Die ESA hilft einer Gruppe von Studenten aus Zürich, ihren Hopfenerkundungsroboter zu testen und zu entwickeln. Der als SpaceBok bezeichnete Roboter ist für schwerkraftarme Körper wie den Mond oder Asteroiden ausgelegt. Es basiert auf dem Konzept des „dynamischen Gehens“, das Tiere auf der Erde verwenden.
Rover wie Spirit, Opportunity und Curiosity haben großartige Arbeit geleistet, um den Mars zu erkunden. Diese Radfahrzeuge haben jedoch ihre Grenzen: Es gibt einige Orte, die sie einfach nicht erreichen können. Wie uns der winzige Sprungroboter MASCOT auf der Oberfläche des Asteroiden Ryugu zeigte, haben Sprungroboter etwas zu bieten.
Eine Gruppe von Studenten aus Institutionen in Zürich entwickelt einen der fortschrittlichsten Roboterforscher aller Zeiten. SpaceBok ist ein vierbeiniger Roboter, der im ESTEC-Technikzentrum der ESA in den Niederlanden getestet wird. Die ganze Idee ist von den Astronauten inspiriert, die zum Mond gingen.
Als amerikanische Astronauten auf dem Mond ankamen, stellten sie schnell fest, dass Hüpfen eine natürliche Art war, sich zu bewegen. Die geringe Schwerkraft machte es zu einem effizienten Antriebsmodus, zumindest für Körper mit geringer Masse.
"Für die Umgebungen mit niedrigerer Schwerkraft des Mondes, des Mars oder der Asteroiden stellt sich heraus, dass ein solcher Sprung vom Boden eine sehr effiziente Möglichkeit ist, sich fortzubewegen."
Hendrik Kolvenbach vom Robotic Systems Lab der ETH Zürich
Das Studententeam aus Zürich unter der Leitung von Doktorand Hendrik Kolvenbach vom Robotic Systems Lab der ETH Zürich arbeitet seit einiger Zeit am RobotBok. Ihr Design basiert auf Tieren wie Hirschen und Antilopen (Sprinbok) und wie sie sich unter bestimmten Umständen schnell bewegen.
"Anstelle eines statischen Gehens, bei dem immer mindestens drei Beine auf dem Boden bleiben, ermöglicht das dynamische Gehen Gangarten mit vollen Flugphasen, in denen alle Beine vom Boden abheben", sagte Kolvenbach in einer Pressemitteilung.
In der Vergangenheit war der Bau solcher Robotertypen nicht möglich. Fortschritte in der Technologie machen ihre Entwicklung jedoch möglich. "Tiere nutzen dynamische Gangarten aufgrund ihrer Effizienz, aber bis vor kurzem war es aufgrund der Rechenleistung und der für die Steuerung erforderlichen Algorithmen schwierig, sie auf Robotern zu realisieren", sagte Kolvenbach.
Als Astronauten auf dem Mond landeten, war das Springen eine instinktive Reaktion auf die geringe Schwerkraft. Aber es war einfacher für sie; Wir Menschen haben ein natürliches Gleichgewicht. Für Roboter muss diese Fähigkeit genau wie ein Raumschiff sorgfältig entworfen und eingebaut werden.
„Astronauten, die sich in der sechsten Schwerkraft des Mondes bewegen, haben instinktiv das Springen übernommen. SpaceBok könnte möglicherweise bis zu 2 m hoch in der Mondgravitation sein, obwohl eine solche Höhe neue Herausforderungen mit sich bringt. Sobald der Roboter vom Boden abhebt, muss er sich stabilisieren, um wieder sicher herunter zu kommen - er verhält sich zu diesem Zeitpunkt im Grunde genommen wie ein Mini-Raumschiff “, sagt Teammitglied Alexander Dietsche.
„Wir haben also eine der Methoden genutzt, mit denen ein herkömmlicher Satellit seine Ausrichtung steuert, das sogenannte Reaktionsrad. Es kann beschleunigt und abgebremst werden, um in SpaceBok selbst eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion auszulösen “, erklärt Teammitglied Philip Arm.
Obwohl Menschen und Tiere auf natürliche Weise springen können, hat ein springender Roboter wie SpaceBok einige Vorteile. Es kann Energie speichern.
"Zusätzlich sind die Beine von SpaceBok mit Federn ausgestattet, um Energie während der Landung zu speichern und beim Start freizugeben, wodurch die für diese Sprünge erforderliche Energie erheblich reduziert wird", fügt ein weiteres Teammitglied hinzu, Benjamin Sun.
Obwohl das Team glaubt, dass SpaceBok auf dem Mond in Höhen von 2 Metern springen könnte, sind sie noch nicht da. Bisher haben sie in simulierter Mondgravitation Höhen von 1,3 (4,2 ft) Metern erreicht.
Die Testanlage in den Niederlanden ermöglicht es dem Team, verschiedene Schwerkraftumgebungen zu simulieren. Bei Asteroiden kann der Roboter über einen längeren Zeitraum sogar höher als 2 Meter springen. Dies erfordert jedoch noch bessere Kontrollen, um sichere Landungen durchzuführen.
Ein weiterer Test, bei dem eine extrem flache Oberfläche verwendet wurde, die als Orbital Robotics Bench für integrierte Technologie (ORBIT) bezeichnet wird. ORBIT kann SpaceBok in zwei Dimensionen testen. Bei diesem Test wurde der Roboter auf die Seite gelegt und an einer frei schwebenden Basis befestigt. Dann prallte es auf ORBIT hin und her, um die extrem niedrige Schwerkraft von Asteroiden zu simulieren.
Die Tests für SpaceBok laufen gut. Dies ist jedoch alles eine flache, angebundene Prüfung unter Laborbedingungen. Das Team hat einige Tests auf unebenen Oberflächen auf dem Mars Yard der ESA durchgeführt, aber es müssen weitere Tests mit Hindernissen durchgeführt werden, über die gesprungen werden muss. Einiges davon wird irgendwann im Freien gemacht.
Quellen:
- Pressemitteilung: Springender Weltraumroboter fliegt wie ein Raumschiff
- ESA: Automatisierung und Robotik
- Space Magazine: Ein deutsch-französischer Sprungroboter ist gerade auf der Oberfläche des Asteroiden Ryugu gelandet
