宇宙科学：ロボットヘルパー

乗組員の時間は国際宇宙ステーションで貴重な資源であり、その価値は将来の宇宙ミッションのために増加するだけです。 乗組員の時間を最大限に活用する1つの方法は、ロボット技術を使用して乗組員のさまざまなタスクをサポートするか、他のタスクを完全に自動化することです。

現在、宇宙ステーションの調査は JEM内部ボールカメラ2は、この技術を開発するための継続的な努力の一部です。 2018年に宇宙ステーションに発射された自由浮遊式遠隔制御パノラマカメラとJAXA（日本航空宇宙探査局）の今回の調査では、カメラを使って研究活動のビデオや写真を自動的にキャプチャする方法を示しています。 現在、乗組員には研究者にとって重要なツールである科学活動を映像と写真で撮影する時間が割り当てられています。 自律捕獲技術の成功したデモンストレーションは、最終的に乗組員の時間を確保することができます。 この調査は、ロボットが実行できる他の作業のテストプラットフォームとしても機能します。

宇宙ステーションの3つの自由飛行ロボット アストロビ、宇宙探査ミッションと地球上のさまざまな種類のロボット支援のためのいくつかの技術デモンストレーションをサポートします。 これらの調査結果は、ロボット技術とその可能性の向上に貢献しています。

それだけ サウンドシーミッション Astrobeeにセンサーを搭載し、音を使って宇宙船の機器を監視する方法を示します。 センサーは、生命維持システム、運動機器、その他のインフラストラクチャで発生する音の異常を検出します。 音の異常現象は潜在的な誤動作を引き起こす可能性があります。 この調査の予備的結果は,シミュレーションと宇宙内実験の違いを強調し,シミュレーション環境のわずかな変化が目標環境における予測値と観察値の差を大まかに示すことができることを指摘した。¹。 調査はまた、宇宙ステーションの絶えず変化する音響環境で音源を特徴付けるのに役立ちます。

月や火星の表面を横断するロボットを設計するには、特定の課題があります。 風景が荒くて凹凸があり、ロボットが迂回するのに時間がかかり、厚い土石やほこりによってロボットが停滞し、多くの燃料が消費される可能性があります。 1つの可能な解決策は、ロボットがそのような風景の上を走り回ることです。 それだけ 天体飛行 調査では、アストロビーを使用してアーム型マニピュレータを使用してホッピングまたは自己投げ動作による推進力を示しています。 このアプローチは、車両の内部または外部の活動における乗組員の支援、機器サービス、軌道破片の除去、軌道内組立の実行、ナビゲーションなどの作業のために、ロボット車両の機能を拡張することができます。 結果は,セルフスロー動作がより広い範囲の動作を有し,開始位置でより大きな変位を提供することを示した。²。

それだけ トカゲ付きのインスピレーションを受けた接着剤 調査では、Astrobeeの特殊グリッパーを使用して、ロボットが握って操作するための接着剤をテストしました。 ゲッコス（Geckos）は、つかむ切子や持ち手などの特徴がなくても滑らかな表面をつかむことができるトカゲの一種です。 すでに宇宙で動作していることが証明されているこれらの爬虫類に触発された接着グリッパーを使用すると、ロボットが動いたり回転したりする物体でも、表面に素早く取り付けて分離することができます。 研究者らは、接着剤が期待どおりに機能していることを報告し、重複接着タイルをリリースし、微小重力で完全な接着剤接触を確保することを含む、将来の使用に関するいくつかの考慮事項を提案しました。^サム。 さらに、車内活動や宇宙遊泳に使用されるロボットの場合、Gecko Gripperは運動エネルギーを吸収し、整列不良に対応できる必要があります。 グリッパーには、すべてのタイルが表面に接触する時期を把握し、適切な瞬間に張力を加えることができるセンサーも必要です。

宇宙の残骸には、修理や軌道から逃れる可能性のある衛星が含まれます。 これらのオブジェクトの多くは転倒するため、出会いやドッキングは困難です。 それだけ ローミング 調査では、Astrobeesを使用してターゲットがどのように転倒するかを観察し、この情報を使用してターゲットに安全に到達する方法を計画するためのスキルを実証しました。 シミュレーション結果は実験前の方法の精度を検証した。⁴。

従来のロボット技術、 球では、ボウリングボールサイズの球形衛星を用いて、編隊飛行と複数の宇宙船制御アルゴリズムをテストし、物理学と材料科学の調査を行った。 これらの調査の1つは自律ランデブーおよびドッキングの始動をテストした。 この技術は、静的および移動障害物が追加されることによりますます複雑になるシナリオを処理することができました。⁵。

宇宙ステーションでテストされた初期ロボットのデザインは、 ロボット飛行士、人間に似ていました。 胴体、人間のような手のついた腕、頭、そして宇宙ステーションの内部を移動できるエンドエフェクターのある脚がありました。 駅にある間、Robonautはスイッチを裏返し、塵のカバーを取除き、手すりをきれいにしました。⁶。

それだけ イサク 調査では、RobonautとAstrobeesが組み合わせて探査車両の状態を追跡し、貨物を輸送および梱包し、漏れや火災などの問題に対応する技術を実証しました。 停留所でのテストの第2段階は、無人宇宙ステーションと訪問貨物船の間で貨物を輸送するときに複数のロボットを管理することに焦点を当てています。 テストの3番目と最後の段階で、チームはロボットのより困難なエラーシナリオを作成し、異常に対処するための強力な技術を開発します。

これらの研究やその他のロボット工学の研究は、将来の使命の成功に貢献します。 ロボットは乗組員のさまざまな作業を支援し、時間を確保し、宇宙船や住宅の外で作業するときに発生するリスクを減らすことができます。 ロボットアシスタントは、地球上の過酷で危険な環境でも重要なアプリケーションを持っています。

上記の詳細については、この科学実験データベースを検索してください。

引用：

¹ Bondi L、Chuang G、Ick C、Dave A、Shelton C、Coltin B、Smith T、Das S.国際宇宙ステーション（ISS）での音響イメージング：課題と予備結果。 ICASSP 2022 – 2022 音響、音声および信号処理に関する IEEE 国際会議、シンガポール、シンガポール。 2022年5月。 5108-5112。 （https://ieeeexplore.ieee.org/document/9746256)

² Kwok Choon ST、Romano M、Hudson J. 国際宇宙ステーションに搭乗したAstrobeeとともに軌道飛躍作戦を展開しています。 アクタアストロノティカ。 2023年6月。 20762-76(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0094576523000991?via%3Dihub)

^サム Chen TG, Cauligi A, Suresh SA, Pavone M, Cutkosky MR. 国際宇宙ステーションでAstrobeeを使用してトカゲに触発された接着剤テスト：宇宙技術の準備。 IEEEロボット工学と自動化マガジン。 2022年5月27日。 2-11（https://ieeeexplore.ieee.org/document/9783137)

⁴ Oestreich CE、Espinoza AT、Todd J、Albee KE、Linares R. NASAのAstrobeeロボット自由飛行体を使用して未知の回転標的の軌道検査。 コンピュータビジョンとパターン認識（CVPR）ワークショップに関するIEEE / CVFカンファレンス、2021、仮想イベント。 2021年6月19〜25日。 2039年～2047年（https://www.nasa.gov/mission/station/research-explorer/investigation/?#id=8324）

⁵ Chamitoff GE, Saenz-Otero A, Katz JG, Ulrich S, Morrell BJ, Gibbens PW. 動的環境における宇宙ベースのロボットのリアルタイム起動最適化：理論と軌道実験アクタアストロノティカ。 2018年1月1日。 142170-183(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0094576516300431?via%3Dihub)

⁶ Diftler MA, Ahlstrom TD, Ambrose RO, Radford NA, Joyce CA, De La Pena N, Parsons AH, Noblitt AL. Robonaut 2 – ISSでの初期活動。 2012 IEEE航空宇宙会議、Big Sky、MT。 2012 pp.1-12. （https://ieeeexplore.ieee.org/document/6187268)