По образам человека, животных и насекомых
В качестве прототипов космических роботов учёные используют существ, живущих на Земле. Некоторые свойства и способности живых организмов могут оказаться очень полезными при работе на орбите или при исследовании других планет.
Статья журнала ВКС, №2 (87) октябрь 2016
Человекоподобные роботы
При создании роботов широко используется бионический подход, заключающийся в том, что в технических устройствах копируют эффективные решения, которые найдены самой природой в процессе длительного естественного отбора.
В мире создано большое число робототехнических систем, различающихся по степени подобия живым существам:
– человеку – антропоморфность;
– приматам – приматоморфность;
– насекомым – инсектоморфность;
– змеям – серпентоморфность.
.jpg)
В NASA разработан человекоподобный робот Robonaut 2 (R2). Он представляет собой безногую человекоподобную фигуру, голова которой выкрашена золотой краской, а торс – белой.
На руках у робота по пять пальцев с суставами наподобие человеческих. Машина умеет писать, захватывать и складывать предметы, удерживать тяжёлые вещи. В шлем вмонтированы четыре видеокамеры. Благодаря им робот не только ориентируется в пространстве, но и транслирует с них сигналы на мониторы диспетчеров. Общее число датчиков и сенсоров в его системе – более 350. Разработанные для робота ноги-манипуляторы состоят из семи подвижных сегментов, которые заканчиваются специальными подвижными захватами. Эти манипуляторы предназначены для передвижения в невесомости по конструкциям станции, но не могут использоваться для передвижения по земле.
Dentsu Inc. (Япония) разрабатывает два человекоподобных робота в рамках проекта KIBO: Kirobo и Mirata. Kirobo будет находиться с астронавтами на орбите Земли.
Робот Джастин (Justin), разработанный в Институте робототехники и механотроники в Германии, будет ремонтировать спутники. У этого космического робота есть голова, туловище и руки, но нет ни колёс, ни ног, потому что он будет стационарно смонтирован на космической станции.
Немецкий научно-исследовательский центр искусственного интеллекта работает над роботом-обезьяной iStruct Demonstrator. Разработчики создают «примата» для космических целей. В последнее время механическая обезьяна учится передвигаться по сложному лунному ландшафту.
.jpg)
Способности кузнечика
Создатели робота Jollbot (Англия) опирались на возможности насекомых. Робот преодолевает препятствия, перепрыгивая их, как кузнечик или блоха. Корпус робота образуют металлические прутья, расположенные подобно меридианам земного шара. Внутри шара, по его центральной оси, установлены аккумуляторы, приводы, датчики, приёмопередатчик для дистанционного управления и передачи собранной информации. Приводы сжимают прутья, а потом отпускают их, заставляя шар подпрыгивать на полметра. Для управления роем роботов Jollbot авторы проекта предлагают использовать принципы функционирования пчелиного роя.
.jpg)
Змеероботы
Роботы, имитирующие движение змеи (змеероботы), имеют членистое строение. Сегменты робота, число которых может варьироваться, играют роль скелета и наружного покрова. Движение робота задаётся системой управления (сигналами управления на привод отдельных блоков). Сегменты автономны: каждый имеет свой элемент питания, электродвигатель, управляющий процессор.
В условиях земного притяжения надёжная передача движения от звена к звену в таком роботе потребует значительных затрат энергии и, соответственно, увеличения габаритных размеров и мощности привода. При низкой гравитации мощность приводных устройств будет явно ниже – за счёт снижения веса элементов конструкции и затрат на трение в кинематических парах, а также на трение между роботом и поверхностью движения.
Примером змееподобного робота является японский робот ACM-R5, который умеет не только ползать, но и плавать. Робот состоит из девяти сегментов, его вес составляет 7,5 кг, длина – 175 см. В Израиле разработан змееподобный робот SnakeBot, ориентированный на военное применение. В его сегменты заключены заряды взрывчатого вещества.
Принцип амёбы
Некоторые роботы могут передвигаться, имитируя движение простейших амёб. Корпус, в котором размещены блок управления, научная аппаратура и механизмы для контроля формы внешней оболочки робота-амёбы, выполнен из прочного мягкого материала и может менять форму. Для изменения формы предполагается использовать мягкие ёмкости со специальной жидкостью, насос и набор клапанов; магниты с переключаемой полярностью; меняющие форму ячеистые полимерные ёмкости с наполнителем. Применяемая технология позволит роботу сжимать одну часть корпуса и растягивать другую. Таким образом робот будет передвигаться, как амёба. Скорость передвижения такого робота явно невысока, но зато он имеет очень высокую проходимость по каменистому и рыхлому грунту, снегу, льду. Немаловажно и то, что герметичный мягкий корпус лучше защищён от погодных факторов и ударов.
Подобно скорпиону
Напланетный робот Aramies/Scorpion, разработанный в Бременском университете (Германия) по заказу Европейского космического агентства, имеет восемь ног и может передвигаться по пересечённой местности и песчаным дюнам, подобно скорпиону.
Для исследования Луны и, в частности, доставки на Землю образцов её грунта команда из Миланского политехнического университета (Италия) предполагает вместо одного большого робота использовать рой небольших автономных роботов в виде пауков. Предполагается, что каждый такой робот будет оснащён собственной камерой для съёмки, набором датчиков для сбора научной информации, батареей и солнечной батареей для её подзарядки. Роботы за короткий промежуток времени смогут исследовать большую площадь и собрать пробы. За счёт небольших габаритов этих роботов их можно компактно разместить в отсеке спускаемого аппарата и сэкономить на весе подъёмного устройства.
.jpg)
Рой роботов на защите Земли
В некоторых обстоятельствах множество маленьких и простых роботов могут действовать гораздо эффективнее, нежели один большой. Поэтому сейчас интенсивно развивается новое направление в роботостроении – роевая робототехника. Рой роботов, физически или информационно объединяясь в единое целое, способен коллективно решать разнообразные задачи. Его даже можно рассматривать как коллективный искусственный интеллект.
.jpg)
Для примера: проект защиты Земли от астероидов, разработанный американской компанией Spase Works Engineering. Астероид представляет собой небесное тело неправильной формы, состоящее из металлов и каменистых пород и движущееся по орбите вокруг Солнца. Размеры этих небесных тел колеблются от единиц метров до тысячи километров. Под воздействием различных факторов орбиты астероидов могут изменяться, пересекаясь с орбитой Земли и создавая потенциальную угрозу.
Каждый робот, называемый MADMEN, представляет собой космический корабль весом в одну тонну.
Совершая посадку на астероид, роботы распределяются по всей его поверхности. Закрепившись, начинают толкать астероид с помощью своих ядерных двигательных установок, тем самым уводя его от Земли. Как правило, астероиды имеют некоторую скорость вращения, поэтому роботы роя высаживаются по всей поверхности астероида и, координируя свои действия, обеспечивают требуемое управляющее воздействие.
3271 
