На карьере в центральном Техасе надувной сферический робот по имени RoboBall катится по камням, гравию и влажной глине. Разработанный в Университете Техаса A&M в Колледж-Стейшене, он предназначен для исследования труднодоступных лунных ландшафтов. Результаты его первых испытаний описаны в недавней статье, опубликованной в IEEE Transactions on Field Robotics.
Проект возглавляет Риши Джангале, инженер-механик, близкий к завершению докторантуры, и его коллеги из лаборатории, которые работают над этим «большим бежевым шаром» около пяти лет. Цель — создать транспортное средство, способное достичь таких зон, как кратер Шеклтона шириной 21 км, расположенный на южном полюсе Луны. По данным источника, этот кратер достигает 4 км в глубину и содержит более мелкие, еще более глубокие кратеры, некоторые части которых никогда не освещаются солнечным светом.
Эти погруженные во тьму зоны содержат вещества, которые планетологам трудно изучать, в частности, слои очень древней лунной геологии и запасы замерзшей воды, которые однажды могут быть использованы для лунной базы. «Луна — это как архив того, что происходило на Земле», — говорит Сара Рассел, космический минералог из Музея естественной истории в Лондоне, не участвующая в работе Техасского A&M. Она добавляет: «Роботизированный сбор работает замечательно хорошо, и здорово видеть, что его все больше исследуют в этом контексте».
Для Риши Джангале выбор сферы обусловлен конкретным ограничением. «NASA не позволит астронавтам приближаться к этим кратерам, потому что если кто-то упадет туда, его не вытащить», — утверждает он. «Поэтому мы подумали: какая форма лучше подходит для качения по склону, чем шар?»
Идея, родившаяся в 2003 году
RoboBall родился из идеи Роберта Эмброуза, бывшего инженера-робототехника NASA и научного руководителя Джангале, который разработал концепцию еще в 2003 году. По данным источника, надувная сфера не может перевернуться, что является основным риском для роботов на лунной поверхности, особенно в условиях низкой гравитации. Ее форма также защищает внутренние компоненты от острых камней, пыли и перепадов температуры, которые, согласно статье, составляют от более 93 °C на солнечных участках до минус 240 °C в тени кратеров.
Сценарий, предложенный Эмброузом, предполагает использование колесного ровера, который паркуется на краю кратера и выпускает RoboBall для исследования глубин. В отличие от маленького ровера, соединенного кабелем, сфера не возвращается сама, но может преодолеть гораздо большее расстояние для сбора геологических образцов, а затем отправить их обратно к роверу с помощью небольших ракет. NASA не доставляло лунные образцы на Землю более 50 лет, по данным источника, а лунные метеориты, по словам Сары Рассел, не заменяют полевую работу, проводимую на месте.
От прототипа к полноценной версии
В 2022 году лаборатория Эмброуза завершила создание прототипа, RoboBall II, диаметром 0,5 метра. Затем полноразмерная версия, RoboBall III, потребовала около одиннадцати месяцев работы. «Мы строили этих роботов очень быстро», — рассказывает Джангале, цитируя поддержку своего руководителя: «Он подталкивает нас использовать этих роботов и ломать их». Первые испытания выявили программные ошибки и слишком слабую передачу для преодоления небольших неровностей на мягком грунте.
RoboBall перемещается с помощью маятника, размещенного внутри его оболочки, который смещает центр масс всей конструкции. На ровной поверхности, когда рычаг маятника направлен вперед, сфера катится в этом направлении. Легкий наклон влево или вправо заставляет ее поворачивать в ту же сторону. «Робот хочет двигаться туда, куда вы направляете маятник», — объясняет Джангале. На крутых склонах та же механика позволяет контролировать скорость спуска.
Хиро Оно, аэрокосмический инженер, который тринадцать лет работал над мобильностью роботов в Лаборатории реактивного движения NASA, прежде чем присоединиться к Технологическому институту Джорджии, подчеркивает простоту устройства: «Красота в простоте». RoboBall имеет всего два привода, оба размещены внутри оболочки, защищенные от пыли.
После первых испытаний в карьере команда за семь месяцев разработала улучшенную версию, RoboBall III, с крутящим моментом, увеличенным в 2,5 раза. Теперь он может преодолевать небольшие препятствия и подниматься по склонам до 20 градусов. В новой статье RoboBall III, управляемый дистанционно, спускался по склонам карьера, пересекал рыхлый грунт и запускал гипотетические полезные грузы из кратера.
Миссия еще далека
Робот не подходит для всех миссий, признает команда: его несколько неуклюжая природа делает его плохо приспособленным для точного отбора конкретного камня. Исследователи надеются работать с учеными, разрабатывающими инструменты для Луны, чтобы те помещались внутри сферы размером с ручную кладь. «Робот — не миссия», — заключает Джангале. «Робот — это средство для выполнения миссии».
Текущая версия стоила около 250 000 долларов и не готова к полету на Луну. Хотя его детали из алюминия с золотым покрытием подходят для космических миссий, другие материалы не соответствуют требованиям, а космическая электроника стоила бы дороже. Оболочка, способная катиться по стальным осколкам и выдерживать температуру до минус 184 °C, никогда не тестировалась в экстремальных лунных условиях. Команда также планирует сделать сферу способной самостоятельно адаптировать свое движение на различных склонах.
Техасский A&M позже в этом году должен открыть в Хьюстоне новое сооружение, в котором, по данным источника, будут находиться крупнейшие в мире закрытые симуляторы лунных и марсианских ландшафтов. Оно расположено в 190 км от карьера, где Риши Джангале проводит свои испытания.
