協作式自主分布式機器人探索(CADRE)機器人概念的計算機輔助設計。
美國宇航局(NASA)的合作自主分布式機器人探索(CADRE)項目正在開發一個鞋盒大小的移動機器人網絡,未來可以實現對月球、火星等的自主機器人探索。CADRE機器人是NASA的A-PUFFER技術的最新版本。每個機器人都包含一臺帶有無線無線電的機載計算機,用于通信,還有一臺立體相機--它有多個鏡頭和圖像傳感器--用于感知前方環境并捕捉3D圖像。美國宇航局位于南加州的噴氣推進實驗室正在開發這種機器人偵察機,設計它們作為一個團體進行探索,并在月球上的隕石坑和洞穴等難以到達的地方收集數據。
資助該項目的NASA "游戲改變發展計劃 "項目要素經理Sonny Mitchell說:
"CADRE機器人可以補充NASA的大型行星機器人和漫游車。多個小型自主機器人可以覆蓋更多的地面,有可能幫助我們繪制月球上未開發的區域。"
CADRE機器人的圖形可視化通過無線通信網絡一起工作,以探索月球表面。
CADRE機器人如何工作?
在發射和太空旅行期間,機器人將以緊湊的姿勢存放在一個較大的著陸器中。一旦著陸器到達目的地,CADRE偵察機將彈射到地面。探險者被設計得足夠敏捷和聰明,能夠獨立探索月球上的極端地形,而不被地球上的宇航員或工程師控制。
對于VIPER這樣的月球任務來說,打電話回家是一個可行的選擇,因為通信信號可以在幾秒鐘內到達地球。不過,等待地面控制部門審查傳輸信號,決定下一步,并發回更新或命令,還是會消耗寶貴的時間。而對于距離地球更遠的目的地,比如火星和木星的衛星歐羅巴,通信時間可能會更長,使得地面傳輸變得乏味。讓機器人協同工作,自主探索,將大大提高任務的科學回報率。
CADRE團隊正在研究機器人與基站(連接到月球著陸器上)之間的多種通信方式,包括基于WiFi的系統。在這種情況下,機器人之間會相互通信,一起分享信息,并將這些信息傳回著陸器上的基站。然后,基站將所有集體數據重新分配出去,傳回給巡視器。
JPL項目經理Matthew Frost表示:
合作式自主分布式機器人探索(CADRE)的前身,即自動彈出式扁平折疊探索者機器人或A-PUFFERs,在NASA噴氣推進實驗室中探索火星場。
"Frost稱這為'高腦',這就需要基站電腦將所有機器人的集體信息,比如地圖,放在一起,然后將更詳細的信息和編制的地圖發送給機器人。有許多領域可以產生極大的影響。通過提高多代理系統的自主性,我們將減少巡視器必須'打電話回家'以獲得地面控制指令的次數。"
CADRE團隊專注于將這種自主性技術用于小型機器人,但該平臺可以擴展到包括大型機器人、基站和其他地面系統。
智慧探月新天地
CADRE機器人可以派上用場的一個特殊領域是月球熔巖管附近的探索。在這些地區,表面表層凝固,但下面仍有熔巖流動,從而形成洞穴。通過多試劑(或多個機器人共同工作),將一個小型機器人送入熔巖管是可能的,盡管它能否返回地表具有不確定性。只要多Agent、機器人和巡視器之間有良好的信號范圍,那么就可以將數據傳回月球表面的那些機器人,溝通一些從未見過的數據。
多個機器人之間的知識共享可以是簡單的,比如共享位置和地圖知識,以改善它們的路徑規劃和科學目標的位置。然而,它也可以通過共享科學傳感器數據,開啟科學探索的新天地。例如,通過使用帶有探地雷達的多代理系統,來自不同巡視器的數據可以用來調整它們之間的基線,使系統能夠創建不同深度的地下地圖。裝備有望遠鏡的CADRE多代理可以被安排成一個合成孔徑,因此可以作為一個望遠鏡。同樣,裝備有傳感器的多個巡視器可以分散開來,以便更好地了解地表以下的月球地震狀況。
CADRE的下一步計劃是什么?
該團隊將繼續通過地面測試和使用月球地形模擬劑的演示來推進這項自主機器人技術。這將包括測試多個小型機器人共同探索一個區域的能力,同時每個機器人執行各種任務,如測繪、地下成像和記錄地面運動。正在考慮將CADRE作為商業月球著陸器的有效載荷在月球上進行技術演示。
Frost希望CADRE系統能夠成為一種標準的、商業化的現成選擇,實現太空探索的新財富。總體目標是在未來幾年內實現探索太空的新方式。
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