Rencontrez une famille de robots spatiaux de la NASA

Le robot d'escalade LEMUR repose après avoir gravi une falaise à Death Valley, en Californie, début 2019. Le robot utilise une technologie de préhension spéciale qui a permis de créer une série de nouveaux robots tout-terrain capables d'explorer d'autres mondes. Image via NASA / JPL-Caltech.

En découvrant les premiers indices d’eau liquide sur Mars et en traversant notre système solaire, les missions de la NASA ont été pour le moins aventureuses. Ranger 3 était la première tentative de la NASA d'atterrir un rover sur la lune en 1962. Depuis lors, de nombreux robots ont suivi Ranger 3 depuis la Terre dans l'espace. Cependant, les surfaces des planètes et des lunes de notre système solaire restent largement inexplorées, en partie parce que les robots spatiaux actuels ne sont pas capables de gravir les falaises, de saisir les surfaces glacées et de conquérir des endroits difficiles d'accès.

Ce mois-ci (10 juillet 2019), le Jet Propulsion Laboratory de la NASA a présenté ses travaux sur une nouvelle famille de robots capables de rouler, de grimper et d'utiliser l'intelligence artificielle (IA) pour contourner les obstacles sur des terrains accidentés. Ces robots sont actuellement testés sur Terre et seront ensuite envoyés dans des endroits inaccessibles par l'homme, aidant ainsi les scientifiques à faire de la science de valeur.

Un minuscule robot d'escalade enroule un mur, agrippant des hameçons - une technologie adaptée aux pieds agrippants de LEMUR. Image via NASA / JPL-Caltech.

Cette nouvelle classe de robots spatiaux aura des fonctionnalités inspirées du robot utilitaire mécanique Limbed Excursion (LEMUR), initialement conçu comme un robot de réparation pour la Station spatiale internationale. Dans la vidéo ci-dessous, la NASA décrit le dernier test de terrain de LEMUR, à Death Valley, en Californie, début 2019. Le robot a utilisé des centaines d'hameçons pour grimper aux murs et à l'IA pour éviter les obstacles qu'il ne pouvait pas franchir. Il a également utilisé sa suite d'instruments scientifiques pour scanner le rocher à la recherche de fossiles anciens et, comme l'explique la vidéo, il en a trouvé!

Une application directe de cet essai sur le terrain de LEMUR consisterait à rechercher des biosignatures - des substances qui témoignent de la vie - sur la planète Mars, peut-être dans des lits de lacs censés contenir des signes de la vie martienne d’un passé lointain.

Bien que le LEMUR lui-même ne soit pas envoyé dans l'espace, les ingénieurs ont néanmoins intégré une grande partie de son intelligence artificielle et de ses caractéristiques structurelles dans la prochaine génération de robots, qui deviendront nos yeux et nos oreilles au-delà de la Terre. Chacune d'entre elles possède des caractéristiques uniques intégrées pour faire face aux conditions difficiles et aux environnements incertains. Continuez à lire pour rencontrer cette nouvelle génération d'explorateurs de l'espace.

Ice Worm a été soumis à son premier test sur le terrain dans les parois de la grotte du mont St. Helens en août 2018. Le robot a été assuré avec une corde pour s'assurer qu'il n'était pas endommagé en cas de chute. Image via NASA / JPL-Caltech.

Ver de glace

Les ingénieurs du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie, développent un robot appelé Ice Worm afin de tenter de naviguer sur des surfaces glissantes. Fidèle à son nom, le robot - adapté d’un seul membre de LEMUR - compacte son corps avant de l’étendre pour aller de l’avant. Il avance d'un pouce à la fois en perçant une extrémité d'un membre dans une surface glacée, utilise une pince pour se stabiliser, puis amène le second membre pour rejoindre le premier en utilisant la même technique.

Pour avancer, il dévisse un pied, allonge son corps et le revit dans la glace quelques mètres plus loin. À l’aide des capteurs de pression qui indiquent à quel point il est difficile de percer dans la glace, il répète cette opération encore et encore pour «avancer vers». Ice Worm utilise également cette méthode pour s’ancrer tout en analysant la surface sous-jacente afin de recueillir dans ses jambes des matériaux qui peuvent être utilisés pour tester les concentrations de salinité en ce qui concerne la vie microbienne.

Aaron Parness, ingénieur chez JPL, a formé Ice Worm dans les régions isolées de l'Antarctique, le lieu le plus difficile sur Terre. La glace glissante, conjuguée à un environnement hostile, préparera le robot à des conditions similaires sur les lunes de Jupiter et de Saturne. Une autre série d'essais est alignée sur les glaciers du mont. Rainier à Seattle. Parness a commenté:

Les tests sur le terrain vous montrent des choses difficiles à apprendre en laboratoire.

Ce robot long de 1, 4 mètre (4, 6 pieds) est également équipé de la reconnaissance des formes et de l'apprentissage automatique - des aspects de l'IA qui lui permettent de tirer des leçons des erreurs du passé et de prendre des décisions optimales. Le robot devra étudier les modèles laissés par la vie dans les formations cavernicoles. Pour ce faire, elle doit être suffisamment petite et suffisamment mobile pour franchir les minuscules lacunes de la grotte. Pour cela, Parness et son équipe travaillent sur des instruments miniaturisés de télédétection et d’analyse de données que Ice Worm peut porter comme un sac à dos. Une fois prêts, des robots de ce type seront envoyés dans les lunes glacées de Saturne et de Jupiter pour rapporter des échantillons en vue d'analyses ultérieures.

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RoboSimian lors d'un test sur le terrain en Californie. Image via NASA / JPL-Caltech.

RoboSimian

Bien que ce robot à quatre pieds soit également inspiré par la taille et la construction de LEMUR, RoboSimian propose des roues souples en fil musical qui contrastent avec les roues à prise LEMUR, offrant ainsi une plus grande flexibilité sur les terrains accidentés. Ce concept s'est d'abord concrétisé dans le cadre du DARPA Robotics Challenge, qui visait à promouvoir la technologie robotique pour les opérations de réponse aux catastrophes. Le robot est construit et entraîné pour fonctionner dans des environnements dangereux. Il n'est donc pas surprenant que RoboSimian - un robot à quatre pattes pouvant marcher, ramper, glisser sur le ventre et même faire la roue - sera probablement envoyé à Enceladus, la lune de Saturne. Les océans d'eau salée sont théoriquement présents sous la surface glacée de cette lune lointaine. Ses geysers peuvent également contenir des signes de vie microbienne.

Surnommé King Louie d'après un personnage du film «Jungle Book», RoboSimian est équipé d'instruments de spectroscopie pouvant explorer les régions polaires d'Encelade.

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Les ingénieurs de la NASA se sont inspirés des pieds en gecko, tels que celui présenté ici, pour concevoir un système de saisie pour l'espace. Tout comme le pied d'un gecko a de minuscules poils adhésifs, les dispositifs JPL incorporent de petites structures qui fonctionnent de manière similaire. Image via NASA / Wikimedia Commons.

Construire des robots à la manière du gecko

Vous ne pouvez utiliser du ruban adhésif que très souvent avant que l'adhérence ne se dissipe. Les geckos, par contre, sont une source d’inspiration pour les colles qui collent même après de multiples utilisations. Ces petits lézards ont des poils sur les pieds qui leur permettent de s'accrocher facilement à un mur. Parness et son équipe ont conçu un robot présentant des caractéristiques similaires - des adhésifs inspirés du gecko - des cheveux synthétiques qui collent à toutes les surfaces.

Ces pinces peuvent supporter jusqu'à 150 N de force et ont été testées dans des environnements de microgravité simulés. Le matériau de gecko a été testé 300 000 fois pour s'assurer que le caractère collant ne s'estompe pas. Un jour, ce robot réparera les satellites, les réparera et arrachera même des ordures dans l’espace.

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Pince sous-marine au travail. Image via Nautilus.

Préhenseurs sous-marins

Un autre robot inspiré par LEMUR, le sous-marin préhenseur, a adopté les 16 doigts et 250 hameçons de LEMUR pour se tenir fermement aux surfaces et percer les formations. Ceci est particulièrement utile dans les environnements où la gravité est faible, voire nulle, notamment sous l'eau où la force de la perceuse pourrait repousser le robot.

À l’heure actuelle, le robot collabore avec Nautilus - un navire de recherche sous-marin - pour collecter des échantillons d’eau située à un mille de la surface. Finalement, il pourrait être envoyé pour explorer la surface des astéroïdes et autres corps similaires.

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L'hélicoptère Mars de la NASA au laboratoire de propulsion par réaction de la NASA à Pasadena, en Californie. Image via NASA / JPL.

Un hélicoptère qui fera plus que voler

Un petit hélicoptère à énergie solaire accompagnera le rover Mars 2020. Arash Kalantari, un ingénieur du JPL, a modifié la conception de LEMUR pour construire un robot qui atterrit non seulement horizontalement, mais aussi verticalement en s’accrochant à des rochers comme une libellule.

MiMi Aung, responsable de projet pour l'hélicoptère Mars au Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie, a déclaré:

Personne n’ayant encore construit d’hélicoptère Mars, nous pénétrons sans cesse dans de nouveaux territoires.

L’hélicoptère Mars devrait atteindre Mars d’ici à février 2021 et procédera à des évaluations géologiques sur les sites d’atterrissage, ainsi qu’à l’évaluation des ressources naturelles et des dangers pour les futures missions spatiales.

En savoir plus sur l'hélicoptère Mars

Conclusion: une nouvelle classe de robots spatiaux intègre des fonctionnalités inspirées du robot utilitaire mécanique Limbed Excursion (LEMUR). Bien que chaque conception soit unique dans ses capacités, il existe un objectif commun qui les unit tous: la chasse à la vie au-delà de la Terre.

Via la NASA