Подобно тому, как человеческие мышцы определяют состояние движения тела, состояние скольжения марсоходов можно определить, обнаружив деформацию их шасси. Эту технологию можно использовать для предотвращения скольжения марсоходов. Фото: Кодзиро Иидзука из Технологического института Сибаура.
Учитывая враждебные условия внеземной среды, беспилотные марсоходы играют решающую роль в исследовании планет и лун. Марсоходы НАСА и луноходы внесли значительный вклад в наше понимание этих внеземных тел. Поверхности планет часто представляют собой сложные ландшафты со склонами, кратерами и дюнами.
Что еще более важно, наличие реголита, мелких частиц, покрывающих эти поверхности, представляет собой серьезную проблему для мобильности марсохода. Проскальзывание марсоходов на этих рыхлых поверхностях может помешать их продвижению и даже поставить под угрозу их миссии.
Были исследованы различные методы, в основном основанные на визуальных данных с камер, для определения состояния движения или скольжения марсоходов. Однако эти методы имеют ограничения, поскольку им может быть сложно различить различные особенности местности, например, отличить камни от рыхлого песка. Решение этой проблемы заключается в том, чтобы марсоходы получали информацию о тяге на каждом колесе. Таким образом, марсоход сможет быстрее определять состояние своего движения и корректировать свое положение, чтобы избежать скольжения.
Чтобы реализовать это, профессор Кодзиро Иидзука из кафедры машин и систем управления Колледжа системной инженерии и науки Технологического института Сибаура (SIT), Япония, и доктор Кохей Инаба, также из SIT, недавно разработали новую систему. это позволяет марсоходу определять свое состояние движения по изменению формы его шасси.
«Наше вдохновение пришло из того, как люди определяют свое собственное состояние движения на основе напряжения мышц во время ходьбы. Мы стремились разработать аналогичную систему, которая распознает состояние движения на основе деформации формы шасси», — объясняет профессор Иидзука. Их исследование было опубликовано в журнале Remote Sensing.
Мышцы человеческого тела имеют специальные мышечные волокна, называемые волокнами ядерной цепи и волокнами ядерной сумки, которые помогают определять состояние движения тела. Волокна ядерной цепи обнаруживают смещение напряжения в мышцах и помогают определить статическое положение тела. С другой стороны, волокна ядерного мешка определяют, насколько быстро растягиваются мышечные волокна, и помогают определить динамическое состояние тела.
Проводя параллели с человеческими мышцами, исследователи классифицировали изменение формы шасси марсохода, проявляющееся в виде деформации, на две категории: смещение деформации и вибрационное изменение деформации. Они изучили данные смещения деформации, используя анализ волокон ядерной цепи, и скорость деформации, используя анализ волокон ядерного мешка.
Анализ волокон ядерной цепи показал, что силы, действующие вертикально и в направлении движения марсохода, изменяются с напряжением. Таким образом, мониторинг изменений деформации может позволить обнаруживать изменения силы, что в конечном итоге указывает на состояние движения марсохода.
Кроме того, с помощью анализа ядерного мешка исследователи обнаружили, что скорость изменения деформации может эффективно измерять уровень проскальзывания и последующих изменений в состоянии движения марсохода. Используя эти данные, система может определить состояние марсохода в режиме реального времени, что позволяет марсоходу совершать необходимые маневры для предотвращения потенциальных случаев скольжения.
В исследовании также подчеркиваются возможности системы обнаруживать препятствия в окружающей среде, такие как камни и камни, подчеркивая ее потенциал для повышения безопасности и эффективности операций марсохода.
Подчеркивая важность этого исследования, профессор Иизука отмечает: «При планировании маршрута марсохода следует учитывать опыт этого исследования, чтобы гарантировать, что марсоходы могут путешествовать безопасно. Эти результаты представляют собой первый шаг на пути к включению элементов биологической функциональности в обнаружение движения. Мы считаем, что в будущем наш подход будет эффективен и для беспилотных летательных аппаратов и автоматического вождения».
В заключение, это инновационное исследование знаменует собой значительный шаг на пути к повышению безопасности и эффективности миссий марсоходов, обещая прогресс в наших исследованиях других планет и небесных тел.
Информация от: Технологическим институтом Шибауры.
