新型遠端作業系統未來可遙控機器人在月球挖土
遠端遙控的月球探測車可能很快就會登上月球工作。地面上的人可以透過虛擬化工具遠端操控探測車上搭載的設備,靈活採集樣本、挖掘月表或組裝其他設備。
英國布里斯託大學機器人實驗室的研究人員在牛津郡哈維爾市的歐洲太空總署(ESA)歐洲太空應用和電信中心測試了他們的新型針對月球偵測車的遠端作業系統。他們透過虛擬化工具操控月球探測車,控制機械手臂挖掘模擬月壤。這種方式不需要依賴攝影機傳輸視訊訊號,從而避免了地球和月球之間1.3秒訊號延遲導致的攝影機回饋延遲問題。未來,歐洲太空總署計畫的「月光」計畫衛星可以中繼傳輸月球探測車的遠端操作訊號。
布里斯託大學的喬·盧卡(Joe Louca)在一份聲明中說:“這種模擬系統可以幫助我們從地球上遠端操作月球機器人,避免訊號延遲的問題。”
這套虛擬化模擬系統還整合了「觸覺」互動功能。換句話說,這套系統能夠提供使用者觸覺,模擬出月壤在月球低重力下的觸覺特性。這讓遠端操作員能更好地感知需要多大力才能挖掘出月壤,或是需要多大的力氣才能鏟起採集的樣本。目前,這種觸覺互動功能只能用在一些虛擬化的基礎任務中,例如壓實月壤或用鏟子移動月壤,應用範圍有限,尚未用於更複雜的任務。
盧卡說:「我們可以在這個模擬系統中調整重力的強度,並提供觸覺回饋,這樣就可以讓太空人感知月球條件下月球塵埃的質感和狀況,畢竟月球引力只有地球的六分之一。 」
這套系統還可以用來訓練未來登月的太空人,提供他們一個逼真的模擬環境,提前了解月面狀況。
盧卡說:“其中一種用途可能是讓宇航員通過這套模擬系統來為即將到來的月球探測任務做準備。”
但盧卡說,在此之前還需要克服信任問題。先前的研究表明,使用者在操作虛擬化系統時存在心理障礙,主要擔心虛擬系統在現實中是否能夠如期表現出預期的效果。
盧卡的團隊對這套虛擬化系統的效率和可信度進行了量化分析。他們發現,當系統在採集模擬月壤時,效率達到了100%,可信度為92.5%;但倒出模擬月壤的可靠性略低。研究人員發現,在移動模擬月壤時,可以透過限制鏟子的傾斜角度來精確完成這項操作。
雖然這套系統設計時主要考慮的是探月任務,但原則上同樣的遠端操作技術也可以用於火星任務。特別是當從火星車上取回樣本試管並裝載到另一輛從火星發射返回地球的飛行器時,這項技術可能會有幫助。
目前火星樣本返回計畫的預算和時間表都已經超出了控制範圍,美國國家航空暨太空總署已經請求業界協助制定解決方案。火箭實驗室最近贏得了一份合同,對可能的解決方案進行詳細研究,回收毅力號火星車收集到的樣本。儘管遠端操作發揮作用可能還為時過早,但未來的月球、火星、小行星以及其他如彗星等岩石天體的樣本返回和探測任務都可能使用遠端操作。
「未來十年裡,我們將看到多個載人和無人登月任務,例如中國的嫦娥計畫和美國國家航空暨太空總署的阿爾忒彌斯任務,」盧卡說。 “這種模擬系統可能是這些任務準備或執行階段有價值的支援工具。”