Un equipo de investigación de la ESA, el Centro Aeroespacial Alemán DLR y la industria y el mundo académico europeo ha desarrollado una técnica que permite a los astronautas en órbita controlar los rovers que exploran las superficies planetarias y que culminó con una sesión de rover con base en la Tierra comandada desde la Estación Espacial Internacional (ISS).
Un artículo publicado en la prestigiosa revista Science Robotics esta semana detalla sus resultados. “Esta es la primera vez que un astronauta en el espacio logra controlar un sistema robótico en tierra de una manera tan inmersiva e intuitiva”, comenta Aaron Pereira de DLR.
“Nuestra interfaz de control incorpora retroalimentación de fuerza para que el astronauta pueda experimentar exactamente lo que siente el rover, incluso hasta el peso y la cohesión de las rocas que toca. Lo que esto hace es ayudar a compensar cualquier limitación de ancho de banda, mala iluminación o retraso de la señal para dar una sensación real de inmersión, lo que significa que el astronauta se siente como si estuviera allí en la escena”.
El ingeniero en robótica Thomas Krueger, al frente del Laboratorio de Interacción Humano-Robot de la ESA, indica que ”hemos estado trabajando en el concepto de que los humanos se mantengan seguros y cómodos en órbita alrededor de la Luna, Marte u otros cuerpos planetarios, pero estando lo suficientemente cerca para la supervisión directa de los rovers en la superficie, combinando las fortalezas humanas de flexibilidad e improvisación con un robot robusto y diestro en el lugar para llevar a cabo sus comandos con precisión”.
Un equipo del Laboratorio HRI de la ESA y el Centro de Robótica y Mecatrónica de DLR colaboraron en una serie de pruebas cada vez más complejas, primero en la Tierra y luego extendiéndose a la órbita.
“Al final, necesitábamos realizar experimentos de viabilidad desde el espacio porque investigaciones anteriores muestran que la ingravidez puede degradar el desempeño humano durante las tareas de fuerza y movimiento”, agrega Krueger. «Este y otros factores ambientales únicos significaron que las simulaciones basadas en la Tierra no serían suficientes».
Sus esfuerzos culminaron en la primera parte del experimento Analog-1 a finales de 2019. El astronauta Luca Parmitano a bordo de la ISS operó el rover Interact de la ESA equipado con pinzas en un entorno lunar simulado dentro de un hangar en Valkenburg, Países Bajos, para estudiar rocas y recolectar muestras. La prueba espacio-Tierra de dos horas fue un éxito, superando un retraso de señal bidireccional de más de 0,8 segundos en promedio y una tasa de pérdida de paquetes de datos de más del 1%.
Resolviendo el factor tiempo
“Aunque la ISS está en órbita a solo 400 kilómetros de altura, sus señales se transmiten a la Tierra a través de satélites de telecomunicaciones geoestacionarios y luego a Europa desde Texas a través de un cable transatlántico”, explica Aaron Pereira.
“Nuestro equipo en DLR tuvo que diseñar un algoritmo de control que pudiera funcionar de manera estable a pesar de este retraso. Debido a que hay un retraso en la retroalimentación de fuerza recibida por el operador es posible que continúe moviendo el robot aún más después de que haya golpeado una roca. Esto podría llevar a que el robot se desincronice con su controlador, potencialmente vibre como loco, tal vez incluso dañándose a sí mismo.
“Para evitar que eso suceda, usamos un concepto llamado ‘pasividad’: observamos la cantidad total de energía que pone un operador y, en el lado remoto, nos aseguramos de que el robot nunca entregue más energía que esa, y viceversa. Como cuando empujas a un niño en un columpio, nunca irá más alto que el primer columpio, y con la fricción se balanceará gradualmente más y más bajo”.
“Entonces, por ejemplo, cuando el brazo del robot se está moviendo y de repente golpea una roca, se necesitaría energía adicional para moverse que el astronauta no ordenó, por lo que reducimos la energía de comando de una vez para ralentizar el brazo. Luego, después del retraso de 850 microsegundos, cuando el astronauta siente la roca, puede elegir agregar la energía adicional para empujarla.
«Esta técnica de ‘Enfoque de pasividad en el dominio del tiempo para retrasos elevados’ es muy intuitiva en la práctica y también debería poder funcionar bien con tiempos de retraso más altos», concluyó.
