Los robots en órbita son cada vez más populares. Quedan muchos desafíos técnicos por delante.

Los robots serán una de las claves para una economía espacial en expansión. A medida que bajen los costos de lanzamiento, la barrera de entrada más importante en la economía espacial finalmente se derrumbará cuando Starships y otros grandes sistemas de elevación entren en funcionamiento. ¿Así que lo que ocurre? Servicio, ensamblaje y fabricación en el espacio (ISAM) y servicio en órbita (OOS) son dos siglas que están ganando terreno en la literatura. En una serie de artículos, veremos algunos de los documentos que describen lo que significan esos acrónimos y hacia dónde podrían dirigirse pronto. Primero, examinemos cómo encajan los robots en la ecuación.

Los robots espaciales comenzaron en 1981 con el lanzamiento del Sistema de manipulación remota de lanzadera (SRMS) a bordo de la nave espacial, cuyos astronautas los operaban. En los últimos cuarenta años, se han expandido más allá de ese caso de uso original, desempeñando un papel clave en todo, desde la construcción de la Estación Espacial Internacional (ISS) hasta las misiones de prueba de concepto más recientes para poner un satélite fallido en órbita terrestre.

Un nuevo artículo del State Key Laboratory of Robotics and Systems del Harbin Institute of Technology en China describe parte del trabajo que aún queda por hacer para hacer realidad el sueño de robots totalmente funcionales en el espacio. Divide el trabajo en cinco áreas funcionales diferentes.

Primero, y familiar para cualquiera que haya pasado tiempo con robots autónomos, es la visión. Los sistemas de visión terrestre están en constante desarrollo, especialmente aquellos relacionados con el funcionamiento de los coches autónomos. Sin embargo, incluso si el entorno visual no es caótico en el espacio, puede ser un desafío para un robot comprender visualmente lo que está viendo, especialmente si el satélite cae sin control.

El reconocimiento de patrones es aún más difícil, como los círculos colocados alrededor de los puertos de acoplamiento de los satélites que esperan el servicio. En parte porque la carga computacional de realizar el algoritmo cognitivo debe realizarse en el propio robot. Requiere una mayor potencia computacional, que está directamente relacionada con un mayor consumo de energía y calor. Es aún más difícil reconocer un satélite «no cooperativo» que no está diseñado para aceptar la asistencia de un robot, especialmente en tiempo real.

Una vez que un robot ve a dónde va y con qué está tratando de interactuar, el siguiente paso es llegar allí e interactuar efectivamente con la cosa. Hay varios factores a considerar aquí, y el documento los llama colectivamente tecnologías de «actuación y control».

Brindan soluciones a muchos problemas de control únicos, incluido cómo manejar un robot cuando su gravedad es demasiado baja. En particular, ¿cómo los comandos de movimiento, especialmente los que intentan mover objetos específicos, causan vibraciones en el cuerpo y la manipulación del robot? Esto es especialmente cierto si el robot no está anclado a una gran masa como la ISS o el transbordador espacial. Los algoritmos de control dinámico pueden ayudar a reducir algunas vibraciones peligrosas que pueden romper el robot si no se controlan.

Pero incluso si hay un sistema de control para reducir las vibraciones, otros factores de coordinación pueden ser más complicados, incluida la coordinación de varios brazos para interactuar con un objeto. Aunque esto se ha hecho antes, todavía es difícil realizar una coordinación simultánea, como con los robots en la Tierra.

Cuando un robot (o su manipulador) llega a su destino previsto, otra pieza de tecnología debe interactuar con él: el resultado final. En robótica, los efectos finales son la forma en que el robot interactúa con los objetos. Son el equivalente de las manos humanas, pero son más funcionales porque pueden estar hechos de cosas que no están hechas por manos humanas (destornilladores) y pueden reemplazarse con algo completamente diferente. Un destornillador para una pinza de gel suave. Las posibilidades de los efectores finales y las capacidades de un robot para cambiar entre efectores finales son infinitas, y aún queda mucho trabajo técnico por hacer para que los robots sean capaces de estar en el espacio.

Una forma de operar efectivamente el efector final de un robot es permitir que un humano lo teleopere. Esta es una práctica relativamente común para la mayoría de los robots en el espacio, con astronautas que operan Canadarm2 desde el interior de la nave espacial, SRMS o desde el interior de la ISS. Sin embargo, las maniobras de larga distancia llevan tiempo, y el tiempo de un astronauta es precioso. Por lo tanto, se están realizando esfuerzos para teleoperar robots desde la tierra hacia el espacio.

Recientemente informamos sobre algunos intentos a la inversa, cuando un astronauta controla un robot en la Tierra. Esos experimentos tienen como objetivo probar el concepto de operar robots en la superficie de otros mundos, como la Luna o Marte. Este tipo de teleoperación sufre la misma dificultad de retraso y, además, el retraso puede cambiar dependiendo de dónde se encuentre el robot en su órbita.

Se han propuesto varias soluciones a este problema, incluido un sistema de control de realidad virtual que predice dónde estará el robot al final de un retraso de tiempo, para que el operador pueda planificar con anticipación sin esperar comentarios. Force feedback es una opción popular, aunque todavía sufre los mismos problemas de retardo de tiempo. Hay muchas soluciones técnicas a este obstáculo, pero ninguna puede superar el hecho de que las señales no se transmiten instantáneamente a largas distancias.

Incluso en la Tierra, todavía hay desafíos. Como se señala en el documento, la verificación en tierra de alta fidelidad es difícil. La validación en ingeniería es la demostración del rendimiento en un entorno como se esperaba. Esto es casi imposible para un robot que opera en microgravedad, ya que lanzar un prototipo de validación en microgravedad y manejarlo todo sería demasiado costoso. Problemas que surgen inevitablemente durante las pruebas de validación.

Varias soluciones técnicas a este problema han estado en uso durante algún tiempo, incluyendo suspender el robot en bolsas de aire forzado para simular flotación, caída libre o usar un vuelo parabólico en un avión para probar cómo funcionaría en esas condiciones, ver cómo funcionaría. realizar en una piscina y bajo el agua.

Hardware-in-the-loop es una nueva tecnología muy prometedora utilizada en otras industrias. Modela el comportamiento esperado del sistema robótico y simula entornos específicos a través de software que el robot puede experimentar en el espacio. Sin embargo, la construcción de modelos para este sistema es compleja y puede dar lugar a imprecisiones en la propia prueba de validación. Hasta el momento, no existe una solución óptima para garantizar que un robot funcione en el espacio mientras se desarrolla en la Tierra.

Paradójicamente, la operación de robots en el espacio puede resolver este último problema al crear una infraestructura en el espacio lo suficientemente grande como para permitir el diseño y montaje de robots en el espacio. Todavía queda un largo camino por recorrer, pero muchos grupos en todo el mundo están trabajando para hacerlo realidad. Algún día eso sucederá, y superar estos desafíos técnicos ayudará a que eso suceda.

También liderando:
Mamá. y muchos otros – Avances en robots espaciales para servicio en órbita: una revisión exhaustiva
UT – Un astronauta controlará varios robots en la Tierra desde el espacio
UT – El astronauta de la ESA Luca Parmitano controlará un rover desde el espacio
UT- Robonaut 2 se moverá libremente por la estación espacial

Imagen principal:
Canadarm dirigiéndose hacia el transbordador durante STS-72.
Crédito – NASA