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遙控機器人可以幫助人類探索月球和火星

2024-10-22科技

旨在在月球上使用遠端操作機器人的早期測試一直很有希望

未來登月的構想

遙控漫遊車很快就會在月球上工作,地球上的人類控制器可以虛擬地操縱漫遊車的工具,從而在采集樣本、挖掘或組裝時更加靈活。

英國布裏斯托大學機器人實驗室的研究人員在位於牛津郡哈韋爾的 歐洲航天局 (ESA) 歐洲空間套用和電信中心測試了他們的新型遠端作業系統。透過控制漫遊車的虛擬模擬,他們能夠操縱機械臂挖掘假裝月球風化層的樣本(稱為模擬物)。該過程不需要相機反饋,由於 地球 月球 之間有 1.3 秒的時間延遲,相機反饋可能會出現滯後。月球上的遠端操作員和機器人任務之間的訊號將來可以透過屬於歐空局計劃的 月光計畫 的衛星進行中繼。

布里斯托的喬· 盧卡在一份聲明 中表示:「這種模擬可以幫助我們從 地球 遠端操作月球機器人,避免訊號延遲的問題。」

遙控系統收集模擬物的復制品

虛擬模擬還結合了「觸覺」互動。換句話說,它給使用者一種觸覺,模仿 月球低重力 下月球風化層的觸覺特性。這讓遠端操作員能夠更好地了解他們需要使用多少力量來挖掘風化層,或者舉起勺子中的樣本。到目前為止,觸覺互動僅包含在基本任務的虛擬版本中,例如將風化層壓入地下或在其中拖動勺子,但尚未包含更復雜的任務。

「我們可以調整這個模型中的 重力 強度,並提供觸覺反饋,這樣我們就可以讓太空人了解月球塵埃在月球條件下的感覺和行為——月球的重力只有地球的六分之一,」說盧卡。

該系統還可以用來訓練太空人,讓他們對未來可能發生的事情進行真實的模擬,有一天他們可能會登上月球。

盧卡說:「一種選擇可能是讓太空人使用這種模擬來為即將到來的月球探索任務做準備。」

然而,盧卡表示,在此之前,還需要克服信任問題。先前的研究表明,對於信任使用者正在操作的虛擬系統是否按照現實中應有的效能存在心理障礙。

Louca 的團隊量化了虛擬系統的效率和可信度,發現當采集風化層模擬物時,系統在 100% 的時間內高效,在 92.5% 的時間內可信。從勺子中倒出模擬物的可靠性稍差一些,但他們發現,透過在攜帶模擬物時限制勺子的方向,可以更精確地進行操作。

盡管設計時考慮到了月球,但原則上相同的遠端操作技術也可用於 火星 任務。這對於從火星車上取回樣品管並將其裝載到另一輛從火星升空並將樣品帶回地球的車輛上這一具有挑戰性的任務特別有幫助。

由於美國國家航空暨太空總署火星當前樣本返回計畫的預算和時間表已經 失控 ,該航天局已請求業界幫助開發解決方案。 火箭實驗室最近贏得了一份合約,對檢索 毅力號火星車樣本的 可能解決方案進行詳細研究,盡管遠端操作發揮作用可能還為時過早。然而,未來對月球、火星和 小行星 等其他巖石天體的其他樣本返回和探索任務可能都會受益於遠端操作。

盧卡說:「在接下來的十年中,我們將看到幾次載人和非載人登月任務,例如美國國家航空暨太空總署的 阿耳忒彌斯計劃 和中國的 嫦娥計劃 。」這種模擬可能是支持這些任務的準備或操作的寶貴工具。