Разделяй и властвуй: на смену марсоходам придут группы двухколесных роботов

Ученые Сколтеха предложили концепцию модульного ровера для исследования Марса. Используя возможности кооперативной робототехники, новая система, описанная в статье Acta Astronautica, состоит из четырех двухколесных роботов, которые могут работать независимо или объединяться в различные группировки. Согласно исследованию, такой подход позволит проводить более длительные исследовательские миссии, собирая больше информации об истории планеты, потенциальной пригодности для обитания и возможных следах поверхностной воды или предшествующей жизни.

С тех пор как первый успешный марсоход НАСА Pathfinder высадился на красную планету в 1997 году, исследователи используют одну и ту же базовую конструкцию: шестиколесный автономный исследовательский аппарат с набором научных инструментов на борту. Сегодня исследователи предполагают, что марсоход может достичь большего за то же время, если он будет состоять из нескольких роботов, оснащенных различным оборудованием, одновременно выполняющих отдельные задачи в разных местах и время от времени собирающихся вместе для выполнения более сложных задач.

"По сути, это проблема оптимизации: как максимизировать время исследования и пройденное расстояние, не увеличивая при этом стоимость миссии?" комментирует аспирант Сколтеха и первый автор исследования Александр Петровский. "Мы обнаружили, что использование одного шестиколесного ровера может быть неоптимальным. Согласно нашим расчетам, лучше всего использовать четыре двухколесных аппарата. Каждый из них будет нести уникальные исследовательские инструменты, а во всех четырех модулях будет находиться только критически важная полезная нагрузка".

Таким образом, даже если три из четырех роботов выйдут из строя, оставшийся робот сможет выполнить достаточный объем работы и передать свои результаты на Землю. Это позволяет максимизировать конечные результаты миссии к моменту ее завершения. При выполнении операций, требующих максимальной устойчивости - например, захвата предметов - пара роверов с двумя колесами может собраться в четырехколесный, чтобы подстраховаться и избежать падения.

"В принципе, снижение устойчивости - это главный недостаток, при том что все остальные параметры, которые мы рассматривали, выглядят достаточно хорошо или даже лучше для сценария роевого ровера", - добавил Петровский. "Однако технология двухколесных роботов проделала долгий путь к тому, чтобы сделать их более устойчивыми, чем они были раньше, так что даже это сейчас является несколько меньшей проблемой".

Ученый продолжил: "Технологии искусственного интеллекта, управляющие роем мобильных роботов, откроют двери на новый технологический уровень исследования планет". По его словам, технология роевых роботов, предназначенная для исследования Марса, также может принести пользу лунным миссиям и даже проектам на Земле. Например, подобные двухколесные роботы могут быть использованы для мониторинга роста сельскохозяйственных растений и обнаружения вредителей или болезней, поражающих их. "В июле 2021 года мы провели полевые испытания небольших двухколесных роботов на сельскохозяйственных культурах в Краснодаре, Россия", - сказал Петровский. Кроме того, модульный подход может принести пользу робототехнике, разрабатываемой для поисково-спасательных операций.

Сколтех - частный международный университет, расположенный в России. Основанный в 2011 году в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом (MIT), Сколтех воспитывает новое поколение лидеров в области науки, технологий и бизнеса, проводит исследования в прорывных областях и продвигает технологические инновации с целью решения критических проблем, стоящих перед Россией и миром. Сколтех фокусируется на шести приоритетных областях: искусственный интеллект и коммуникации, науки о жизни и здоровье, передовая инженерия и современные материалы, энергоэффективность и ESG, квантовые технологии, передовые исследования.