远程操纵机器人去月球“挖宝”，欧洲航天局拟明年进行大型实验 _宇航员

【远程操纵机器人去月球“挖宝”，欧洲航天局拟明年进行大型实验】

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编译 | 刘柏涵
编辑 | 程茜
智东西9月27日消息，预计在2023年，由欧洲航天局和德国航天中心领导的研究团队将进行Surface Avatar项目的第一次大型太空机器人试验。此项目将探究机器人团队在行星表面上执行协作任务的可行性，并研究宇航员如何利用语音、手势、视线跟踪等多模态用户界面实现远程操控机器人。
此前，该研究团队参与了在埃特纳山的ARCHES试验活动，完成了机器人探测器自动驶向宇航员设定的标记点和利用神经系统进行自动采集样本等任务。
一、宇航员“化身”机器人，远程登陆其他星球我们可以设想一个这样的场景，在未来，机器人可以去探索和开发地球的附近的行星、卫星和小行星，他们能在地球以外的星球表面采集样本、构造建筑和部署仪器等。
目前，此科研团队正在想办法设计这种机器人探测器，他们现在重点研究解决这样一个问题：如何为宇航员提供工具，让他们能够轻松有效的操控机器人队伍？
研究人员的普遍想法是让机器人的操作过程高度自动化，增加其可以完成的任务数量，降低宇航员的工作量。 2017年到2018年，研究团队完成了SUPVIS Justin实验，让宇航员使用电脑向机器人发出高级指令，操纵机器人Rollin’ Justin执行了一系列导航、维护和修复工作。
这仿佛就像科幻电影一般，在飞船上的宇航员只需要用手点几下，就能够让机器人自主规划和执行任务。

▲机器人Rollin’ Justin正在执行任务
但是，由于难以预测的的行星地表环境和刺眼的光照，哪怕是最好的物体探测算法也不能让机器人做到完全不出错。如果任务出现问题，或者需要机器人应对没有提前计划好的情况时，我们应该怎么做？
在地球上的工厂里，机器人的控制人员可能会下到车间里解决问题，但是如果按照类似的模式，由空间站中的宇航员去星球上检查情况，那么这次旅行将会十分的危险和昂贵。
最好的办法是我们把机器人作为宇航员在星球上的化身，让宇航员沉浸在机器人身临的环境中，看机器人所看，感机器人所感，指挥机器人完成任务。
二、力反馈装置让宇航员和机器人“感同身受”为检验上述方法是否可行， 2019年11月，欧空局进行了一项名为ANALOG-1的试验，以验证空间站宇航员和地面科学家是否能共同引导机器人完成模拟月球任务。
这个机器人搭载了两条安有摄像头的机械臂，还配备了抓取器、力矩传感器，以及许多其他传感器。力矩传感器可以感受力矩的物理变化并将其转化成可输出理解的信号，进而精确测量出力的大小，它是机械臂力反馈装置的重要构成元件，这个装置可以让宇航员和机器人“感同身受” 。

▲机器人双臂正在移动
在国际空间站，宇航员Luca Parmitano通过电脑屏幕看到了机器人所拍摄的画面，他可以移动摄像头和使用定制的操纵杆设备。
他将手绑在操纵杆上，从而获得机器人手臂的操作反馈，他通过移动和打开自己的手来移动机械臂并打开机器人的夹钳，能够拥有接触地面的感觉，并能感受到岩石样本有多重，这些对宇航员了解星球地表情况至关重要。
但是这种方法也要面临诸多挑战：第一，国际空间站的低宽带限制了视频传输的质量；第二，国际空间站和其他星球距离遥远，宇航员和机器人的感受很难同步，信息延迟很可能导致传统的力反馈远程操作变得不稳定；第三，信息延迟可能会让机器人陷入危险的境地，造成机器人的损坏。比如，由于宇航员收到机器人的反馈过慢，可能会施加比他设想的更多的力，让机器人不能面对真实环境，加大了被损坏的风险。

▲宇航员Luca Parmitano正在空间站操纵地面机器人
为了解决信息延迟这个问题，研究团队开发了一种名为TDPA-HD的控制方法，它可以检测宇航员施加的能量，并将该数值和速度指令一起发送给机器人。在机器人端，它测量机器人施加的力，并降低速度，让机器人向环境输出的力小于宇航员对它输出的力。

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