Путь команды CoSTAR от космической робототехники к подземным роботам.
Напрмним, в подземных соревнованиях DARPA 2020 впервые участвовали четверногие роботы роботы.
В 2017 году команда Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, штат Калифорния, занималась созданием прототипа небольших автономных роботов, способных исследовать пещеры и подземные пустоты на Луне, Марсе и Титане, самом большом спутнике Сатурна. Их целью была разработка новых технологий, которые помогут решить один из самых важных вопросов человечества: существует ли жизнь за пределами Земли?
Чем больше мы изучаем поверхности планет в нашей солнечной системе, тем больше мы вынуждены путешествовать под землей в поисках ответов на этот вопрос. Подземные пустоты планеты - не только одно из наиболее вероятных мест, где можно найти оба признака жизни, прошлой и настоящей. Также они являются одними из основных кандидатов для будущего человеческого жилья. Пока в Лаборатории реактивного движения работали над различными технологиями исследования пещер, Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) запустило соревнование подземных роботов Subterintage Challenge (SubT). По сравнению с более ранними событиями, которые были посвящены вождению по дороге и роботам-гуманоидам в заранее определенных сценариях оказания помощи при бедствиях, в центре внимания SubT - исследование неизвестных и экстремальных подземных сред. Несмотря на то, что SubT занимается исследованием таких сред на Земле, мы можем использовать конкуренцию как аналог, чтобы помочь нам научиться исследовать неизвестные среды на других планетных телах.
С самого начала команда JPL наладила партнерские отношения с четырьмя другими учреждениями, предлагающими дополнительные возможности для коллективного решения технических проблем в нескольких областях в этом соревновании. В дополнение к опыту JPL по развертыванию надежных и устойчивых автономных систем в экстремальных и неопределенных средах, в команду также входили Caltech, специализирующийся на мобильных роботов, MIT, обладающий опытом крупномасштабного картографирования, и KAIST (Южная Корея) и LTU ( Швеция), эксперты по быстрым дронам в подземных условиях. Более разветвленные партнерства стали результатом существующего исследовательского сотрудничества, что является типичной моделью исследований в области робототехники. Участники команды также установили партнерские отношения с рядом компаний, которые поддержали их с помощью роботизированных платформ и датчиков. Общая философия создания совместных подземных автономных роботов привела к рождению команды CoSTAR.
Конкурс SubT Challenge призван стимулировать прогресс в четырех различных областях робототехники: мобильность (как передвигаться), восприятие (как разобраться в мире), создание сетей (как вернуть данные на сервер к концу миссии) и автономность (как принимать решения). Правила и структура соревнований отражают значимые сценарии реального мира в подземных средах, включая туннели, городские районы и пещеры.
Чтобы добиться успеха в конкурсе, требуется целостное решение, уравновешивающее охват каждой области, и понимание того, как каждая из них связана с другими. Например, роботы должны быть достаточно маленькими, чтобы проходить через узкие проходы, но достаточно большими, чтобы нести на себе датчики и компьютеры, необходимые для принятия автономных решений и во время навигации по участкам трассы с ухудшенным восприятием, то есть темным, пыльным или задымленным. Также существует проблема мощности и энергии: роботы должны быть быстрыми и энергоэффективными, чтобы соответствовать требованиям к выносливости и преодолевать несколько километров в час в экстремальных условиях. В то же время автономное бортовое принятие решений и крупномасштабное картографирование - это самая большая потребность в энергии. Такие проблемы усугубляются на летательных аппаратах и требуют более существенного компромисса между временем полета, размером и автономными возможностями.
Ответ Team CoSTAR на этот призыв к универсальности - представить команду роботов на базе ИИ, состоящую из нескольких разнородных платформ, для решения различных задач каждого курса. Чтобы обеспечить модульность, все роботы команды оснащены одним и тем же модульным программным обеспечением автономной работы, которое называется NeBula (Networked Belief-A Perceptual Autonomy).
NeBula специально разработана для решения проблемы стохастичности и неопределенности в различных элементах миссии, включая зондирование, окружающую среду, движение, работоспособность системы и связь.
Всего за восемь недель до соревнований Team CoSTAR заключили партнерство с Boston Dynamics, чтобы использовать их робота. Было сложно интегрировать четырехногого робота Spot в команду за такое короткое время. Однако для членов команды, которые вызвались поработать над ним во время рождественских каникул, шанс получить ключи от такого продвинутого робота был своего рода рождественским подарком.
В течение 60-минутного забега только один человек-супервайзер, находящийся за пределами трассы, может видеть информацию внутри трассы, и только в том случае, если и когда установлена связь. Трасса Urban с дырами в полу, грудами щебня и лужами заставила роботов испытать свои силы. По мере того, как роботы углублялись в помещение и выходили за пределы диапазона связи с человеком-наблюдателем, все, что команда могла делать, - это полагаться на автономность роботов.
В преддверии финального дня соревнований Team CoSTAR были равны с Team Explorer. Все настройки параметров, отладки и уточнения стратегии исследования были собраны во время последнего раунда.
Завершив 1,5-летние усилия, команда в последний раз отправила роботов на задание SubT Urban. Важнейшей частью выполнения миссии в этом сценарии является модуль принятия решений, который может учитывать оставшееся время миссии, прогнозируемый риск миссии, а также вероятность потери актива, восстановления связи и извлечения данных. Это тонкий баланс между тем, чтобы потратить время на изучение, чтобы найти как можно больше артефактов, и убедиться, что местоположение позволяет вернуться на базу до того, как истечет время. За это задание команда получила 9 очков и вырвалась на 1 место.
После городского конкурса началась пандемия COVID-19, и JPL сместила часть своего внимания и ресурсов на исследования, связанные с пандемией, и выпустила респиратор VITAL за 37 дней. Команда находимся в процессе оснащения своих ультрафиолетовыми лучами для стерилизации больниц и кампуса JPL, что усиливает растущую роль роботов в приложениях, в которых люди не должны рисковать.