Das Team für geschickte Robotik im Johnson Space Center der NASA entwickelt robotische Systeme, die Aufgaben ausführen können, für die der Einsatz der Hände erforderlich ist, etwa das Greifen von Werkzeugen, das Öffnen von Luken und den Transport von Nutzlasten. Ziel ist es, bemannte Missionen in extremen Umgebungen sicherer und nachhaltiger zu machen. Diese Arbeit findet vor dem Hintergrund der Ausweitung der NASA-Pläne zur menschlichen Erkundung jenseits der Erdumlaufbahn statt, insbesondere auf der Mondoberfläche, mit möglichen künftigen Anwendungen bei Marsmissionen.
Shaun Azimi leitet ein 16-köpfiges Team innerhalb der Abteilung für Technologien robotischer Systeme im Johnson Space Center in Houston. Das Team vereint Fachgebiete wie Mechatronik, Software, Elektronik und Mechanik. Dadurch kann es Hardware und Software entwickeln, Betriebsabläufe simulieren und diese innerhalb eines einzigen Systems testen.
Von Robonaut 2 bis Valkyrie
Die Erfahrung des Teams beruht auf früheren Projekten wie dem Roboter Robonaut 2, der sieben Jahre lang an technischen Vorführungen von Robotern an Bord der Internationalen Raumstation beteiligt war, sowie dem zweibeinigen Roboter Valkyrie, dem ersten von der NASA entwickelten humanoiden Roboter. Mehrere Ingenieure, die an beiden Projekten gearbeitet haben, entwickeln weiterhin Technologien für Bewegung und die Interaktion mit der Umgebung.
Die NASA erklärt, dass es nicht darum geht, menschliche Forscher zu ersetzen, sondern zuverlässige Roboter einzusetzen, die gefährliche oder wiederkehrende Aufgaben ausführen können. Dadurch können sich die Besatzungen auf Tätigkeiten konzentrieren, die menschliches Urteilsvermögen und Fähigkeiten erfordern, in denen Roboter nach wie vor weniger leistungsfähig sind.
Die iMETRO-Einrichtung testet den Roboter in einer realitätsnahen Umgebung
Die Einrichtung Integrated Mobile Evaluation Testbed for Robotics Operations (iMETRO) bildet einen zentralen Bestandteil der Arbeit des Teams. Sie verbindet Open-Source-Software und Simulationswerkzeuge mit Modellen von Raumfahrzeugen und Lebensräumen, Haushaltsrobotern sowie einem Außenbereich mit Felsen. Dadurch kann ein vollständiger Roboter oder eine einzelne Hardware- oder Softwarekomponente getestet werden, bevor sie in NASA-Programme überführt oder mit externen Partnern eingesetzt wird.
Ein Team des Unternehmens PickNik Inc. nutzte die Einrichtung, um Software zu testen, die einen Roboterarm in die Lage versetzt, eine Öffnung in einem Raumfahrzeug zu erkennen, deren Verriegelung zu drehen, den Griff zu ergreifen und die Tür zu öffnen und anschließend Frachttaschen zwischen der Öffnung und einem Behälter zu transportieren. Die Einrichtung wurde außerdem zur Entwicklung von Software eingesetzt, die einen Gefrierschrank für die Kaltlagerung mithilfe eines kommerziellen Roboterarms und einer Kamera inspiziert und bei dessen Wartung unterstützt.
Was verändert sich in der Praxis?
Die Bedeutung von iMETRO geht über die Prüfung der Leistung des Roboters selbst hinaus; die Einrichtung ermöglicht es den Ingenieuren, die Beziehung zwischen dem Roboter und der für Menschen konzipierten Umgebung zu testen. Roboter benötigen möglicherweise größere Griffe, eine bessere Beleuchtung oder Anpassungen an der Gestaltung von Lebensräumen und Raumfahrzeugen, damit sie ihre Aufgaben unter menschlicher Aufsicht zuverlässig ausführen können. Die NASA ist der Ansicht, dass die Zusammenführung von Roboterentwicklern mit den Designern von Lebensräumen und Raumfahrzeugen das Rätselraten verringert und betriebliche Einschränkungen frühzeitig sichtbar macht.
Das Team konzentriert sich kurzfristig auf Technologien, die eine nachhaltige menschliche Präsenz auf der Mondoberfläche unterstützen. Gleichzeitig arbeitet die NASA mit anderen Stellen an der Vorbereitung einer erwarteten Herausforderung, bei der die Öffentlichkeit aufgefordert wird, technische Lösungen für die Erkundung des Mars vorzuschlagen. Die Quelle nennt keinen Zeitplan für den Einsatz von Valkyrie-Robotern oder anderen Robotern in einer operativen Mission und legt auch keine quantitativen Leistungsergebnisse oder einen endgültigen Bereitschaftsgrad vor. Daher befindet sich die Entwicklung weiterhin in der Phase der Forschung, Entwicklung und praktischen Erprobung.