ESA-astronaut Luca Parmitano heeft roboticageschiedenis geschreven, reikend vanuit het internationale ruimtestation in een baan rond de aarde met 8 km / s, om een ​​op aarde gebaseerde rover te besturen, uitgerust met een geavanceerde grijper met de mobiliteit en behendigheid van een menselijke hand.

Deze grijper was in staat om rotsmonsters op te pakken en te verzamelen uit de mock-maanomgeving. In de toekomst kan een vergelijkbaar systeem heel goed worden gebruikt om buitenaardse omgevingen te verkennen, met astronauten die oppervlakterovers besturen vanuit de veiligheid en het comfort van een oppervlaktehabitat of een ruimtevaartuig in een baan om de aarde.

Het Analog-1 testproject, die op 25 november werd afgesloten met deze twee uur durende ruimte-aarde-test, had meerdere technische doelen. Hoog onder hen was om het gebruik van 'force-feedback'-bedieningselementen te beoordelen, zoals een high-end gaming-joystick die de gebruiker terugdringt, ze een gevoel van aanraking geven - in de ruimte, om te evalueren of deze technologie zeer nauwkeurige robotbesturing in gewichtloze omstandigheden mogelijk zou maken.

"Stel je de robot voor als Luca's avatar op aarde, hem zowel zicht als aanraking te geven, " zegt ESA-ingenieur Kjetil Wormnes, aan het hoofd van de Analog-1-testcampagne. "Het was uitgerust met twee camera's - één in de palm van zijn hand, de andere in een wendbare arm - om Luca en de op afstand gelegen wetenschappers de omgeving te laten observeren en een close-up op de rotsen te krijgen."

Terwijl journalisten toekeken, de door Luca gecontroleerde rover voltooide zijn bemonsteringscampagne precies op schema, doorkruisen tussen een drietal bemonsteringslocaties langs uitdagend smalle paden. Bij het selecteren van rotsen kreeg Luca advies van een team van geologische experts in het European Astronaut Centre (EAC) in Duitsland, simulatie van een real-life oppervlakteverkenningsonderzoek.

"We hebben geprofiteerd van Luca's eerdere training via ons Pangea-programma, astronauten praktische ervaring geven in de geologie, " voegt Jessica Grenouilleau toe, Meteron projectleider bij ESA's Exploration Systems Group. "Het hielp enorm bij het hebben van een efficiënte discussie tussen de bemanning en de wetenschappers."

In aanvulling, Luca kon voelen wanneer de robot de grond raakte of een steen opraapte, met behulp van een Sigma 7 forcefeedback-apparaat met zes vrijheidsgraden. Deze test was de eerste keer dat een dergelijk apparaat op het ISS werd gebruikt om een ​​robot op de grond te besturen.

De tweerichtingsbesturingsverbinding tussen de rover en het ISS uitgebreid via communicatiesatellieten in een geostationaire baan naar EAC en verder naar de hangar, resulterend in een latentie of communicatievertraging van 0,8 seconden, waar Luca rekening mee moest houden bij het plannen van zijn verhuizingen.

De hardware en software die Luca aan boord van ISS gebruikte, is ontwikkeld door ESA's Human Robot Interaction Laboratory, gevestigd in het technische hart van ESA in Nederland, met de steun van het DLR German Aerospace Center's Institute for Robotics and Mechatronics - inclusief de integratie van besturingssoftware om de force-feedback en haptische feedback van het systeem aan te passen voor de onontkoombare tijdvertraging die binnen het systeem wordt ervaren.

ESA-robotingenieur Thomas Krueger, hoofd van het HRI-lab, legt uit:"Voor dit verkenningsscenario met een relatief korte vertraging, we hebben de relatieve voordelen van mensen en robots kunnen combineren:een mens vanwege hun vermogen om te gaan met complexe en ongestructureerde omgevingen en besluitvorming, en een behendige robot die in staat is om te gaan met ruwe omgevingen en de commando's van de operator nauwkeurig uit te voeren.

"Door de gebruikerservaring te verbeteren met geforceerde feedback en intuïtieve bedieningselementen, kunnen we voorheen onmogelijke robotbesturingstaken mogelijk maken, en openen nieuwe methoden om de ruimte te verkennen. We willen nu graag de gegevens en feedback van Luca analyseren om de details te zien van hoe hij presteerde, en ontdek waar we toekomstige verkenningsplannen kunnen verbeteren en voorbereiden."

De rover zelf is ook gebouwd door het HRI Lab, de rol van de payload-ontwikkelaar van het project op zich nemen. Om de communicatieverbinding met het ISS tot stand te brengen, werd het team ondersteund door EAC.

Analog-1 is de laatste in een reeks van steeds uitdagender mens-robot-testcampagnes waarbij het ISS is betrokken, gezamenlijk Meteron genoemd - Multifunctioneel End-to-End Robotic Operation Network. De eerste forcefeedback-test met 1 vrijheidsgraad vond plaats in 2015 met het Haptics-1-experiment van ESA, vordert naar DLR's 2 vrijheidsgraden Kontur-2 het volgende jaar - nu naar een volledige beweging van 6 vrijheidsgraden.

De volgende stap is een buitentestcampagne op een maanachtige terrestrische locatie, gepland voor volgend jaar. Een rover zou echte stenen onderzoeken en verzamelen in een operationeel scenario dat lijkt op de complexiteit van een volledige missie op de maan.