Till innehåll på sidan
Till KTH:s startsida Till KTH:s startsida

Nytt labb tränar rymdrobotar i tyngdlösa miljöer

Publicerad 2024-05-20

I ett nyöppnat labb på KTH tränar rymdrobotar på att navigera i tyngdlösa miljöer. Labbet, som är ett av de största i sitt slag i Europa, byggdes av WASP NEST-projektet DISCOWER.

Målet? Att utveckla mjuk- och hårdvara för autonoma robotar som ska kunna navigera självständigt i tyngdlösa miljöer, som rymden och under vattnet.

– Jag har länge sett det som att undervattens- och rymdrobotik delar en gemensam utmaning: okonventionella gravitationsförhållanden. Flytkraften i vatten och tyngdlösheten i rymden utgör liknande hinder. 

Att testa autonoma system, där robotar rör sig självständigt utan direkt mänsklig kontroll, i de här miljöerna är svårt eller omöjligt, säger Dimos Dimarogonas, professor i reglerteknik vid KTH.

Utmaningen med att testa gör att det tidigare har funnits begränsad forskning om multirobotsystem som arbetar autonomt i tyngdlösa miljöer, förklarar Pedro Roque, doktorand i projektet. Faktum är att DISCOWER-labbet är ett av de första i sitt slag i Europa som direkt undersöker kombinationen av de två miljöerna:

– Med det här nya laboratoriet kan vi hjälpa till att överbrygga forskningsgapet. Vi har konstruerat en tvådimensionell simulering av rymden just för att forska på flerrobotsystem. Här kan vi träna autonoma multirobotsystem i en miljö som liknar rymden. Senare kan vi integrera dem med undervattensanläggningar som kommer att byggas i samma laboratorium.

En del av DISCOWER-teamet: Dimos Dimarogonas, professor, med Pedro Roque och Elias Krantz (PhD:s).
En del av DISCOWER-teamet: från vänster: Dimos Dimarogonas, professor, med Pedro Roque och Elias Krantz, doktorander, alla vid KTH.

Halt golv för rymdrobotarna

Projektgruppen har tillsammans med masterstudenter byggt tre små robotar som de kallar spacebots, robotar som annars brukar kallas “free-flyers”. Med hjälp av tre huvudkomponenter skapas en viktlösliknande miljö för rymdrobotarna i labbet. Den första komponenten är epoxi-golvet, som måste vara så slätt och plant som möjligt så att de tre rymdrobotarna kan röra sig friktionsfritt (via levitation) och imitera mikrogravitationsrörelser. Den andra komponenten består av stödsystem, främst det så kallade motion capture-systemet tillverkat av Qualisys, bestående av sex kameror som ger så kallad ”ground truth”, referensdata, till robotarna, samt kompressorer som möjliggör oavbruten drift av rymdrobotar. Den tredje och sista är plattformarna:

– Drivsystemen av komprimerad tryckluft imiterar de manövreringssystem som finns på en rymdfarkost: genom att släppa ut luftpuffar i en riktning får de rymdrobotarna att röra sig i en annan riktning. På en rymdfarkost skulle de inte använda tryckluft utan något annat system, men det är inget vi kan använda i det här labbet eftersom det skulle vara osäkert, säger Pedro Roque.

– Just nu fjärrstyrs rymdrobotarna av forskargruppen, men målet med projektet är att alla tre ska röra sig tillsammans autonomt i harmoni, säger Elias Krantz, doktorand i projektet.

– Vårt fokus ligger på att hitta välgrundade argument för båda miljöerna – rymden och under vattnet. Dessutom förbättrar vi hårdvara och anläggningar så att vi därefter kan börja testa algoritmer. Där är vi just nu i projektet, säger Dimos Dimarogonas.

Spacebots i labbet med Elias Krantz och Pedro Roque. Foto: Nelly Sahlstrand/Linköpings universitet
Spacebots i labbet med Elias Krantz och Pedro Roque. Foto: Nelly Sahlstrand/Linköpings universitet

Undervattensmiljöerna där robotarna ska röra sig och interagera i verkligheten senare, kommer de vara på jorden?

– För tillfället, ja. Men jorden är inte den enda undervattensmiljön som rymdteknikforskning siktar på. Just nu behöver vi testa på jorden, men som med all forskning: med tiden får vi se var vi kan tillämpa den, avslutar Pedro Roque.

Forskningsprojektet "DISCOWER - Unification of space and underwater workspaces through a multi-agent systems approach”

Projektledare

Dimos Dimarogonas, professor i reglerteknik; Ivan Stenius, docent i marin teknik; Christer Fuglesang, professor i rymdfart och den förste svenske astronauten; Jana Tumova, docent i robotik; alla på KTH.

Projektmedlemmar

Doktoranderna Elias Krantz, Pedro Roque, Joris Verhagen, David Dörner.

Mer information om WASP: wasp-sweden.org/  
Läs mer om DISCOWER: discower.io/ 

Forskningsprojektet är ett Wallenberg-finansierat så kallat WASP-NEST-projekt, läs mer här: wasp-sweden.org/nest-environments/

NASA-samarbete

Som en del av Astrobee-projektet har NASA tre robotar som verkar på den internationella rymdstationen. Teamet på KTH samarbetar med Intelligent Robotics Group, en del av avdelningen för intelligenta system på NASA Ames, för att kunna ha samma mjukvara i labbet på KTH som den som körs på robotarna på rymdstationen.

Länk till Astrobee mjukvarupaket: github.com/nasa/astrobee

Länk till PX4: github.com/DISCOWER/PX4-Space-Systems

Markkontrollstationen i laboratoriet använder programvaran FleetMQ, en WASP LaunchPad-startup som leds av WASP-doktoranden Frank Jiang. Läs mer här: www.fleetmq.com/  


Foto och film: Nelly Sahlstrand, Linköpings universitet
Text: Leila Zoubir

Innehållsansvarig:redaktion@kth.se
Tillhör: Om KTH
Senast ändrad: 2024-05-20