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Werden Schwärme kooperierender Roboter eines Tages einige der faszinierendsten Welten des Sonnensystems erforschen? James Law, ein Ingenieur, der an der Open University promoviert, unterstützt die Idee, dass die Zusammenarbeit ganzer Teams von Roboterforschern deutliche Vorteile bietet, insbesondere wenn es darum geht, die Herausforderungen zu bewältigen, die entfernte Körper wie Europa und Titan mit sich bringen. In einer Präsentation am Mittwoch, dem 31. März, auf dem Nationalen Astronomietreffen der Royal Astronomical Society an der Open University wird er einige aktuelle Ideen zur kooperativen Robotertechnologie besprechen und vorschlagen, wie sie auf eine Titan-Mission mit einem Konzept für eine 'angewendet werden könnten. Meisterroboter, der eine Schar von Sklaven steuert.
Von den 17 Landern, die zur Untersuchung des Mars geschickt wurden, haben nur 5 überlebt, um ihre Missionen durchzuführen. Trotzdem suchen Wissenschaftler bereits nach ihren nächsten Planetenzielen, wobei Saturnmond Titan und Jupiters Mond Europa unterschiedliche Möglichkeiten sind. Wie kann die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Roboter-Oberflächenmission angesichts der größeren Entfernungen und der extremen klimatischen Bedingungen erhöht werden? Obwohl Roboter-Rover aufgrund ihrer größeren Vielseitigkeit die bevorzugte Wahl gegenüber statischen Landern geworden sind, erhöht das Hinzufügen von Bewegungssystemen ihr Gewicht und verringert die Zuverlässigkeit dieser bereits komplexen Mechanismen.
Vorteile der Teamarbeit
Eine Alternative, die 1989 von Rodney Brooks vom Massachusetts Institute of Technology vorgeschlagen wurde, wird endlich verwirklicht - die Idee, einzelne Rover durch Schwärme kooperativer Roboter zu ersetzen. Mit einer gleichmäßig zwischen ihnen verteilten wissenschaftlichen Ausrüstung kann jeder Rover kleiner, leichter und weniger komplex gemacht werden. Diese Roboter können dann zusammen oder unabhängig voneinander arbeiten, um die Missionsziele zu erreichen.
Dieser Ansatz hat mehrere deutliche Vorteile. Durch die Lieferung leichterer Nutzlasten konnten die Startkosten gesenkt und weiche Landungen erzielt werden. Die Robustheit wird verbessert, da ein kritischer Ausfall eines Rovers vom Rest isoliert ist. Obwohl der Verlust eines Rovers die Fähigkeiten des Schwarms einschränken kann, ist es unwahrscheinlich, dass die Mission beendet wird. In vielen Fällen kann der betroffene Rover dennoch eine nützliche, wenn auch begrenzte Rolle spielen.
Roboterschwärme ermöglichen eine Vielzahl neuer Missionen, z. B. gleichzeitige Messungen über weite Gebiete, die für die Klimaüberwachung und die seismische Untersuchung nützlich sind, oder mehrere Experimente, die gleichzeitig von verschiedenen Robotern durchgeführt werden. Rover können auch zusammenarbeiten, um Zugang zu Bereichen von größerem wissenschaftlichen Interesse zu erhalten, beispielsweise zu Felswänden. James Law zitiert David Barnes von der University of Wales in Aberystwyth, der einen Schwarm von Aerobots entwickelt - fliegende Roboter, die für die Geländekartierung oder den Einsatz kleinerer Mikrorover verwendet werden könnten. Ein weiterer Vorteil der Verwendung kleiner kooperativer Rover besteht darin, dass zusätzliche Roboter gestartet und in den Schwarm integriert werden können, um eine Mission zu verlängern, neue Experimente zu ermöglichen oder verlorene und beschädigte Rover zu ersetzen.
Roboter für Titan
In seinem Vortrag wird James Law Titan seine eigene Vision für eine Mission vorstellen. Obwohl wir auf die Huygens-Sonde warten müssen, die Anfang nächsten Jahres auf Titan landen wird, um die wahre Natur der Titanoberfläche zu entdecken, ist es wahrscheinlich, dass sie gemischt ist. „In dieser Situation könnte eine Master-Slave-Roboterkonfiguration mit einer Vielzahl von Transportmodi günstig sein“, schlägt er vor. „Ein„ Master “-Lander, der Strom und Kommunikation liefert, bietet einen Außenposten für eine Reihe kleiner„ Slave “-Rover und -Ballons. Der Lander würde mit einer Reihe wissenschaftlicher Pakete ausgestattet sein, die er je nach Umgebung des Landeplatzes unter seinen Sklavenrobotern verteilen könnte. Diese untergeordneten Roboter können dann entweder kooperativ agieren - beispielsweise um einen Graben zu graben und abzubilden, um seine geologischen Schichten zu untersuchen - oder selbst Proben analysieren oder sammeln und zur eingehenderen Analyse an den Lander zurückgeben. Die Rover würden zum Lander zurückkehren, um ihre Batterien aufzuladen und ihre wissenschaftlichen Nutzlasten zu ändern. Roboter, die in einer flüssigen Umgebung arbeiten können, könnten auf jedem Titanmeer verteilt werden, um die Wellenbewegung zu messen, möglicherweise mit einem Ballon, und dann durch „Ertrinken“ geopfert werden, um die Bedingungen unter der Oberfläche zu messen. “
Europa erkunden
Unter den von anderen vorgeschlagenen Plänen, die James Law prüfen wird, befindet sich eines für die Erforschung Europas, das von Jeff Johnson von der Open University und Rodney Buckland von der University of Kent entwickelt wurde. Es handelt sich um selbstorganisierende IMAging-Roboter oder Soimars, kleine würfelförmige Roboter, die jeweils ein Einzelpixel-Bildgebungsgerät (z. B. eine Fotodiode) tragen und nur 10 Gramm wiegen. Jeder kann mit seinen Nachbarn kommunizieren und sich mit kleinen Antriebsschrauben im Wasser bewegen. Ein Schwarm dieser winzigen Roboter könnte in einem unterirdischen Ozean auf Europa eingesetzt werden, um die Umwelt abzubilden.
Ein Transportfahrzeug mit Kommunikations- und Kraftwerken würde auf der Eiskruste Europas landen und ein Eispenetrationsgerät mit den Soimaren freisetzen. Dieses Gerät würde durch das Eis bohren und die Soimare in den Ozean abgeben. Die Soimars organisieren sich dann selbst zu einem Stapel und richten ihre Bildgebungsgeräte aus. Durch kooperatives Schwimmen scannt der Stapel einen Bereich unter dem Eis. Wenn ein einzelnes Bildgebungsgerät ausfällt, wird der fehlerhafte Soimar einfach freigegeben und der Schwarm wird neu organisiert, um ein fehlerfreies Array zu bilden. Dies ermöglicht auch mehr Soimars, möglicherweise von nachfolgenden Landern, sich dem Schwarm anzuschließen und die Bildauflösung zu verbessern. In dieser Konfiguration sind die Soimare physisch miteinander verbunden. Eine alternative Verwendung wäre, sie mit Berührungssensoren auszustatten und sie als zerstreute Wolke entlang des Meeresbodens schwimmen zu lassen, um ihre Höhe abzubilden. An der Open University wurde eine Simulation entwickelt, um das selbstorganisierende Verhalten des Schwarms zu demonstrieren.
Eine mechanische Belegschaft für den Mars
Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) erforscht derzeit kooperative Roboterteams, darunter Roboterarbeitsteams für den Transport großer Gegenstände, Roboterausgrabungsteams und Roboter, die sich gegenseitig über steile Klippen abseilen können. Ein Ziel dieser Arbeit bei JPL ist es, eine Roboter-Belegschaft auf dem Mars einzusetzen, um Bergbau- und Raffinerieanlagen zu errichten, die Treibstoff für zukünftige menschliche Missionen liefern. Mit Vorschlägen, Männer auf dem Mars und möglicherweise weiter entfernten Orten zu landen, werden diese Roboter-Arbeitsteams sowohl bei der Untersuchung der Ziele als auch bei der Schaffung von Außenposten zur Unterstützung unserer Ankunft unverzichtbar sein.
Originalquelle: RAS-Pressemitteilung
