Малый воронкообразный поток — одни и те же эксперименты были проведены как в моделировании, так и в реальности, чтобы проверить, реалистично ли ведет себя виртуальный реголит. В этом тесте оценивалось, насколько небольшие (16 г) образцы материала проходили через узкие воронки. Кредит: Джо Лука
Новая компьютерная модель настолько хорошо имитирует лунную пыль, что может привести к более плавному и безопасному дистанционному управлению лунными роботами. Инструмент, разработанный исследователями из Бристольского университета и базирующийся в Бристольской лаборатории робототехники, может быть использован для подготовки астронавтов перед полетами на Луну.
Их исследование опубликовано в журнале Frontiers in Space Technologies.
Работая со своим отраслевым партнером, компанией Thales Alenia Space в Великобритании, которая проявляет особый интерес к созданию работающих роботизированных систем для космических применений, команда исследовала виртуальную версию реголита, еще одного названия лунной пыли.
Лунный реголит представляет особый интерес для предстоящих миссий по исследованию Луны, запланированных на следующее десятилетие. Из него ученые потенциально могут извлечь ценные ресурсы, такие как кислород, ракетное топливо или строительные материалы, для поддержания долгосрочного присутствия на Луне.
Для сбора реголита практическим выбором становятся роботы с дистанционным управлением из-за меньших рисков и затрат по сравнению с полетом человека в космос. Однако работа роботов на таких больших расстояниях приводит к большим задержкам в работе системы, что затрудняет управление ими.
Теперь, когда команда знает, что эта симуляция ведет себя аналогично реальности, они могут использовать ее для отражения работы робота на Луне. Такой подход позволяет операторам управлять роботом без задержек, обеспечивая более плавную и эффективную работу.
Ведущий автор Джо Лука из Бристольской школы инженерной математики и технологий объяснил: «Думайте об этом как о реалистичной видеоигре, действие которой происходит на Луне — мы хотим убедиться, что виртуальная версия лунной пыли ведет себя точно так же, как реальная вещь, чтобы если мы будем использовать ее для управления роботом на Луне, то он будет вести себя так, как мы ожидаем. Эта модель точная, масштабируемая и легкая, поэтому ее можно использовать для поддержки предстоящих миссий по исследованию Луны».
Это исследование последовало за предыдущей работой команды, которая показала, что опытные операторы роботов хотят тренироваться на своих системах с постепенно увеличивающимся риском и реализмом. Это означает, что нужно начать с моделирования и перейти к использованию физических макетов, прежде чем переходить к использованию реальной системы. Точная имитационная модель имеет решающее значение для обучения и развития доверия оператора к системе.
Хотя ранее были разработаны некоторые особенно точные модели лунной пыли, они настолько детализированы, что требуют много вычислительного времени, что делает их слишком медленными для плавного управления роботом. Исследователи из DLR (Немецкого аэрокосмического центра) решили эту проблему, разработав виртуальную модель реголита, которая учитывает его плотность, липкость и трение, а также пониженную гравитацию Луны. Их модель представляет интерес для космической отрасли, поскольку она требует мало вычислительных ресурсов и, следовательно, может работать в режиме реального времени. Однако лучше всего он работает с небольшим количеством лунной пыли.
Установка большой воронки. Моделирование было масштабировано для тестирования большего количества реголита. В этом примере 0,5 кг реголита пролили через более широкие воронки для сравнения с физическими эквивалентами. Кредит: Джо Лука
Целью команды из Бристоля было сначала расширить модель, чтобы она могла обрабатывать больше реголита, оставаясь при этом достаточно легкой для работы в режиме реального времени, а затем проверить ее экспериментально.
Лука добавил: «Нашей основной задачей в этом проекте было улучшение пользовательского опыта для операторов этих систем — как мы могли бы облегчить их работу? Мы начали с оригинальной модели виртуального реголита, разработанной DLR, и модифицировали ее, чтобы сделать ее более масштабируемой. Затем мы провели серию экспериментов — наполовину в смоделированной среде, наполовину в реальном мире — чтобы определить, ведет ли виртуальная лунная пыль так же, как ее реальный аналог».
Поскольку эта модель реголита обещает быть точной, масштабируемой и достаточно легкой, чтобы ее можно было использовать в режиме реального времени, команда затем исследует, можно ли ее использовать при использовании роботов для сбора реголита.
Они также планируют выяснить, можно ли разработать подобную систему для моделирования марсианского грунта, что может быть полезно для будущих исследовательских миссий, или для обучения ученых работе с материалами из долгожданной миссии по возвращению образцов с Марса.
Информация от: Бристольским университетом
