Astrobee est un système robotique volant librement développé par la NASA qui est composé de trois robots en forme de cube distincts. Ce système a été initialement conçu pour aider les astronautes qui travaillent à la Station spatiale internationale (ISS) en automatisant certaines de leurs tâches manuelles de routine.
Alors que Astrobee pourrait être très précieux pour les astronautes, augmentant l'efficacité avec laquelle ils effectuent des opérations quotidiennes, ses capacités de manipulation d'objets ne sont pas encore optimales. Plus précisément, les expériences passées suggèrent que le robot lutte lors de la gestion des articles déformables, y compris des sacs de chargement qui ressemblent à certains de ceux qu'il pourrait être chargés de prendre en charge l'ISS.
Des chercheurs de l'Université de Stanford, de l'Université de Cambridge et de la NASA Ames ont récemment développé Pyastrobee, un environnement de simulation et une pile de contrôle pour former Astrobee à Python, avec un accent particulier sur la manipulation et le transport de la cargaison.
Cette nouvelle boîte à outils de simulation et de contrôle, présentée dans un article publié sur le arxiv Preprint Server, a été utilisé pour former Astrobee à transférer avec succès la cargaison entre différents modules ISS, sans entrer en collision avec d'autres objets.
« Nous avons la chance de collaborer avec la NASA Ames, et l'un des problèmes qui les intéressent est de savoir comment faire effectuer des tâches de logistique et d'entretien », a déclaré Daniel Morton, premier auteur du journal, à Issues.fr.
« Ceci est particulièrement important pour toutes les futures stations spatiales qui pourraient ne pas être en permanence, et nécessiteront des opérations autonomes de ces robots pour des` `tâches '', comme reposer la station avec le fret. Cependant, faire en sorte que Astrobee manipule et se déplace autour de ces sacs de chargement est un problème vraiment difficile à résoudre. »
Un défi clé qui a jusqu'à présent limité l'efficacité de l'astrobe dans le transport et la manipulation des sacs de chargement est que ces sacs sont généralement fabriqués d'un matériau à base de vinyle déformable. Prédire exactement comment les sacs de chargement se déformeront lorsque le robot les saisit et interagira avec eux peut être très difficile.
« Nous avons décidé de trouver un moyen de contrôler cela et de construire un environnement de simulation qui peut non seulement représenter avec précision l'ISS, mais aussi un modèle de cargaison déformable », a expliqué Morton. « Pyastrobee est unique en raison de sa modélisation de la cargaison déformable, car nous utilisons un moteur physique (balle) qui le permet. Il est également développé dans Python, ce qui facilite le prototype rapide des différents contrôleurs et l'intégration à d'autres outils logiciels de robotique. »
Morton et ses collègues ont intégré leur environnement de simulation avec un logiciel d'apprentissage par renforcement (RL) connu sous le nom de gymnase et de référence stable. Leur espoir était que ce logiciel faciliterait l'utilisation de leur plate-forme pour tester les stratégies de manipulation d'objets basées sur RL dans l'espace.
« Nous avons constaté qu'un simulateur-contrôleur (MPC) est une bonne approche préliminaire pour ce problème », a déclaré Morton. « L'utilisation du simulateur comme modèle facilite la spécification de la façon dont Astrobee et le sac de chargement se déplacent ensemble, plutôt que d'essayer de dériver un modèle difficile en forme fermée du système. Nous avons également expérimenté des modèles de fidélité différentes, explorant les compromis entre la précision et la vitesse de calcul. »
Pyastrobee, le simulateur développé par cette équipe de recherche, pourrait bientôt être utilisé par les ingénieurs et les étudiants pour tester leurs algorithmes de robotique spatiale. Le code du simulateur, ainsi que ses méthodes de contrôle et de planification intégrées, sont open-source et sont accessibles sur GitHub.
« Maintenant que nous avons une approche préliminaire (MPC basé sur l'échantillonnage), j'aimerais explorer comment rendre cela beaucoup plus efficace sur le calcul », a ajouté Morton. « J'ai récemment travaillé sur des filtres de sécurité très efficaces pour la manipulation des robots et cela serait parfait pour mettre en astrobe, pour garantir des contraintes telles que l'évitement des collisions. J'aimerais également explorer comment utiliser plusieurs astrobes pour effectuer cette tâche – deux astrobes tenant chaque côté du sac amélioreront probablement la stabilité pendant le transport. »
