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Das experimentelle Google-Smartphone wird zum Gehirn des Weltraumroboters

2021

Roboter zeichnen sich durch langwierige, sich wiederholende Aufgaben aus, die den Menschen in die Unwirksamkeit trieben. Die NASA hat daher ein experimentelles Google-Smartphone namens "Project Tango" optimiert, das 250.000 Messungen pro Sekunde durchführt, um eine 3D-Karte der Umgebung zu erstellen. Die gehackte Version von Project Tango wird dazu beitragen, Navigationsinformationen für einen Utility-Roboter namens SPHERES bereitzustellen, der zuvor nur über eingeschränkte Bewegungsmöglichkeiten verfügte. Der Roboter / Telefon-Hybrid wird am 10. Juni in einem Cygnus-Raumschiff von Orbital Sciences an Bord einer Antares-Rakete starten. Nach einem erfolgreichen Test eignet sich der Roboter besonders gut für Aufgaben, die rund um die Uhr ausgeführt werden müssen, z. B. das Verfolgen der 20.000 Objekte an Bord der Internationalen Raumstation (ISS), das Überwachen der Strahlungswerte oder das Erkennen gefährlicher CO2-Einschlüsse die Kajüte.

"Astronauten verwenden normalerweise Handgeräte für diese Aufgaben. Und sie müssen die ganze Zeit ausgeführt werden", sagt Terry Fong, Direktor der Intelligent Robotics Group bei der NASA . "

SPHERES, inspiriert von einem Trainingsroboter aus Star Wars und erstmals 2003 im Einsatz, ist derzeit auf die Bewegung in einem 2x2x2 Meter großen Würfel beschränkt. Um die Position zu bestimmen, sendet SPHERES einen Infrarotimpuls aus, der von jedem der 5 Beacons im Würfel ein Ultraschall- "Zwitschern" auslöst. Indem der Roboter misst, wie lange es dauert, bis jeder der Chirps SPHERES erreicht, ermittelt er seinen Standort. Dies bedeutet jedoch, dass sich SPHÄREN nicht außerhalb der Ultraschallbox bewegen können.

Und NASA-Wissenschaftler wollten die Reichweite des Roboters erhöhen, um sich auf der gesamten ISS zu bewegen. Anstatt die Ultraschallbaken in der gesamten Raumstation zu installieren, was erhebliche Probleme bei Bau und Wartung mit sich bringen würde, wollte die NASA dem Roboter beibringen, sich ein Bild von seiner Umgebung zu machen und entsprechend zu navigieren.

Das Programmieren eines Computers, um ein Bild einer unstrukturierten Umgebung zu erstellen und die darin enthaltenen Objekte zu verstehen, ist ein besonders schweres Informatikproblem. Aus diesem Grund hat die NASA beschlossen, das Computer-Vision-Problem auf Google und sein Smartphone auszuweiten und anschließend einige Änderungen vorzunehmen, um das Gerät platztauglich zu machen. Obwohl Google das Innenleben des Projekts Tango genau kennt, kann der NASA-Forscher Zachary Moratto sagen, dass das Telefon Infrarotstrahlung abgibt und anschließend das Video einer zweiten Kamera interpretiert, um eine Echtzeitkarte der Umgebung zu erstellen. mit Objekten, die je nach Tiefe farblich gekennzeichnet sind. Durch die Verwendung von Tiefensensor-Messwerten aus der infrarotgenerierten 3D-Karte und Kenntnis der Triebwerkszündungen des Roboters wird SPHERES in der Lage sein, langsam über die gesamte ISS zu schweben.

Um das Inventar zu verfolgen, könnte der Roboter einen RFID-Sensor verwenden, um die rund 20.000 verschiedenen Objekte an Bord der Raumstation zu verfolgen.

"Die ISS ist ungefähr so ​​groß wie ein Haus mit 6 Schlafzimmern", sagt Fong. "Und es ist ein Haus mit 6 Schlafzimmern, in dem Sie Sachen an die Decke hängen können." (Astronaut Sunita Williams bietet hier einen kurzen Rundgang durch die Wohnräume an Bord der ISS an ).

Da Astronauten während der Missionen unter dem Druck stehen, eine Vielzahl von Aufgaben zu erledigen, und sich normalerweise alle 6 Monate auf der ISS hin- und herbewegen, kann das Verfolgen von Werkzeugen, Lebensmitteln und anderen Objekten zu echten Kopfschmerzen führen. Moratto führt das Beispiel eines ganzen Werkzeugkastens an, der vor einigen Jahren auf der ISS untergegangen ist und für den ein Ersatz benötigt wird, der von der Erde verschickt wird.

Das Spheres / Tango-Gerät überwacht auch die Luftqualität. Aufgrund der fehlenden Schwerkraft im Weltraum ist das Ausatmen von CO2 eine Gefahr für die Besatzung. Fans auf der ISS blasen frischen Sauerstoff in die Wohnräume, aber farbloses, geruchloses Kohlendioxid kann sich in den Ecken der Station ansammeln. SPHÄREN / Tango könnte wie eine Roboterversion des Kanars in einer Kohlenmine funktionieren und auf der Suche nach gefährlichen CO2-Konzentrationen oder anderen Problemen wie unsicheren Strahlungswerten herumschweben. Die Wartung eines Roboters ist bei Dutzenden von Sensoren viel einfacher als die Wartung.

Astronauten können nicht jedes Smartphone in den Weltraum bringen, und das Project Tango-Team greift auf die Erfahrung des 2011 an SPHERES angebrachten, viel einfacheren Nexus S zurück. Wenn der Touchscreen in der Schwerelosigkeit zerbrechen würde, würden Dutzende winziger Scherben würde um die Kabine schweben. So wird das letzte SPHERES / Tango-Gerät mit Teflonband abgedeckt, genau wie das Nexus S auf der früheren Mission war. Da Mobiltelefonanrufe möglicherweise Geräte an Bord der ISS stören, hat die NASA den Basisband-Transceiver herausgezogen, der das Telefon mit den Mobilfunkmasten auf der Erde verbindet. Die NASA ist auch sehr vorsichtig, welche Batterien in den Weltraum gelangen können, da die Gefahr eines katastrophalen Ausfalls besteht, wenn das Gerät zu heiß wird oder zu viel Strom verbraucht. Das Roboterteam von Fong hat den Originalakku aus dem Project Tango-Telefon gezogen und verwendet stattdessen einen für den Weltraum zertifizierten Lithium-Ionen-Spezialakku. Im folgenden Video testen Moratto und andere Teammitglieder das Projekt im "Erbrochenen Kometen", einem von der NASA unter Vertrag genommenen Flugzeug, das absichtlich in Parabeln fliegt, um die Schwerelosigkeit des Weltraums zu simulieren.

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