Учёные из Сколтеха представили концепцию модульного марсохода. В её основу положен принцип кооперативной робототехники: аппарат разделяется на четыре двухколёсных робота, которые могут функционировать независимо или состыковываться в разных комбинациях.
В своей статье в журнале Acta Astronautica научный коллектив показывает, что модульный дизайн в разы увеличит время активной работы на Марсе, а значит, и количество собранной информации об истории планеты, её обитаемости и наличии следов жизни и воды.
«Группа роботов, вертолёт Ingenuity и марсоход Perseverance, уже используются НАСА на Марсе. Такая схема даёт возможность задействовать преимущества каждого агента гетерогенной системы. Например, беспилотный вертолёт, обладая высокой скорость и возможностью обозревать пространство с высоты, позволяет планировать движение тихоходного мобильного робота», — рассказывает Дмитрий Тетерюков, доцент Сколтеха, руководитель Лаборатории интеллектуальной космической робототехники.
Однако с тех пор как в 1997 году на Марс впервые успешно приземлился мобильный исследовательский аппарат — запущенный НАСА Sojourner — основное устройство планетоходов не сильно изменилось: в частности, вся научная аппаратура перемещается на шестиколёсном мобильном роботе. Однако работающие в области групповой робототехники учёные предполагают, что за время одной миссии на Марс можно получить больше результатов, если отправить на Красную планету несколько роботов размером поменьше, которые оснащены разным оборудованием и могут как разъезжаться в разных направлениях, так и состыковываться для выполнения более сложных задач.
«Рой двухколёсных роботов способен объединить усилия, например, для исследования поверхности либо перемещения массивных объектов. Вместо того чтобы отправлять тяжёлый и энергозатратный марсоход, исследовательскую миссию можно выполнить используя уникальный набор двухколёсных роботов, каждый из которых несёт на борту свой инструмент — например, георадар, или спектрометр, или оборудование для сбора проб. А формируя связанную цепочку, роботы станут способны транспортировать тяжёлые или крупногабаритные объекты», — говорит Тетерюков.
Первый автор статьи, аспирант Сколтеха Александр Петровский уточняет: «По сути, мы решали задачу по оптимизации: как добиться наибольшего времени работы и покрыть максимальное расстояние, не раздув донельзя бюджет. Оказалось, что шестиколёсный планетоход — не лучшее решение. По нашим расчётам, оптимальный вариант — это четыре двухколёсных аппарата. У каждого на борту — разные инструменты, и лишь критическая полезная нагрузка продублирована во всех четырёх модулях».
Решение предполагает, что даже в случае выхода из строя трёх роботов последний, четвёртый сможет продолжить выполнять часть исследовательских задач в одиночку, передавать информацию на Землю и к моменту полного завершения миссии будет достигнут больший прогресс. В то же самое время некоторые действия — например, хватание образцов грунта — требуют повышенной устойчивости. Для этого два робота могут пристыковаться друг к другу.
«Вообще, риск перевернуться — это основной недостаток, и по остальным рассмотренным нами параметрам группировка из четырёх роботов смотрится выигрышно или по крайней мере не особенно уступает стандартному марсоходу, — добавляет Петровский. — И даже в этом смысле двухколёсные роботы довольно сильно „шагнули“ вперёд, так что неустойчивость — это уже не такая большая проблема, как раньше».
По словам учёных, технологии кооперативной робототехники, которые разрабатываются для Марса, могут пригодиться и на Луне, и даже на Земле. Группировки подобных двухколёсных роботов можно, например, использовать для мониторинга роста сельхозкультур и обнаружения вредителей и больных растений. «Мы уже проводили испытания на полях в Краснодарском крае — в июле 2021 года», — рассказывает Петровский. Модульный подход можно применить и к поисково-спасательным роботам.
«Технологии искусственного интеллекта, управляющие роем мобильных роботов, позволят перейти на новый технологический уровень исследования и освоения планет. Важным преимуществом использования архитектуры роя роботов станет и возможность создания марсианского интернета на основе mesh-сетей для надёжной передачи собранных данных, в том числе с целью построения точной карты поверхности Марса», — дополняет Тетерюков.