Dans une carrière du centre du Texas, un robot sphérique gonflable baptisé RoboBall roule sur des rochers, du gravier et de l’argile humide. Développé à l’université Texas A&M, à College Station, il est destiné à explorer des terrains lunaires aujourd’hui difficiles d’accès. Les résultats de ses premiers essais figurent dans un article récent publié dans IEEE Transactions on Field Robotics.
- Une équipe de Texas A&M développe RoboBall, un robot sphérique gonflable destiné aux cratères lunaires.
- La sphère ne peut pas se renverser et protège ses composants des écarts de température extrêmes.
- Le robot se déplace grâce à un pendule interne et contrôle sa vitesse sur les fortes pentes.
- La version actuelle n’est pas prête pour la Lune, car ses matériaux et son électronique doivent encore être adaptés.
Le projet est porté par Rishi Jangale, ingénieur en mécanique proche de la fin de son doctorat, et par ses collègues du laboratoire, qui travaillent sur ce « gros ballon beige » depuis environ cinq ans. L’objectif est de disposer d’un véhicule capable d’atteindre des zones comme le cratère de Shackleton, large de 21 km, situé au pôle Sud de la Lune. Selon la source, ce cratère atteint 4 km de profondeur et abrite de plus petits cratères, plus profonds encore, dont certaines parties ne reçoivent jamais la lumière du Soleil.
Ces zones plongées dans l’obscurité renferment des substances que les planétologues peinent à étudier, notamment des couches de géologie lunaire très anciennes et des réserves d’eau gelée, qui pourraient un jour servir à une base lunaire. « La Lune est comme une archive de ce qui s’est passé sur la Terre », déclare Sara Russell, minéralogiste cosmique au Muséum d’histoire naturelle de Londres, qui ne participe pas aux travaux de Texas A&M. Elle ajoute : « La collecte robotisée fonctionne remarquablement bien, et il est formidable de voir qu’elle est davantage explorée dans ce contexte. »
Pour Rishi Jangale, le choix d’une sphère répond à une contrainte précise. « La NASA ne laissera pas les astronautes approcher de ces cratères, car si quelqu’un tombe dedans, vous ne pourrez pas le sortir », affirme-t-il. « Alors nous nous sommes dit : quelle forme est mieux adaptée pour rouler le long d’une pente qu’une boule ? »
Une idée née en 2003
RoboBall est né de l’idée de Robert Ambrose, ancien ingénieur en robotique de la NASA et directeur de thèse de Jangale, qui en a conçu le principe dès 2003. Selon la source, une sphère gonflable ne peut pas se renverser, un risque majeur pour les robots sur le sol lunaire, surtout en faible gravité. Sa forme protège aussi ses composants internes des roches tranchantes, de la poussière et des écarts de température, qui vont, selon l’article, de plus de 93 °C dans les zones ensoleillées à moins 240 °C à l’ombre des cratères.
Le scénario imaginé par Ambrose associe un rover à roues, qui se gare au bord d’un cratère et libère un RoboBall pour en explorer les profondeurs. Contrairement à un petit rover relié par un câble, la sphère ne remonte pas d’elle-même, mais elle peut parcourir une distance bien plus grande pour prélever des échantillons géologiques, puis les renvoyer vers le rover grâce à de petites fusées. La NASA n’a pas rapporté d’échantillons lunaires sur Terre depuis plus de 50 ans, selon la source, et les météorites lunaires ne remplacent pas, d’après Sara Russell, le travail de terrain réalisé sur place.
Du prototype à la version complète
En 2022, le laboratoire d’Ambrose a achevé une preuve de concept, RoboBall II, large de 0,5 mètre. La version grandeur nature, RoboBall III, a ensuite demandé environ onze mois de travail. « Nous construisions ces robots très rapidement », raconte Jangale, qui cite un encouragement de son directeur : « Il nous pousse à utiliser ces robots et à les casser. » Les premiers essais ont révélé des erreurs logicielles et une transmission trop faible pour franchir de petites bosses sur sol mou.
Le RoboBall se déplace grâce à un pendule placé à l’intérieur de sa coque, qui déplace le centre de masse de l’ensemble. Sur terrain plat, lorsque le bras du pendule pointe vers l’avant, la sphère roule dans cette direction. Une légère inclinaison à gauche ou à droite la fait tourner dans le même sens. « Le robot veut aller là où vous pointez le pendule », explique Jangale. Sur les fortes pentes, la même mécanique permet de contrôler la vitesse de descente.
Hiro Ono, ingénieur en aérospatiale qui a travaillé treize ans sur la mobilité des robots au Jet Propulsion Laboratory de la NASA avant de rejoindre Georgia Tech, souligne la simplicité du dispositif : « La beauté est dans la simplicité. » RoboBall ne comporte que deux actionneurs, tous deux placés à l’intérieur de la coque, à l’abri de la poussière.
Après les premiers essais en carrière, l’équipe a conçu en sept mois environ une version améliorée, RoboBall III, dotée d’un couple, c’est-à-dire d’une force de rotation, multiplié par 2,5. Elle peut ainsi franchir de petits obstacles et gravir des pentes de 20 degrés. Dans le nouvel article, le RoboBall III, piloté à distance, a descendu les pentes de la carrière, traversé un terrain meuble et lancé des charges utiles hypothétiques hors du cratère.
Une mission encore lointaine
Le robot ne conviendrait pas à toutes les missions, reconnaît l’équipe : sa nature un peu maladroite le rend peu adapté au prélèvement d’un rocher très précis. Les chercheurs espèrent travailler avec des scientifiques qui conçoivent des instruments pour la Lune, afin que ceux-ci tiennent dans l’intérieur de la sphère, de la taille d’un bagage cabine. « Le robot n’est pas la mission », conclut Jangale. « Le robot est un moyen de réussir la mission. »
La version actuelle a coûté environ 250 000 dollars et n’est pas prête pour la Lune. Si ses pièces en aluminium traité à l’or conviennent aux missions spatiales, ses autres matériaux ne conviennent pas, et l’électronique adaptée à l’espace coûterait davantage. La coque, capable de rouler sur des éclats d’acier et de résister à moins 184 °C, n’a jamais été testée dans les conditions extrêmes lunaires. L’équipe prévoit aussi de rendre la sphère capable d’adapter seule sa conduite sur des pentes variables.
Texas A&M doit ouvrir plus tard cette année, à Houston, une nouvelle installation abritant, selon la source, les plus grands paysages lunaires et martiens simulés en intérieur au monde. Elle se trouve à 190 km de la carrière où Rishi Jangale réalise ses essais.
