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遥控机器人可以帮助人类探索月球和火星

2024-10-22科技

旨在在月球上使用远程操作机器人的早期测试一直很有希望

未来登月的构想

遥控漫游车很快就会在月球上工作,地球上的人类控制器可以虚拟地操纵漫游车的工具,从而在采集样本、挖掘或组装时更加灵活。

英国布里斯托大学机器人实验室的研究人员在位于牛津郡哈韦尔的 欧洲航天局 (ESA) 欧洲空间应用和电信中心测试了他们的新型远程操作系统。通过控制漫游车的虚拟模拟,他们能够操纵机械臂挖掘假装月球风化层的样本(称为模拟物)。该过程不需要相机反馈,由于 地球 月球 之间有 1.3 秒的时间延迟,相机反馈可能会出现滞后。月球上的远程操作员和机器人任务之间的信号将来可以通过属于欧空局计划的 月光项目 的卫星进行中继。

布里斯托尔的乔· 卢卡在一份声明 中表示:「这种模拟可以帮助我们从 地球 远程操作月球机器人,避免信号延迟的问题。」

遥控系统收集模拟物的复制品

虚拟模拟还结合了「触觉」交互。换句话说,它给用户一种触觉,模仿 月球低重力 下月球风化层的触觉特性。这让远程操作员能够更好地了解他们需要使用多少力量来挖掘风化层,或者举起勺子中的样本。到目前为止,触觉交互仅包含在基本任务的虚拟版本中,例如将风化层压入地下或在其中拖动勺子,但尚未包含更复杂的任务。

「我们可以调整这个模型中的 重力 强度,并提供触觉反馈,这样我们就可以让宇航员了解月球尘埃在月球条件下的感觉和行为——月球的引力只有地球的六分之一,」说卢卡。

该系统还可以用来训练宇航员,让他们对未来可能发生的事情进行真实的模拟,有一天他们可能会登上月球。

卢卡说:「一种选择可能是让宇航员使用这种模拟来为即将到来的月球探索任务做准备。」

然而,卢卡表示,在此之前,还需要克服信任问题。先前的研究表明,对于信任用户正在操作的虚拟系统是否按照现实中应有的性能存在心理障碍。

Louca 的团队量化了虚拟系统的效率和可信度,发现当采集风化层模拟物时,系统在 100% 的时间内高效,在 92.5% 的时间内可信。从勺子中倒出模拟物的可靠性稍差一些,但他们发现,通过在携带模拟物时限制勺子的方向,可以更精确地进行操作。

尽管设计时考虑到了月球,但原则上相同的远程操作技术也可用于 火星 任务。这对于从火星车上取回样品管并将其装载到另一辆从火星升空并将样品带回地球的车辆上这一具有挑战性的任务特别有帮助。

由于美国宇航局火星当前样本返回项目的预算和时间表已经 失控 ,该航天局已请求业界帮助开发解决方案。 火箭实验室最近赢得了一份合同,对检索 毅力号火星车样本的 可能解决方案进行详细研究,尽管远程操作发挥作用可能还为时过早。然而,未来对月球、火星和 小行星 等其他岩石天体的其他样本返回和探索任务可能都会受益于远程操作。

卢卡说:「在接下来的十年中,我们将看到几次载人和非载人登月任务,例如美国宇航局的 阿耳忒弥斯计划 和中国的 嫦娥计划 。」这种模拟可能是支持这些任务的准备或操作的宝贵工具。