science >> Wetenschap > >> Astronomie

Hoe Robonauten werken

Astronauten-afbeeldingengalerij

Foto met dank aan NASA
Robonaut 2 (links) werd de eerste niet-mens die het internationale ruimtestation ISS bezocht. R2 maakte op 24 februari een ritje naar de ruimte aan boord van de shuttle, 2011. Zie meer astronautenfoto's.

Het is moeilijk om een dramatischer onderneming voor te stellen dan ruimtereizen, waarin dappere zielen zichzelf verzegelen in verbazingwekkende voertuigen en door gecontroleerde explosies worden gelanceerd in een omgeving die vijandig staat tegenover al het bekende leven - allemaal in naam van wetenschap en menselijk durf.

Een ruimteschip op de maan landen zou niet hetzelfde zijn geweest zonder astronauten. Door hun commentaar, mensen op aarde die naar de korrelige zwart-witfoto's van het maanlandschap keken, deelden een verbinding met het eeuwige en het buitenaardse. Hun reis schonk ons een gemeenschappelijke ervaring die groter is dan alles wat Hollywood kon creëren, omdat het echt was.

Ruimtereizen eist zijn tol van astronauten omdat het menselijk lichaam niet geschikt is voor de barre omstandigheden die de rijken buiten onze atmosfeer beheersen. In een capsule of shuttle, ruimtereizigers moeten regelmatig sporten om het verlies van botdichtheid en spieratrofie te voorkomen die worden veroorzaakt door langdurige perioden in microzwaartekracht. De bemanningscompartimenten moeten onder druk staan met de juiste mix van ademende gassen en waterdamp, en systemen moeten die gassen circuleren en revitaliseren om de lucht ademend te houden. De temperatuur moet ook zorgvuldig worden geregeld, om nog maar te zwijgen van systemen om voedsel en water te leveren en afval af te voeren.

L, Robonaut

Robotsondes en rovers reizen al naar Mars sinds we op de maan landden. In 1965, Zeeman IV stuurde de eerste close-range beelden van de rode planeet terug. In 1997, de verkenner rover gaf ongekende details over de atmosfeer en het oppervlak van Mars. Bovendien, wie kan de opmerkelijke bijdragen van Geest en Mogelijkheid , de twee Marsrovers die in de zomer van 2003 werden gelanceerd en die hun oorspronkelijke missie zo lang volhielden?

NASA heeft zijn robotastronauten gebaseerd op een humanoïde ontwerp. De eerste hiervan, Robonaut 1 (ook bekend als R1 ), gekenmerkt door een hoofd, twee ogen, twee armen en twee vijfcijferige wijzers. Ontwerpers beschermden het hoofd van R1 met een epoxyharshelm en monteerden het hoofd op een gelede nek, waardoor hij heen en weer kon draaien en op en neer kon kijken. Binnen de baanbrekende robonaut, twee videocamera's geleverd stereovisie aan de operator en stelde R1 in staat om objecten te volgen. Stereovisie bootst het menselijk zicht na door beelden van een rechter en linker "oog" (camera) te vergelijken en parallax -- het schijnbare verschil in de positie van een object veroorzaakt door de verschillende kijkhoeken van elk oog -- om diepte te bepalen en beweging te detecteren. De armen van R1 waren in staat tot een groter bewegingsbereik dan menselijke armen en bevatten elk meer dan 150 sensoren.

NASA begon in 1997 met de bouw van R1, en het diende tot 2006 als een experimenteel platform in laboratorium- en veldtesten. Het was een succesvolle proof of concept, maar het heeft het lab nooit verlaten.

In 2006, NASA heeft een overeenkomst getekend met General Motors om te produceren Robonaut 2 ( R2 ). GM ontwikkelde in die tijd ook behendige robots en had met NASA gewerkt aan de maanrover. NASA onthulde R2 in februari 2010, en de robonaut reisde op 24 februari naar zijn vaste verblijfplaats op het internationale ruimtestation ISS. 2011, op een van de laatste spaceshuttle-missies.

Zoals R1, R2 is ontworpen om mensen te helpen en repetitieve, saaie of vermoeiende taken - zoals het opzetten van de gereedschappen en uitrusting die nodig zijn voor missies - waardoor astronauten zich kunnen concentreren op taken waarvoor alleen zij gekwalificeerd zijn.

Zie R2 als R1-plus -- kleiner, goedkoper, geavanceerder en in staat om de ontberingen van de lancering en van de ruimte te overleven. R2 levert meer dan 350 sensoren, 40 daarvan gebruikt hij om zijn omgeving te detecteren. Dat omvat vier camera's met zichtbaar licht in zijn ogen en een vijfde infraroodcamera in zijn mond om te helpen bij dieptewaarneming. Zijn maag bevat 38 computerprocessors. Hoewel zijn kracht vergelijkbaar is met die van R1 - hij kan ongeveer 20 pond (9 kilogram) tillen - is R2 meer bedreven met zijn handige aanhangsels:terwijl de handen van R1 verwant waren aan de gehandschoende handen van een astronaut, R2's lijken meer op mensenhanden zonder handschoenen.

R2 kan een deken manipuleren, pak een envelop en pak een halter, maar zijn behendigheid is groter dan de som der delen. Gebruikers kunnen de gewrichtsstijfheid van R2 regelen, wat R2 een voorsprong geeft op typische "positioneel gestuurde" robots zoals auto-assemblagerobots, die geen "geven" in hun systemen hebben en perfect moeten aansluiten om hun werk te doen. Zo'n robot zou beroerd zijn om een pin in een gat te steken; zelfs een kleine verkeerde uitlijning zou ervoor zorgen dat de pen in het gebied rond het gat zou breken. R2, omgekeerd, kan zijn weg naar huis "voelen", de pin zachtjes naar voren bewegen en klein maken, glijdende correcties indien verkeerd uitgelijnd, zoals een mens zou doen. De flexibiliteit van R2 maakt het ook veiliger voor zijn menselijke metgezellen, die zijn beweging kan stoppen zonder veel kracht, waardoor blessures worden voorkomen.

Hier zijn de specificaties voor Robonaut 1 en 2:

Specificaties: Robonaut 1
Robonaut 2
Hoogte 6,23 voet (1,9 meter) 3,33 voet (1,0 meter) (taille tot hoofd) Gewicht 410 pond (182 kilogram) 330 pond (150 kilogram) Structurele materialen
Meestal aluminium met Kevlar- en Teflon-vulling om het te beschermen tegen vuur en puin Voornamelijk aluminium met staal, vernikkelde koolstofvezel en niet-metalen Computerplatform
PowerPC-processor38 PowerPC-processors Besturingssysteem
VxWorksVxWorks

Robonauts:controle over de toekomst van de ruimte?

Voorbij NASA

Wat de toekomst van robonauten ook is, de concurrentie warmt op als een shuttle bij terugkeer.

De European Space Agency werkt zijn Eurobot bij met vier wielen, twee armen, verwisselbare handen met gereedschap, een geavanceerd navigatiesysteem, camera's en sensoren. Het bureau overweegt ook om robots gedeeltelijk te transformeren, zoals een rover met wielen die voeten worden.
China hoopt tegen 2012 een onbemande rover naar de maan te sturen en tegen 2017 een robotmissie te lanceren om monsters terug te brengen.
Japan heeft gezegd dat het tegen 2015 een tweevoetige robot op de maan wil zetten en tegen 2030 een maanbasis wil bouwen.

Robonaut 2 (R2), net als zijn voorganger, wordt bestuurd met behulp van telepresence, waarin een persoon - ofwel een astronaut of een operator bij missiecontrole - de robot op afstand bestuurt terwijl hij door zijn ogen kijkt via ingebouwde camera's. De operator kan handschoenen dragen om de handen van R2 te bedienen, of bedien de hoofdbewegingen van R2 door een helm te dragen die op afstand is gekoppeld aan het hoofd van de robot.

R2 is niet zomaar een marionet, echter. Zoals de Marsrovers, de robonaut opereert ook onder gecontroleerde autonomie, wat betekent dat het wordt geladen met reeksen opdrachten (scripts) die het vertellen hoe bepaalde taken autonoom moeten worden uitgevoerd. Een operator bewaakt zijn voortgang tijdens deze acties en kan indien nodig in realtime correcties aanbrengen. De hoop is dat R2 op een dag zal afstuderen van robo-stagiair tot robo-werknemer en zeer weinig observatie of leiding nodig heeft.

Zoals R1, Het brein van R2 bestaat uit een reeks PowerPC-processors - een technologie die wordt gebruikt in andere ruimtetoepassingen - die het realtime besturingssysteem VxWorks draaien. NASA zegt dat deze combinatie flexibele computers biedt en verschillende ontwikkelingsactiviteiten ondersteunt. De systeemsoftware is geschreven in C en C++. ControlShell-software ondersteunt het ontwikkelingsproces en biedt een grafische ontwikkelomgeving, wat het begrip van onderzoekers van het systeem en de code verbetert.

aanvankelijk, R2 zal worden beperkt tot een laboratorium op het internationale ruimtestation. Daar, het zal tests uitvoeren met behulp van een reeks kaarten met schakelaars, knoppen en connectoren zoals die de astronauten bedienen. Ingenieurs ter plaatse zullen indien nodig hardware- en software-updates sturen. Eventueel, R2 zal worden uitgerust met een poot of poten compleet met tenen die passen in de teensteunen die in de muren van het station zijn ingebouwd, waardoor R2 kan klimmen terwijl hij zijn handen vrij heeft om uitrusting te dragen of taken uit te voeren.

Eventueel, R2 zal extravehicular activity (EVA)-apparatuur ontvangen en zal ruimtewandelingen buiten het station kunnen maken. Het zal dan in staat zijn om werkplekken in te richten en de tijd die mensen buiten moeten doorbrengen te verminderen. Omdat het veel sneller naar buiten kan gaan dan astronauten, R2 zal ook in staat zijn om te reageren op noodsituaties. NASA werkt aan een batterij (momenteel moet de R2 worden aangesloten) om het bereik van de R2 te vergroten, en toekomstige robonauten kunnen worden uitgerust met wielen of zelfs een jetpack voor verkennings- en onderhoudsmissies. Evenmin zullen behendige robots zoals R2 beperkt zijn tot het verkennen van de ruimte:op een dag, ze kunnen gevaarlijke locaties op aarde betreden in plaats van mensen, zoals vulkanen en kerncentrales.

Ga naar de volgende pagina voor meer robotlezen die je misschien leuk vindt.

Veel meer informatie

Hoofdlijnen

Wetenschap

Elektronica
Biologie
Zonsverduistering
Wiskunde
French | Italian | Spanish | Portuguese | Swedish | German | Dutch | Danish | Norway |