Grandes estruturas espaciais, como telescópios e naves espaciais, deveriam ser idealmente montadas diretamente no espaço, pois são difíceis ou impossíveis de serem lançadas da Terra como uma única peça. Em vários casos, entretanto, montar essas tecnologias manualmente no espaço é muito caro ou inviável.
Nos últimos anos, os roboticistas têm tentado desenvolver sistemas que possam ser usados para montar estruturas automaticamente no espaço. Para simplificar este processo de montagem, as estruturas espaciais podem ter um design modular, o que significa essencialmente que são compostas por diferentes blocos de construção ou módulos que podem ser deslocados para criar diferentes formas ou formas.
Pesquisadores do Centro Aeroespacial Alemão (DLR) e da Technische Universität München (TUM) desenvolveram recentemente um planejador autônomo que poderia ser usado para montar estruturas reconfiguráveis diretamente no espaço. Este sistema, apresentado em um artigo apresentado na Conferência Aeroespacial 2021 IEEE, poderia permitir que engenheiros aeroespaciais e astronautas montassem grandes estruturas no espaço e adaptassem-nas para casos de uso específicos, reconfigurando-as quando necessário.
“Nosso artigo foi inspirado no projeto MOSAR”, Ismael Rodriguez, Adrian Bauer e Maximo Roa, três dos pesquisadores que realizaram o estudo, disseram à TechXplore por e-mail. “Neste projeto, estudamos montagens modulares para a criação da próxima geração de satélites. Imagine que um satélite possa ser criado como uma série de módulos cúbicos (assim como peças de Lego) e o satélite possa ser facilmente reconfigurado no espaço para manutenção ou atualização seu hardware. ”
A montagem ou reconfiguração dos satélites em órbita deve ser realizada por um braço robótico. Em seu artigo, Rodriguez, Bauer, Roa e seus colegas apresentaram um planejador que poderia planejar os movimentos deste braço robótico. Eles utilizaram especificamente um planejador híbrido, um tipo de planejador que tem sido frequentemente usado para obter uma fabricação autônoma baseada em robôs.
“O sistema que criamos consiste em duas camadas, uma simbólica e outra física”, disseram os autores. “Dado o número exponencial de todas as soluções possíveis, é muito caro verificar a cinemática de cada uma delas. Para descartar rapidamente soluções inviáveis, a camada simbólica verifica se as soluções possíveis atendem a certas condições, como a conectividade do satélite, antes de passá-las para a camada física.”
A ‘camada simbólica’ do planejador desenvolvida pelos pesquisadores também define uma série de regras que são adquiridas pela camada física. Por exemplo, se o sistema tenta realizar uma ação que falha na camada física, ele armazena essas informações e evita soluções simbólicas que envolvam a mesma ação.
A camada física do sistema, por outro lado, utiliza simulações cinemáticas para executar uma determinada solução simbólica. Isso permite que o sistema verifique se as etapas de montagem individuais são realmente executáveis pelo braço robótico, ao mesmo tempo que considera seus recursos e características exclusivas (por exemplo, sua acessibilidade, destreza, carga útil e restrições de movimento).
“Em nossa opinião, a maior conquista deste trabalho é o desenvolvimento do sistema que gera regras simbólicas a partir da experiência na camada física”, disseram Rodriguez, Bauer e Roa. “Usamos diferentes técnicas, incluindo uma ferramenta de previsão binária, para prever quais ações simbólicas eram cinematicamente viáveis em um determinado ambiente.”
A ferramenta de previsão binária usada pelos pesquisadores diminui o tempo necessário para planejar os movimentos do braço robótico, em alguns casos reduzindo em quase 50%. Além disso, ao simular diferentes cenários, garante que movimentos específicos sejam executáveis cinematicamente.
“Essa ferramenta também simplifica o processo de planejamento, que seria extremamente difícil para um ser humano, especialmente para verificar manualmente a validade de uma determinada sequência de movimentos”, disseram Rodriguez, Bauer e Roa.
Os pesquisadores verificaram seu planejador em uma série de testes, avaliando especificamente sua capacidade de desmontar partes de uma estrutura modular e remontá-las em uma nova configuração. Nestes testes, seu sistema obteve resultados notáveis e também se mostrou altamente adaptável, pois possibilitou a montagem de robôs com diferentes conjuntos de habilidades, em cenários com simulação de falhas de hardware.
No futuro, o sistema de planejamento autônomo desenvolvido por Rodriguez, Bauer, Roa e seus colegas poderia simplificar a montagem e reconfiguração de estruturas de grande escala no espaço. Enquanto isso, a equipe gostaria de estender o escopo da camada física de seu sistema, considerando as restrições cinemáticas e dinâmicas.
“Por exemplo, algumas otimizações podem ser incluídas para reduzir os distúrbios experimentados por um satélite quando o braço robótico está movendo um cubo”, explicou Rodriguez, Bauer e Roa. “Outra direção de pesquisa que gostaríamos de explorar no futuro é o uso de um algoritmo de reconhecimento de padrões, que poderia identificar subestruturas que já foram consideradas, para que possamos reutilizar os subplanos já computados para economizar tempo durante a geração de um novo plano.”
Publicado em 23/07/2021 21h51
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