„Najbardziej płaska podłoga w Europie” ESA: jak ORBIT w Holandii trenuje roboty i ludzi do życia bez grawitacji
Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) w styczniu 2026 roku opublikowała wyniki jesiennych testów w swoim Orbitalnym Laboratorium Robotyki (ORL) w holenderskim ESTEC, gdzie trzy zespoły studenckie z Europy wypróbowały technologie do przyszłych zadań kosmicznych: autonomiczne „pełzanie” ramienia robotycznego po konstrukcjach, eksperyment neuronaukowy z udziałem ludzi oraz chwytanie obiektów za pomocą chwytaka inspirowanego gekonem.Testy przeprowadzono na ORBIT, platformie, która w dwóch wymiarach naśladuje stan nieważkości: system „lewitujących” platform ślizga się po ultrapłaskiej podłodze, bez tarcia, dzięki łożyskom powietrznym. Takie środowisko pozwala na sprawdzenie algorytmów sterowania, mechanizmów robotycznych i interakcji człowieka z „mikrograwitacją” na Ziemi, zanim kosztowny sprzęt trafi na orbitę, gdzie błędy mogą oznaczać utratę misji.
Czym jest ORBIT i dlaczego „płaskość” jest kluczowa
ORBIT to centralna infrastruktura ORL w ramach centrum technicznego ESA ESTEC w Noordwijk. ESA opisuje go jako ultrapłaską podłogę o powierzchni około 43 metrów kwadratowych (około 4,8 na 9 metrów), przy czym różnica między najniższym a najwyższym punktem jest mniejsza niż jeden milimetr. W opisie technicznym podano, że całkowite odchylenie płaskości jest mniejsze niż 0,8 milimetra (z tolerancją), a maksymalne nachylenie mniejsze niż 0,3 milimetra na metr, co jest standardem wymaganym dla niezawodnej dynamiki „swobodnego unoszenia się” bez ukrytego wpływu nachylenia lub nierówności na ruch platformy.
Na ORBIT wykorzystywane są platformy z łożyskami powietrznymi: poduszka powietrzna tworzy stabilną szczelinę powietrzną, cieńszą niż ludzki włos, dzięki czemu platforma porusza się prawie bez żadnego tarcia, podobnie jak stół do cymbergaja. W praktyce oznacza to, że instrument, ramię robotyczne lub siedzenie z ludzkim uczestnikiem na platformie zachowują się tak, jakby były w stanie nieważkości, ale z ograniczeniem do płaszczyzny: dwóch wymiarów translacyjnych i jednego rotacyjnego. Do weryfikacji ruchu ORBIT jest wyposażony również w system śledzenia optycznego (VICON), który dostarcza dane referencyjne o położeniu i prędkości obiektów w przestrzeni, co jest ważne dla porównania zachowania algorytmów z „prawdą” pomiarową.
ESA wykorzystuje takie laboratorium do szerokiego spektrum działań z zakresu robotyki orbitalnej oraz naprowadzania, nawigacji i sterowania (GNC), w tym badań nad aktywnym usuwaniem śmieci kosmicznych, serwisowaniem satelitów na orbicie i wizji montażu dużych konstrukcji w kosmosie. Kluczem jest to, że na Ziemi, w kontrolowanym środowisku, można realistycznie sprawdzić systemy, które na orbicie muszą pracować w pobliżu innych obiektów, z bardzo małymi prędkościami względnymi i bez oparcia o podłoże.
Program, który otwiera studentom drzwi do „prawdziwych” laboratoriów kosmicznych
Trzy projekty trafiły do ORL poprzez ESA Academy Experiments Programme, coroczny program edukacyjny skierowany do studentów studiów licencjackich, magisterskich i doktoranckich z krajów uprawnionych do udziału. ESA podkreśla, że program prowadzi zespoły przez całą ścieżkę rozwoju projektu – od koncepcji i projektu po operacje i analizę danych – z naciskiem na przemysłowe praktyki inżynieryjne, zarządzanie projektem, redukcję ryzyka i strategie finansowania. Program obejmuje również formalne fazy (od zapoznania i edukacji po konsultacje, selekcję, przeprowadzenie kampanii i publikację wyników).
Oprócz ORL program otwiera się również na inne platformy w zależności od edycji: od lotów parabolicznych i wież zrzutowych po wirówki, eksperymenty na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej oraz misje takie jak Space Rider. W cyklu rozpoczętym w 2025 roku ESA skierowała część projektów właśnie na loty paraboliczne i ORL, a po ewaluacji wybrano pięć zespołów – trzy do ORL i dwa do kampanii mikrograwitacyjnych w samolocie.
SKYWALKER: ramię robotyczne, które uczy się „chwytać” i ciągnąć własną bazę
Duński zespół SKYWALKER z Uniwersytetu w Aalborgu przybył do ORL z naciskiem na autonomiczne poruszanie się ramienia robotycznego w mikrograwitacji przy zastosowaniu uczenia przez wzmacnianie (reinforcement learning). Pomysł jest prosty do opisania, ale wymagający w realizacji: robot musi znaleźć punkt podparcia na konstrukcji, chwycić się go, a następnie „pociągnąć” własną lewitującą bazę, aby przemieścić się na nową pozycję. Obecnie takie „pełzające” ruchy robotów po strukturach w kosmosie są z reguły programowane z wyprzedzeniem; celem, według wyjaśnień członków zespołu, jest wykazanie, że system może się uczyć i adaptować, co w dłuższej perspektywie zwiększyłoby autonomię robotów w zadaniach montażu i konserwacji dużych struktur kosmicznych.
Według ESA, SKYWALKER został wybrany w ramach programu w lutym 2025 roku, a kampania testowa w ORL odbyła się pod koniec września 2025 roku. Zespół w laboratorium umieścił ramię robotyczne na lewitującej platformie MANTIS, połączył system z VICON-em, a następnie oddzielnie sprawdził dwa algorytmy. Pierwszy algorytm miał pozwolić ramieniu samodzielnie wykryć punkt chwytu i „zakotwiczyć się”, podczas gdy drugi – technicznie bardziej wymagający – miał koordynować ruch ramienia i bazy, tak aby platforma przesuwała się, gdy ramię jest zahaczone.
Członek zespołu Rasmus Kristiansen zaznaczył, że pierwsza część była skierowana na autonomiczne znajdowanie i chwytanie punktu podparcia, podczas gdy druga część – ciągnięcie bazy ruchem ramienia – w rzeczywistym środowisku laboratoryjnym wykazała różnice w stosunku do symulacji komputerowych. Właśnie to „zderzenie z rzeczywistością” jest jednym z powodów, dla których ESA podkreśla wartość ORBIT: symulacje często zakładają idealne warunki, podczas gdy w laboratorium istnieją ograniczenia czujników, opóźnienia w systemie, tolerancje w mechanice i drobne różnice w interakcji platformy z podłożem, które mogą „zniekształcić” oczekiwany wynik.
Pomimo problemów z drugim algorytmem ESA podaje, że zespołowi udało się zademonstrować pełną sekwencję „pełzania” poprzez połączenie ruchu ramienia i platformy, oraz że studenci zidentyfikowali przyczynę odchyleń i opracowali plan dopracowania po powrocie na uczelnię. W oficjalnym podsumowaniu ESA wspomniano również, że projekt nadal postępował po kampanii, w tym fakt, że jeden niedawny absolwent przejął pracę nad projektem w pełnym wymiarze godzin, co świadczy o przejściu pracy studenckiej w poważniejszy kierunek badawczo-rozwojowy.
V-STARS: pierwszy eksperyment z udziałem ludzi na ORBIT
Podczas gdy SKYWALKER skupiał się na autonomii robotycznej, brytyjski zespół V-STARS (Birkbeck, University of London i University of Kent) otworzył ORBIT na neuronaukę i fizjologię człowieka. ESA podaje, że był to pierwszy eksperyment na ORBIT, który obejmował ludzkich uczestników, a skupiał się na związku między układem przedsionkowym (częścią ucha wewnętrznego kluczową dla równowagi) a percepcją pionu w warunkach mikrograwitacji.
Według opisu zespołu w eksperymencie wzięło udział łącznie 22 uczestników. Uczestnik siedzi na krześle przymocowanym do lewitującej platformy, nosi gogle VR i ma umieszczone małe elektrody za uchem. Platforma jest następnie powoli popychana po ultrapłaskiej podłodze w losowych kierunkach, podczas gdy elektrody wysyłają łagodne sygnały stymulujące układ przedsionkowy. W widoku VR uczestnik widzi prostą linię, a badacze sprawdzają poczucie pionowości, pytając uczestnika, czy widzi linię jako całkowicie pionową, czy lekko nachyloną.
Kluczową koncepcją, na której buduje V-STARS, jest przedsionkowy rezonans stochastyczny: zjawisko, w którym kontrolowany „szum” może zwiększyć czułość układu zmysłowego. Zespół bada, czy takie podejście może poprawić percepcję i potencjalnie przyspieszyć adaptację do mikrograwitacji, co w misjach kosmicznych wiąże się z bezpieczeństwem i wydajnością załogi, zwłaszcza w pierwszych dniach pobytu na orbicie.
ESA w osobnym komunikacie podaje, że V-STARS został wybrany w lutym 2025 roku oraz że przed samą kampanią zespół musiał uzyskać zgody etyczne w Wielkiej Brytanii i autoryzację komisji medycznej ESA. Kampania, według ESA, trwała dwa tygodnie, a przetestowano ponad 20 uczestników, po czym zespół wrócił na uczelnie, aby przeanalizować wyniki.
Dla ORL był to ważny krok organizacyjny: laboratorium tradycyjnie kojarzone z robotyką i systemami chwytania/serwisowania satelitów musiało wprowadzić procedury odpowiednie do pracy z ludźmi, od protokołów bezpieczeństwa po integrację sprzętu takiego jak systemy VR i stymulacja układu przedsionkowego. Członkini zespołu Milena da Silva Baiao zaznaczyła, że integracja eksperymentu w nowym środowisku była wyzwaniem, ale i cennym doświadczeniem dla studentów i zespołu laboratoryjnego.
GRASP: inspirowany gekonem „lepki” chwytak dla niekooperujących celów
Włoski zespół GRASP z Uniwersytetu Sapienza w Rzymie przybył do ORL z problemem, który staje się coraz ważniejszy na orbitach wokół Ziemi: jak bezpiecznie podejść do obiektu, który „nie współpracuje”, i chwycić go bez wywoływania niekontrolowanego momentu obrotowego lub odpychania. Takie scenariusze obejmują śmieci kosmiczne, ale także satelity, które trzeba serwisować, przekierować lub przygotować do kontrolowanego usunięcia z orbity.
GRASP to skrót od Gecko Rendezvous Autonomous System and Pincher. Zespół, który według ESA skupia 14 studentów o różnych profilach (od inżynierii lotniczej i robotyki po sztuczną inteligencję), opracował płaski manipulator robotyczny z „mackami” i podkładkami z materiału naśladującego adhezję gekona. W opisie ESA podano, że adhezja opiera się na mikroskopijnych strukturach, które pod wpływem lekkich sił ścinających nawiązują kontakt i wytwarzają siły Van der Waalsa, bez potrzeby użycia kleju czy chwytaków próżniowych, a z możliwością wielokrotnego aktywowania i zwalniania.
W głównym komunikacie ESA członek zespołu Stefano De Gasperin wyjaśnia, że ich eksperyment symulował mały pojazd zbliżający się do obiektu i chwytający go za pomocą chwytaka mackowego z podkładkami adhezyjnymi. Lorenzo Di Filippo podaje, że ramię robotyczne było zamontowane na jednej lewitującej platformie, podczas gdy cel – w demonstracji opisany jako żółty obiekt – znajdował się na drugiej. Najpierw system miał autonomicznie znaleźć cel i zbliżyć się, korzystając z czujników na samej platformie, a następnie „macki” owinęły się wokół obiektu i przyciągnęły go bliżej, naśladując początkową fazę chwytania na orbicie.
W przeciwieństwie do SKYWALKER, gdzie główną historią było przejście algorytmu z symulacji do sprzętu, GRASP musiał zoptymalizować również mechanikę dotyku: ile siły może zastosować, jak uniknąć odepchnięcia celu i jak mierzyć skuteczność chwytu. ESA w raporcie z kampanii podaje, że testy odbyły się w listopadzie 2025 roku oraz że zespół, obok wyzwań sprzętowych, musiał zarządzać interfejsami i komunikacją sieciową w laboratorium. Mimo to przeprowadzono zaplanowane testy, a wyniki chwytaka oceniono jako obiecujące, choć skuteczność różniła się w zależności od typu celu, co jest oczekiwane dla technologii na wczesnym etapie rozwoju.
Szerszy kontekst: od „płaskiej podłogi” do złożonych misji na orbicie
Choć ORBIT na pierwszy rzut oka wygląda jak podłoga laboratoryjna i kilka platform, które „ślizgają się”, jego rola polega na połączeniu trzech poziomów weryfikacji: teorii i symulacji, testów naziemnych z realnymi ograniczeniami oraz ostatecznie zastosowania w kosmosie. W dziedzinie robotyki orbitalnej, gdzie wykonuje się precyzyjne manewry blisko innych obiektów, każdy milimetr i każda milisekunda opóźnienia mogą być kluczowe.
Porównywalnie zainteresowanie technologiami takimi jak autonomiczne „pełzanie” po dużych konstrukcjach rośnie wraz z planami budowy coraz większych systemów na orbicie: od platform serwisowych po konstrukcje, które byłyby montowane w kosmosie, gdzie ograniczenie wymiarów startu rakietowego jest jedną z głównych przeszkód. W tym sensie cel SKYWALKER – robot samodzielnie przemieszczający się po strukturze – nie jest tylko ćwiczeniem akademickim, ale potencjalnym elementem budulcowym dla przyszłych systemów montażu i konserwacji.
Z drugiej strony adhezyjny chwytak GRASP celuje w problem, który już dziś obciąża społeczność kosmiczną: wzrost ilości śmieci i potrzebę niezawodnego chwytania niekooperujących obiektów. ORL jest, według opisów ESA, jednym z laboratoriów, w których takie mechanizmy można sprawdzić w realistycznych warunkach „swobodnego unoszenia się”, zanim zacznie się myśleć o demonstracjach na orbicie.
V-STARS pokazuje z kolei, że „analog mikrograwitacyjny” można wykorzystać również dla człowieka: jak zmieniają się strategie percepcyjne, gdy ciało nie może polegać na grawitacji jako stałym punkcie odniesienia. W misjach załogowych jest to kwestia wchodząca w domenę bezpieczeństwa pracy i wydajności operacyjnej, od poruszania się po module po wykonywanie precyzyjnych zadań w pierwszych dniach lotu.
„Kreatywne pomysły stają się rzeczywistością”: co ESA podkreśla jako wynik
Kierownik ORL Marti Vilella w podsumowaniu kampanii przez ESA przekazał, że w laboratorium widzi, jak studenci przychodzą z odważnymi koncepcjami, a wychodzą po tym, jak sami osiągnęli ambitny i unikalny wynik. Według jego słów takie projekty to nie tylko krok technologiczny, ale i trampolina do kariery zawodowej.
Koordynatorka programu Laura Borella podkreśliła, że ESA Academy Experiments Programme towarzyszy zespołom od koncepcji i projektu po testy i wykonanie w zaawansowanych placówkach związanych z badaniem grawitacji, przy stałym mentoringu ekspertów ESA. Szczególnie zaznaczyła, że program nie jest zamknięty tylko dla STEM, ale jest otwarty dla studentów o różnych profilach – od projektowania i psychologii po komunikację i biznes – ponieważ interdyscyplinarność często poprawia użyteczność, jakość i zasięg projektów.
Dla ESA jest to również sposób na przetestowanie świeżych pomysłów w realnym środowisku, ale także na stworzenie nowego pokolenia inżynierów i badaczy, którzy rozumieją, jak projekty kosmiczne są opracowywane, dokumentowane i prowadzone przez ryzyka. A dla studentów ORBIT to rzadkie miejsce, gdzie różnica między „działało w symulacji” a „działa na sprzęcie” jest widoczna natychmiast – i gdzie pod okiem mentorów można ją przekuć w kolejny krok rozwoju.
Źródła:- Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) – raport o trzech zespołach studenckich na ORBIT i opis eksperymentów ( link )- ESA – opis techniczny „Orbit Flatfloor” (wymiary, tolerancje płaskości, system VICON i zastosowania) ( link )- ESA – strona Orbital Robotics Laboratory (ORL) w ramach ESA Academy Experiments Programme (opis możliwości i symulacji mikrograwitacji) ( link )- ESA – „About the ESA Academy Experiments programme” (fazy programu i platformy) ( link )- ESA – „SKYWALKER tests robotic crawling at ESTEC” (szczegóły kampanii pod koniec września 2025 i opis dwóch algorytmów) ( link )- ESA – „V-STARS pioneers neuroscience at ESA’s Orbital Robotics Lab” (zgody, czas trwania kampanii i opis zadania w VR) ( link )- ESA – „Gripping the Future: Students Test Gecko-Inspired Robotic Arm…” (kampania w listopadzie 2025 i wynik chwytaka) ( link )
Czas utworzenia: 4 godzin temu