W jednym z najbardziej zaawansowanych technologicznie przedsięwzięć ostatnich czasów, zespół robotów tego lata pilnie badał symulowany krajobraz marsjański na Ziemi, a dokładniej w Niemczech, podczas gdy wszystkie polecenia napływały z wysokości ponad 400 kilometrów – z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS). Astronauta, który sterował tą jednostką robotyczną, nie był fizycznie obecny na miejscu, lecz unosił się w mikrograwitacji, przekształcając się w awatara dla robotycznych badaczy na ziemi. Wydarzenie to stanowiło kulminację, czwartą i jednocześnie ostatnią sesję niezwykle ważnego eksperymentu znanego pod nazwą Surface Avatar. Jest to owocna współpraca między Europejską Agencją Kosmiczną (ESA) a Niemieckim Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki (DLR), której głównym celem było opracowanie i udoskonalenie metod, za pomocą których astronauci w przyszłości będą zarządzać całymi zespołami robotów podczas wykonywania złożonych zadań na powierzchni Księżyca i Marsa.

Astronauta w roli Awatara: Ludzka intuicja ponad Ziemią

W centrum tej złożonej operacji znajdował się astronauta NASA, Jonny Kim. Stacjonując w module Columbus na ISS, Kim spędził około dwóch i pół godziny, sterując załogą robotów na Ziemi. Jego rola wykraczała poza zwykłe zdalne sterowanie; był mózgiem operacji, kluczowym decydentem i strategiem, który kierował działaniami mechanicznych odkrywców. Korzystając z zaawansowanego interfejsu, Kim mógł delegować zadania, monitorować postęp misji i interweniować, gdy było to konieczne, demonstrując, jak ludzka intuicja pozostaje niezastąpiona nawet w erze wysokiej automatyzacji. Cały eksperyment został zaprojektowany tak, aby astronauta miał minimalne wcześniejsze przygotowanie dotyczące szczegółów zadań, co podnosi realizm misji na wyższy poziom i testuje zdolność systemu i człowieka do improwizacji w nieprzewidzianych sytuacjach.

Zespół robotów na 'Marsie'

Na Ziemi, w kontrolowanym środowisku centrum DLR w Oberpfaffenhofen, które wiernie symuluje niegościnny teren Marsa, znajdował się zróżnicowany zespół czterech robotów, z których każdy posiadał własne wyspecjalizowane zdolności. Głównymi gwiazdami były humanoidalny robot Rollin' Justin i czworonożny robot Spot. Rollin' Justin, duma inżynierii DLR, to humanoidalny robot na kołach z dwoma niezwykle zręcznymi ramionami i dłońmi z czterema palcami, zdolny do manipulowania obiektami z wielką precyzją. Jego lekkie ramiona z włókna węglowego mogą podnieść ładunek do 14 kilogramów na ramię, a posiada aż 51 stopni swobody ruchu, co pozwala mu na podnoszenie przedmiotów z ziemi i z wysokości do dwóch metrów. W misji Justin był odpowiedzialny za delikatne zadania, takie jak przenoszenie zebranych próbek do lądownika.

Jego partner, robot ESA Spot, to czworonożna platforma znana ze swojej niezwykłej mobilności i zdolności do autonomicznego poruszania się po bardzo wymagających i nierównych terenach. Podczas gdy Justin wymagał mieszanki bezpośredniego sterowania i zaprogramowanych poleceń, Spot otrzymał zadanie samodzielnego nawigowania po symulowanym marsjańskim gruncie, znajdowania pojemników z próbkami i oznaczania ich lokalizacji. Ten podział pracy jest kluczowym elementem koncepcji „skalowalnej autonomii”, w której astronauta-operator przyjmuje rolę nadzorcy, delegując rutynowe zadania systemom autonomicznym, aby mógł skupić się na strategicznych decyzjach i rozwiązywaniu problemów.

Złożone scenariusze misji: Testowanie granic autonomii

Ostatnia sesja eksperymentu Surface Avatar przyniosła nowe, dotychczas najbardziej złożone scenariusze. W pierwszym zadaniu Jonny Kim koordynował Justina i Spota w misji zbierania rozrzuconych pojemników z próbkami. Spot, używając swoich zaawansowanych algorytmów nawigacyjnych, samodzielnie badał teren i lokalizował cele. Następnie Kim przejmował kontrolę nad Justinem, prowadząc go do oznaczonych lokalizacji, aby robot swoimi zręcznymi rękami podniósł pojemniki i ostrożnie przetransportował je do symulowanego lądownika. Ta synergia testowała płynność przełączania między działaniem autonomicznym a teleoperacją, co jest kluczowe dla efektywności przyszłych misji planetarnych.

Drugi scenariusz był jeszcze bardziej wymagający i zaprojektowany tak, aby przetestować zdolność systemu i astronauty do reagowania na nieprzewidziane awarie. W tym zadaniu łazik ESA Interact, pojazd przeznaczony do transportu, przewiózł robota DLR Berta do wejścia do symulowanej jaskini marsjańskiej. Bert to mniejszy, zwinny czworonożny robot przypominający psa, wyspecjalizowany w poruszaniu się w wąskich i niedostępnych przestrzeniach, gdzie większe, kołowe roboty nie mogą się poruszać. Po tym, jak Kim za pomocą jednego z robotów usunął skałę blokującą wejście, wysłał Berta na zwiady. Jednak eksperyment obejmował zaplanowaną awarię – jedna z nóg Berta uległa symulowanej awarii. W tym momencie Kim musiał w czasie rzeczywistym uzyskać dostęp do systemu Berta i przeprogramować jego algorytm chodu, ucząc go nowego, trójnożnego sposobu poruszania się. Po udanej „rehabilitacji” Bert kontynuował swoją misję wewnątrz jaskini, gdzie z powodzeniem wykrył symulowane oznaki obecności lodu, demonstrując niezwykłą zdolność adaptacyjną całego systemu człowiek-maszyna.

Technologia, która zaciera granice: Interfejs przyszłości

Cała ta interakcja jest możliwa dzięki zaawansowanemu interfejsowi sterującemu, opracowanemu wspólnie przez ESA i DLR. Stanowisko robocze na ISS składa się z laptopa z graficznym wyświetlaczem misji oraz dwóch specjalistycznych kontrolerów. Jeden to joystick o siedmiu stopniach swobody ruchu, który umożliwia intuicyjne sterowanie ruchem i kierunkiem patrzenia robota. Drugi, jeszcze bardziej zaawansowany, to urządzenie haptyczne. Technologia ta pozwala astronaucie dosłownie „poczuć” to, co czuje robot. Kiedy ręka Justina chwytała jakiś obiekt, Kim na swoim kontrolerze czuł opór, wagę i teksturę tego obiektu. To przenoszenie zmysłu dotyku jest kluczowe do wykonywania delikatnych operacji wymagających precyzji na poziomie poniżej milimetra. Interfejs pozwala również Kimowi przełączać się między widokiem z pierwszej osoby, dla pełnego zanurzenia w teleoperacji, a mapą misji z lotu ptaka, dla lepszego nadzoru strategicznego nad całym zespołem robotów. Chociaż sygnał między ISS a Ziemią pokonuje prawie 90 000 kilometrów przez satelity, powodując opóźnienie około 800 milisekund, system jest zaprojektowany tak, aby kompensować to opóźnienie i umożliwiać płynne i wydajne sterowanie.

Krok bliżej do Księżyca i Marsa

Poprzez cztery udane sesje zespół projektu Surface Avatar udoskonalił podejście do interakcji człowiek-robot, ulepszając zarówno bezpośrednią teleoperację, jak i metody delegowania zadań systemom autonomicznym. Eksperymenty dostarczyły bezcennych danych na temat tego, które zadania astronauci wolą wykonywać pod bezpośrednią kontrolą, a które bezpiecznie i efektywnie można pozostawić robotom do samodzielnego wykonania. Liderzy projektu podkreślają, że dzięki tym eksperymentom spełniono wszystkie warunki techniczne do zarządzania złożonymi misjami robotycznymi na Marsie oraz do ustanowienia przyszłych stałych stacji badawczych na Księżycu. Dzięki temu projektowi Europa zdobyła unikalną wiedzę w dziedzinie robotyki kosmicznej, a opracowane technologie mają również potencjalne zastosowania na Ziemi, w branżach takich jak energetyka jądrowa czy offshore. Pomyślne zakończenie sagi Surface Avatar, symbolicznie ukoronowane zdalnym uściskiem dłoni między astronautą Kimem a kierownikiem projektu na ziemi za pośrednictwem robotycznego ramienia Justina, to nie tylko osiągnięcie technologiczne, ale także wyraźny wskaźnik, że współpracująca przyszłość ludzi i robotów w eksploracji kosmosu już się rozpoczęła.