепенным удалением от него, цифровую карту местности, а с помощью специальных цифровых камер — и цифровое информационное пространство, в котором уже можно свободно ориентироваться с высокой точностью. Ориентируясь в построенном информационном пространстве, не только мобильные летающие роботы, но и другие подвижные напланетные системы будут точно знать свое местонахождение, строить оптимальные пути своего передвижения.

Третье направление посвящено манипуляционным космическим системам. Данные системы призваны стать конечными исполнительными органами роботов — как руки у человека. Манипуляторы с помощью различных типов захватов — от универсальных, похожих, например, на кисть и руку человека, до узкоспециализированных, таких, например, как устройство для взятия проб грунта — должны выполнять все работы, позволяющие собирать максимум информации о месте пребывания. Одна из основных сложностей при создании данных систем — это очувствление исполнительных органов: «рука» робота должна «распознавать» («понимать») что за предмет в ней, из какого материала, хрупкий или нет, скользкий или липкий, тяжелый или легкий и т.д. Процессу, на который у человека уходят доли секунды, необходимо обучить робота, создать датчики, чувствительные элементы, разработать алгоритмы распознавания, обучения и самообучения робота.

Четвертое направление посвящено виртуальной реальности. Хотя космические роботы будут работать в реальном пространстве, для обеспечения повышенной безопасности и высокой информативности требуется создание некоторого виртуального пространства вокруг робота либо около его исполнительного органа для того, чтобы искусственный объект или человек-оператор могли безопасно совершать манипуляции исполнительными органами, особенно в замкнутом, существенно ограниченном пространстве. С помощью специального шлема виртуальной реальности, когда перед глазами человека лишь изображение, человек-оператор может либо контролировать работу исполнительных органов робота, либо управлять ими непосредственно, полностью «погружаясь» в воображаемую действительность. Помимо шлема в арсенале оператора могут быть специальные перчатки, надев которые руки оператора как бы превращаются (транслируются) в исполнительные органы робота, как бы далеко последний не находился. И в итоге человек-оператор, находясь в безопасном месте (в тепле и уюте), может выполнять работу «руками робота», который находится в экстремальных условиях — в космическом вакууме, на поверхности Венеры, где очень высокая температура и давление, на неосвещенной стороне Луны, на дне океана…
Это все лишь небольшой обзор проблем и стоящих задач, требующих своего решения. Конечно, то деление на направления, которо е здесь приведено, очень условно. Все направления тесно переплетаются между собой, решение одной из задач порождает множество новых, которые уже решаются в лаборатории «Космическая робототехника» Московского авиационного института силами профессоров, инженеров, аспирантов и, конечно же, студентов.

Ответить

5 + 11 =
Solve this simple math problem and enter the result. E.g. for 1+3, enter 4.