Kosmiczny robojeż
Kiedy myślimy o robotach wysyłanych w kosmos, zazwyczaj nie oczekujemy, że będą one wykonywać podskoki, przewroty czy fikołki. Łaziki obecnie przebywające na Marsie poruszają się wyłącznie w jednej płaszczyźnie, nie mając możliwości przemieszczania się w górę lub w dół. Jednakże ten tradycyjny sposób poruszania na małych obiektach, jak np. asteroidy czy komety, byłby mało bezpieczny ze względu na słabą grawitację i wyboistą powierzchnię.
Stąd pomysł na Jeża (ang. Hedgehog) – robota zaprojektowanego z myślą o pokonywaniu przeszkód związanych z przemierzaniem małych ciał niebieskich. Projekt ten realizowany jest wspólnie przez NASA Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie, Uniwersytet Stanforda oraz MIT.
„Hedgehog to nowy rodzaj robota, który zamiast toczyć się na kółkach, będzie mógł podskakiwać i obracać się w dowolnym kierunku. Jego sześcienny kształt umożliwi mu pracę niezależnie od tego, na którą stronę upadnie” – twierdzi lider zespołu z JPL, Issa Nesnas. Podstawowy projekt tego urządzenia to sześcian z kolcami służącymi za ochronę przed kontaktem z podłożem oraz stanowiącymi podstawę do wykonywania skoków i obrotów, a także wbudowane wewnątrz koło zamachowe, które poprzez rozpędzanie się i hamowanie reguluje ruch robota. Nesnas sugeruje, że kolce mogą posłużyć też za narzędzia do pomiaru temperatury terenu, po którym Hedgehog będzie się poruszał.
Dwa prototypy – jeden ze Stanford, drugi z JPL – zostały już przetestowane na pokładzie samolotu C-9 pod kątem funkcjonowania w warunkach mikrograwitacji. Podczas czterech lotów i 180 wykonanych paraboli roboty zaprezentowały kilka wybranych manewrów, które mogłyby być przydatne podczas operowania na obiektach o niskiej grawitacji. Badacze wykorzystali do testów różne rodzaje materiałów w celu symulacji różnorodnych typów podłoża: piaszczystego, skalistego, lodowatego czy miękkiego i kruchego. „Po raz pierwszy udało nam się zademonstrować kontrolowane skoki i obroty naszych prototypów w warunkach przypominających powierzchnię komety” – stwierdził Robert Reid, główny inżynier projektu przy JPL.
Podstawowym manewrem Hedgehoga jest „odchylenie” (ang. „yaw”), czyli obrót w miejscu. Po skierowaniu się w dobrym kierunku, robot może albo odskoczyć na daleką odległość przy pomocy jednego lub dwóch kolców, albo przetoczyć na krótki dystans. W typowym przypadku, Hedgehog najpierw wykonuje długie skoki, a następnie toczy się, gdy znajdzie się dostatecznie blisko celu.
Podczas jednego z lotów parabolicznych potwierdzono, że Hedgehog jest w stanie wykonać manewr zwany „tornado”, podczas którego robot obraca się wokół własnej osi z dużą prędkością, aby w efekcie oderwać się od powierzchni. Ów manewr mógłby być użyteczny w sytuacjach, w których istniałoby ryzyko utknięcia, np. ugrzęźnięcia w piasku.
Prototyp z JPL posiada 8 kolców oraz 3 wewnętrzne koła zamachowe, waży około 5 kg, jednak naukowcy przewidują, że z dodatkowym wyposażeniem (jak np. kamery czy spektrometry) waga maksymalna mogłaby przekroczyć nawet 9 kg. Prototyp ze Stanford jest lżejszy i mniejszy, ma też krótsze kolce. Oba poruszają się przy pomocy 3 kół zamachowych, połączonych z silniczkami i hamulcami – różnica polega na tym, że typ z JPL wykorzystuje hamulce tarczowe, podczas gdy typ „stanfordzki” zatrzymuje koła raptownie siłą tarcia przy pomocy pasów. „Odpowiednia kontrola nad hamowaniem kół pozwala na odpowiednie dostosowanie kąta skoku. Chcieliśmy przetestować dwa rodzaje hamulców, by poznać ich wady i zalety” – tłumaczy Marco Pavone, lider zespołu ze Stanford, który wraz z Nesnasem w 2011 roku zaproponował budowę Hedgehoga.
„Geometryczne ułożenie kolców ma istotne znaczenie na trajektorię skoku. Eksperymentowaliśmy z różnymi konfiguracjami i odkryliśmy, że kształt sześcianu gwarantuje najbardziej wydajne skoki. Jest też łatwy w produkcji oraz pakowaniu do sondy kosmicznej” – wyjaśnia Benjamin Hockman, główny inżynier projektu przy Stanford.
Obecnie naukowcy pracują nad zwiększeniem autonomii Hedgehoga, tak aby zwiększyć ilość zadań, które robot mógłby wykonywać bez sygnałów z Ziemi. Według ich pomysłu robot otrzymywałby informacje oraz emitował własne sygnały za pośrednictwem satelity krążącego wokół badanego ciała niebieskiego. W podobny sposób komunikują się z Ziemią łaziki marsjańskie, Curiosity oraz Opportunity. Satelita pomagałby również robotom w nawigacji i ustalaniu ich pozycji. Według badaczy konstruowanie „robojeży” jest dość tanie w porównaniu do tradycyjnych łazików, mogą też być pakowane w grupach na czas lotu. Mogłyby być wypuszczane ze statku jednocześnie lub stopniowo, by móc badać kilka miejsc naraz.
Hedgehog trafił obecnie do kolejnej fazy rozwoju w ramach programu NASA dotyczącego zaawansowanych innowacyjnych technologii.
