По заказу DARPA создаются многоцелевые модульные роботы для использования в космосе и опасных зонах на Земле. Доктор Вэй-Мин Шень и его команда из Университета Южной Калифорнии в прошлом году выиграли грант на их разработку в размере $ 1 млн. Теперь вместе с компанией NovaWurks они создали предсерийные образцы.

На Земле и за её пределами найдётся множество мест, куда сложно и опасно отправлять людей. Всё больше задач в наше время решаются роботами. Они осваивают профессии сапёра, разведчика, водолаза, пожарного, спасателя, астронома-наблюдателя, вулканолога и множество других. Проблема лишь в том, что в случае поломки робота тоже придётся кому-то ремонтировать, и хорошо, если это можно сделать где-то в спокойной обстановке.

Демонстрация модульных роботов SuperBot.
Демонстрация модульных роботов SuperBot.

В открытом космосе такого места просто не найти. Любые внеплановые работы на орбите и на других планетах не просто сопряжены с высоким риском, но и требуют огромных затрат, что часто делает их невозможными. Потерян уникальный модуль «Розетта», не сумевший закрепиться на комете из-за дефектного пиропатрона в опоре. Марсоход Spirit навсегда застрял в красных дюнах, а другой старый ровер – Opportunity – вспахивает Марс заблокированным колесом.

Телескоп «Хаббл» расположен куда ближе, поэтому на его ремонт в НАСА и ЕКА всё-таки отважились. Он потребовал всего-то трёхлетней подготовки и одиннадцать суток чистого времени на замену неисправных модулей. Семь членов экипажа рисковали жизнью ради того, что роботизированная орбитальная обсерватория продолжила делать лучшие астрофотографии.

Как бы здорово было научить роботов ремонтировать и переделывать себя самостоятельно – хотя бы на уровне элементарного самообслуживания и замены основных модулей. Именно на это и направлен проект Phoenix Агентства перспективных оборонных научно-исследовательских разработок США.

Он разбит на три этапа. Первый подразумевает разработку технологии продления сроков эксплуатации космических активов, особенно спутников, находящихся на геостационарной орбите. Для этого создаются манипуляторы (вроде Canadarm, но гораздо меньше) и другие роботизированные механизмы ремонта, частично избавляющие от необходимости выхода астронавтов в открытый космос. Автоматические платформы смогут ремонтировать актуальные спутники, используя для этого взаимозаменяемые части старых.

Второй этап нацелен на создание модульной архитектуры роботизированных спутников, которые смогут обслуживать и ремонтировать себя десятилетиями без отправки материалов с Земли. Каждый модуль будет массой около семи килограмм. В нём будет либо базовый набор элементов, либо комплекс специализированных узлов для ремонта и замены других.

Третий этап предусматривает орбитальную систему доставки. По замыслу это будет некий стандартизированный механизм, предназначенный для безопасного и более дешёвого выполнения широкого спектра работ на орбите.

Перспективная платформа SHERPA для размещения спутников на разных орбитах (изображение: spacenews.com).
Перспективная платформа SHERPA для размещения спутников на разных орбитах (изображение: spacenews.com).

Пока группа Вэй-Мин Шеня работает над первым этапом. Недавно они продемонстрировали серию реконфигурируемых роботов серии SuperBot. Пока это ранний прототип, но он уже успешно выполняет большинство требуемых функций: произвольное совмещение блоков, их взаимозаменяемость, формирование общей электрической и информационной сети, приём и передачу данных.

Реклама на Компьютерре

Каждый модуль называется Starlet. Его приблизительные размеры составляют 13 x 6,5 x 6,5 см. Внутри него находится источник питания, контроллер, набор датчиков и исполнительных устройств, а также средства беспроводной связи: ИК-порт, Blueetoth и приёмопередатчик УКВ диапазона. «На больших расстояниях они используют для связи коротковолновое радио, но тут же переключаются на более эффективные беспроводные интерфейсы, оказавшись в радиусе досягаемости. Соседние старлеты общаются между собой перемигиванием в ИК-диапазоне».

В отдельных старлетах может быть своя специфическая начинка, но внешний дизайн при этом останется полностью идентичным. На каждой из шести граней расположен универсальный разъём для подключения к другим модулям, поэтому они могут собираться в структуры практически любой формы и масштаба. Уже два года назад каждый старлет был способен выполнять три типа движения: наклон, поворот и качение в выбранном направлении.

Вэй-Мин Шень утверждает, что вскоре можно будет забросить сотню таких «суперботов» в пустыню, где они смогут самостоятельно собраться (например, в мини-ровер) и перемещаться, передавая собранные данные. Встретив на пути высокую дюну или другое сложное препятствие, агломерат «суперботов» изменит форму – к примеру, отрастит ноги или вовсе превратится в большой шар.

Вот только если NASA думает о марсианских пустынях и научных исследованиях, то DAPRA интересуют в первую очередь пустынные регионы «недостаточно демократизированных государств» и сбор разведданных.

Проект SuperBot постоянно развивался на протяжении последних девяти лет. Текущая версия программного обеспечения доросла до номера v.2000. Весь софт написан в основном на Cи с использованием вставок кода на Ассемблере. Текущая демонстрация – уже пятый релиз «суперботов» в железе. Взгляните на один из ранних прототипов, созданный семь лет назад.

«Особенность наших роботов в том, что они лишены единого управляющего центра, – комментирует Вэй-Мин Шень. – Это повышает живучесть всей системы и делает взаимозаменяемыми не только сами модули, но и их отдельные части». Например, если универсальный разъём с одной стороны повреждён, то модуль подключится к соседнему с помощью другой, а дефектная грань может быть использована в качестве опоры.

Ожидается, что такие модульные орбитальные роботы будут реконфигурируемые, интеллектуальные и максимально самодостаточные. Это позволит расширять их сферы применения без выполнения ручных манипуляций на орбите или в зоне боевых действий.

Модульные роботы серии SuperBot легко меняют форму.
Модульные роботы серии SuperBot легко меняют форму.

Из-за ограничений секретности разработчики пока не могут сообщить множество интересных деталей. Они отказываются называть как точные характеристики модулей, так и разглашать производственные сведения, вроде объёмов и сроков выполнения первых заказов. Однако по источники издания NBC News сообщают, что первая партия «суперботов» будет изготовлена уже в этом году.

Примечание: в статье приводятся фотографии прототипов серии SuperBot разных лет (источник: viterbi.usc.edu). Изображения последних релизов в открытой печати отсутствуют по условиям контракта разработчиков с DARPA.