Роботи НАСА в космосі давно стикаються з несподіваною перешкодою: інструменти, які бездоганно працюють на Землі, часто виходять з ладу в умовах невагомості на орбіті. Справа не в складних поломках, а в фундаментальній фізиці. Без гравітації навіть вдосконаленим датчикам важко підтримувати орієнтацію, через що роботи збиваються з курсу. Тепер, завдяки співпраці з професором Піджіном Кімом та його командою з Науково-технологічного інституту Кванджу (GIST), було знайдено рішення на основі віртуальної копії самого космосу.
Проблема з роботами в космосі
Міжнародна космічна станція (МКС) — складна лабораторія, але водночас і суворе місце для робототехніки. Такі роботи, як Astrobee, призначені для автоматизації рутинних завдань і звільнення астронавтів для дослідження, часто дезорієнтуються. Відсутність сили тяжіння означає, що традиційні інерціальні навігаційні системи, які покладаються на визначення нахилу відносно сили тяжіння Землі, стають ненадійними. Дрібні помилки накопичуються, що призводить до плутанини та потреби втручання людини — це дорогий збій, коли кожна хвилина запланована.
Основна проблема полягає в тому, що більшість навігаційних алгоритмів передбачає наявність гравітаційного відліку. У космосі це припущення не працює, залишаючи роботів фактично «загубленими» у трьох вимірах.
Рішення з цифровими близнюками
Команда професора Кіма вирішила цю проблему, створивши «цифрових двійників» — високоточні 3D-моделі інтер’єру МКС. Ці віртуальні простори — це не просто статичні креслення; це спрощені версії реального середовища, очищені від безладу, наприклад плаваючих предметів і кабелів. Робот порівнює дані своєї камери в реальному часі з цією бездоганною цифровою моделлю, відфільтровуючи візуальний шум і повторно калібруючи своє положення.
Цей підхід використовує Манхеттенське світове припущення, яке стверджує, що побудоване середовище складається переважно з ортогональних поверхонь (стін, підлоги тощо). Як тільки він зафіксується на цих структурах, робот тріангуляє своє положення з надзвичайною точністю. Команда зменшила середню кутову похибку лише до 1,43 градуса, цифра, яка залишається стабільною з часом, усуваючи потребу в втручанні людини.
Вихід за межі МКС: наслідки для наземної робототехніки
Наслідки виходять за межі дослідження космосу. Професор Кім зазначає, що цю технологію легко адаптувати до внутрішніх умов на Землі, де сигнали GPS ненадійні. Склади, фабрики та навіть густонаселені міські райони можуть скористатися системою візуальної навігації, яка не залежить від зовнішніх орієнтирів. Його опора на структурні візерунки робить його ідеальним для будівель, заповнених лініями та площинами.
Інноваційна екосистема NASA
Успіх цього проекту підкреслює роль NASA як тихого рушія розвитку комерційного космосу. У той час як приватні компанії, такі як SpaceX, привертають увагу, десятиліття накопиченого досвіду та таланту НАСА створюють основу для багатьох інновацій, які відбуваються сьогодні. Готовність агентства сприймати невдачі, інвестувати в довгострокові дослідження та віддавати пріоритет реальному впливу створює унікальне середовище для проривів.
Подорож професора Кіма від спеціаліста з дронів до дослідника космічної робототехніки ілюструє цю екосистему. Його стажування в дослідницькому центрі NASA Ames у поєднанні з поточною співпрацею демонструє, як агентство розвиває таланти та сприяє міждисциплінарним інноваціям.
На завершення Прорив цифрових близнюків NASA полягає не лише в орієнтації роботів у просторі; це свідчення потужності віртуального моделювання, адаптації до реальних умов і довгострокового зобов’язання агентства розширювати межі можливого. Ця технологія має потенціал трансформувати робототехніку як на Землі, так і в космосі.
