SPHERES – chytré koule na ISS

spheres zdroj:nasa.gov

V roce 1999 profesor David Miller na MIT (Massachusetts Institute of Technology) pustil na první hodině studentům pasáž ze Star Wars, kde je Luke Skywalker obklopen vznášejícími se droidy. Pak jim zadal úkol, při kterém se měli pokusit něco podobného vytvořit sami.
Studenti MIT s podporou vojenské agentury DARPA a NASA vytvořili samostatné roboty velikosti volleyballového míče, které uměly manévrovat v prostředí mikrogravitace a vzájemně spolu komunikovat. Navíc měly i senzory snímající intenzitu světla a zvuku. Testy se prováděly na letounu, který pomocí letu po parabolické dráze simuluje prostředí beztíže. Roboty byly nazvány SPHERES (koule).

SPHERES test v letadle zdroj:nasa.gov

SPHERES test v letadle
zdroj:nasa.gov

Na ISS se první tři exempláře podívaly v roce 2006, kde s nimi astronauti prováděli první testy. Za tu dobu se stačily SPHERES naučit ovládat své pohyby, takže dnes zvládnou i lehké akrobatické variace ve formacích. Od svého příchodu opanovaly SPHERES modul Destiny, ale jak to vypadá, začínají se vydávat i do dalších částí ISS, zejména japonského modulu Kibo, kde je hodně prostoru na provádění různých pokusů. Ruský segment jim je zatím zapovězen kvůli možnému rušení infračervenými čidly (jejich funkce bude vysvětlena níže). V budoucnu pomohou se servisními činnostmi a zbaví astronautů některých rutinních úkolů, jako jsou různé vizuální kontroly stanice.

video je pochopitelně zrychlené, což je poznat dle pohybu astronautů i rychlosti spořiče na notebooku vpravo. zdroj:youtube.com

SPHERES mají podobu osmnáctistěnu 20 cm v průměru a hmotnosti 3,5 kg.  Jejich pohyb je zajištěn pomocí vypouštění CO2 z malých trysek. Tento plyn se musí do robůtků doplňovat. Kromě autonomního pohybu mají i navigační schopnosti. To znamená, že každá koule ví, kde se na stanici nachází, navíc má v sobě zabudované kamery. Po přípojení k počítači dokáží koule odeslat natočené video. Systém orientace nepoužívá GPS, ale zjišťuje svou polohu pomocí senzorů. Jednak používá ultrazvuková a infračervená pulsní čidla a také akcelerometry a gyroskopy. To všechno ovládá software (Nolet 2007), který jednak zabraňuje kolizím, pak pomáhá se synchronizováním pohybu s dalšími koulemi a také má v sobě zjednodušenou virtuální mapu stanice. Ta se neustále zlepšuje v koordinaci s programátory na Zemi. Ti také odstraňují problémy, které vývoj takovéhoto zařízení provází. Například bylo nutné provést výrazné korekce v nastavení ultrafialových čidel, jelikož odhadovaná a skutečná pozice se díky nim dost lišila.

Díky předvídavosti studentů jsou na koulích i další rozšiřující porty, na které je možné připojit další zařízení. Toho v prosinci 2011 s výhodou astronauti využili. Společnost Google společně s NASA upravila několik telefonů Samsung Nexus S, které byly vyneseny na ISS. Těmto telefonům chybí například GSM modul, aby se zabránilo rušení elektroniky na stanici signálem GSM, musely se též vyměnit li-ion baterie za alkalické. Pak teprve získaly od NASA certifikaci pro provoz na ISS.

SPHERES s připojeným mobilem NEXUS-S zdroj:nasa.gov

SPHERES s připojeným mobilem NEXUS-S
zdroj:nasa.gov

Připojení mobilu rozšířilo dále možnosti SPHERES, které nyní mohou využívat všechny funkce, které telefon nabízí včetně přímého přenosu videa v reálném čase pomocí wi-fi do staničního počítače, odkud je možný jeho přenos na Zemi. SPHERES je možné pomocí stejného vybavení ovládat a to jak ze staničních notebooků, tak i z pozemního střediska.

Užitečnou práci, kterou mohou nyní tyto robůtci zastat, si asi dokážete představit. Řídíci středisko si může samo prohlédnout kteroukoliv část stanice a nemusí kvůli tomu létat po ISS astronaut s kamerou. Snad se časem dočkáme i pravidelných záběrů ze SPHERES na NASA TV. Astronauti mohou pomocí koule komunikovat spolu navzájem nebo s pozemním střediskem.
Do budoucna se počítá s jejich nasazením i mimo stanici, což si vyžadá jejich úpravy nebo vyslání dalších pokročilejších typů. Takže nás čekají zajímavější záběry z výstupů do volného kosmu. Ovšem těch výstupů bude díky SPHERES, ale například i Robonautovi, méně. SPHERES mohou pomoci s monitorováním prostoru, který postihne nějaká porucha nebo havárie a to dokonce jak hermetizovaného, tak i nehermetizovaného. Ve vzdálenější budoucnosti mohou být SPHERES součástí výprav k asteriodům nebo i dál.

Každý rok přibližně na konci ledna se pod patronací MIT koná soutěž studentů Zero Robotics SPHERES Challenge. Ti dostanou úkol, který si nejprve vyzkouší ve virtuálním světě. Později ty nejúspěšnější čeká ostrý boj přímo na palubě ISS. Ne snad, že by tam studenti fyzicky letěli, pouze dostanou přidělenou jednu SPHERu, se kterou pak soutěží.  Třikrát se konala soutěž za účasti studentů z amerických univerzit. Vloni již přizvali své kolegy z Evropy. Pokusně pouze z Berlína a Turína.

Úkolem soutěže byla těžba nerostů na virtuálním asteroidu. Studenti museli vymyslet algoritmy, které by robůtkům takový úkol pomohly splnit. Sekvence příkazů se odeslaly do robota, a pak už je nebylo možné měnit. Jednotlivé závody se odehrávaly v japonském modulu Kibo. Týmy získávaly body za plnění jednotlivých částí mise a navíc mohli jak bránit ostatním týmům, tak ale s nimi spolupracovat. V případě úspěchu pak získávali společné body.
Nakonec v souboji vyhrála aliance týmů z Evropy.

Američtí studenti mohli pozorovat celý průběh soutěže přes NASA TV ze střediska MIT v Cambridge. Evropané se shromáždili v ESA ESTEC centru v Noordwijku v Nizozemí. Spolu se studenty sledovali soutěž i astronauti, kteří se podíleli na projektu SPHERES.

Zleva Kevin Ford a Tom Marshburn při Zero Robotics SPHERES Challenge 2013 zdroj:esa.int

Zleva Kevin Ford a Tom Marshburn při Zero Robotics SPHERES Challenge 2013
zdroj:esa.int

I letos se konala  soutěž Zero Robotics SPHERES Challenge. Tentokrát to bylo pátek 11.1.2013. Opět byly připraveny týmy v americkém MITu a evropském ESTECu. Na ISS odnesli astronauti Kevin Ford a Tom Marshburn SPHERES do modulu Kibo. Naordinovali jim základní program pro synchronizované udržovaní stejné vzájemné polohy vůči sobě a stanici. Pak už se křemíkové mozky SPHERES plnily algoritmy soutěžních týmů. Úkol byl tentokrát poměrně aktuální. SPHERES musely pomocí výronů plynu ze svých manévrovacích trysek vytvořit mračno, o jehož rychle letící částice se měl zabrzdit virtuální kosmický odpad letící po polární dráze. V reálu by se tak měl zpomalit a postupně snižovat svoji výšku, až by zaniknul v atmosféře. Odpad byl sice jen virtuální, zato soupeřův mrak virtuální nebyl a bylo se mu třeba vyhnout. Nakonec byl v boji úspěšnější stejně jako vloni evropský tým, či spíše evropská aliance složená ze tří spolupracujících týmů.

Zdroje informací:
http://forum.kosmonautix.cz/viewtopic.php?f=24&t=445
http://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/news/zero_robotics.html
http://www.esa.int/Our_Activities/Human_Spaceflight/Education/Game_on_European_student_codes_reach_Space_Station
http://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/SPHERES.html
http://www.zerorobotics.org

Zdroje obrázků:
http://www.nasa.gov/images/content/461081main_iss018e005214_226.jpg
http://www.nasa.gov/images/content/461077main_spheres_testing_226.jpg
http://www.nasa.gov/images/content/567752main_226_phone_on_blue.jpg
http://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2013/01/spheres_robots_on_the_space_station/12479135-1-eng-GB/Spheres_robots_on_the_Space_Station_large.jpg

Pin It
Nahlásit chybu

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

GD Star Rating
loading...
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


Zanechte komentář