今年八月下旬,国际空间站上的宇航员进行了一次试验:他远程操控人形机器人探测并修理了火星上的太阳能电站。其实,试验中的火星并不是真正的火星,而是模拟的火星环境,铁锈色的地面、墙壁和窗帘,此模拟空间处在德国航空航天中心,位于慕尼黑附近的Oberpfaffenhofen。

进行本次试验的是欧洲航天局的宇航员Paolo Nespoli,他所操控的人形机器人叫Rollin Justin,在宇航员的操控下,Rollin完成了导航、维护和修理等一系列任务。Nespoli使用的并不是直接的远程操作,而是用一台平板电脑来发送高级指令。在其中一项任务中,Nespoli使用平板来让Rollin’Justin到达某个位置,并让它从不同角度拍照。另一项任务则指引Rollin’Justin抓取一根电缆,并把它连接到数据端口上。

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Rollin Justin在德国航空航天中心的模糊火星太阳能电站

机器人学家将这种控制方法成为“监控自主”,并认为这种控制比完全自主(机器人根据自己的判断去做任何事情)和直接远程操作(宇航员控制机器人的每个动作)都有着不可比拟的优势。监控自主能够处理难以预计的错误和限制,比如交流滞后等。在这种方法下,宇航员变成了机器人的监护人,如果机器人在处理问题时遇到困难,人类则能马上伸出援助之手,帮它顺利完成任务。

来自德国航空航天中心的Neal Y. Lii博士是本次试验的首席研究员,他表示:“这一概念依赖于机器人的局部智能推理和计划的命令任务,它提供了触觉上的反馈和视觉上的随动控制,减少了操作人认知上的局限,并缓解了沉浸式远程操作系统带来的压力。同时,机器人智能会让机器人一直处于一种安全的状态之中,安静地等待宇航员的指令和反馈。”

本次试验被称为SUPVIS Justin,由德国宇航中心和欧洲航天局合作主导,是欧洲航天局多目的端对端机器人操作网络项目(METERON project)的一部分。这是由欧洲航天局(ESA)、德国航空航天中心(DLR)、美国国家航空航天局(NASA)以及俄罗斯航空航天局(Roscosmos)共同发起的一系列空间远程机器人实验,其目的是开发能够探测行星的先进人形机器人,来助力未来的宇宙探索任务。

也就是说,如果人类想去探测火星,那么他们便需要在火星表面建立栖息地和其他基础设施,这时候,机器人便能帮上大忙了。在降落之前,宇航员可以让机器人先到火星表面建立必需的基础设施。欧洲航天局和美国国家航空航天局一致认为,这是让人类登上火星的唯一实现方法。因此,他们在德国宇航局模拟了一个火星太阳能电站。

在8月份的试验中,宇航员Nespoli共进行了两种任务操作。其一是让机器人监测并重新启动太阳能电池板单元,另一个则让机器人进行系统软件升级操作。

Nespoli顺利且高效地完成了上述两项任务操作,并邀请了两位美国宇航员Jack Fischer和Randy Bresnik参与试验。虽然两位宇航员对此次试验操作毫无经验,也从未得到相关训练,但他们还是在Nespoli和德国航空航天中心团队其他工作人员的帮助下,顺利完成了任务。

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远在国际空间站的宇航员Jack Fischer(左)和Nespoli用平板电脑远程操控机器人Rollin

Lii博士表示接下来团队还会安排两次SUPVIS Justin试验,在下一次试验中,该团队将会根据本次试验的经验,提升平板的用户界面和机器人功能。同时,团队将会逐次增加任务的复杂性和难度,来迅速训练机器人技能。将来,他们还会测试远程操作系统,因为此系统将会带来一个更加“沉浸性”的体验,这在某些任务中是非常必要的。

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*地面控制人员(从左到右):合作研究员Thomas Krüger (ESA), 合作研究员 Daniel Leidner (DLR), 合作研究员 Peter Birkenkampf (DLR), 和首席研究员Neal Y. Lii (DLR). *

Lii博士还表示,“这就让机器人可以扮演更多的角色,有时候作为宇航员在监控自主下工作伙伴,有时候作为宇航员的物理延伸。我们的最终目标是建立太空机器人远程操控系统手册,为致力于此领域的科学家们提供指导。”

(本文来源于IEEE Spectrum,由Yufy编译)