【氷の衛星で生命体を探す】探査用ヘビ型ロボットを開発しているぞ
JPLのチームメンバーは、2月に南カリフォルニア山中のスキーリゾートでEELSと呼ばれるヘビ型ロボットをテストしました。EELSは、環境を感知し、リスクを計算し、移動し、リアルタイムの人間の入力なしでデータを収集するように設計されており、最終的には太陽系内の目的地を探索することができます。
NASAのジェット推進研究所では、これまでアクセスできなかった場所を自律的にマッピング、横断、探索する多用途ロボットのテストが行われています。
誰も見たことのない場所に、リアルタイムで人の手を借りずに自力で行けるロボットを作るには、どうしたらいいのでしょうか？ NASAのジェット推進研究所で、極限の地形を移動するヘビ型ロボットを開発しているチームは、スタートアップの精神でこの難題に挑んでいます。
EELS（Exobiology Extant Life Surveyorの略）と呼ばれるこの自走式自律型ロボットは、土星の衛星エンケラドスの氷の地殻の下に潜む海に生命の痕跡を探したいという思いから、地表の狭い穴を降りて宇宙空間に間欠泉を噴出させることから着想を得た。試験と開発が続けられていますが、このような困難な目的地を想定して設計することで、適応力の高いロボットが完成しました。砂や氷の起伏、断崖絶壁、ローバーが入れないほど急なクレーター、地下の溶岩チューブ、氷河の中の迷路のような空間など、地球、月、そしてはるか彼方のさまざまな地形を、EELSは安全に進むことができるでしょう。
「他のロボットが行けないような場所にも行くことができるのです」 EELSのプロジェクトマネージャーであるJPLのマシュー・ロビンソンは、「ある特定の地形に強いロボットもいますが、EELSのアイデアは、すべてをこなせるということです。 何が見つかるかわからない場所に行くときは、不確実性に備え、自分で判断できる、万能でリスクを認識したロボットを送り込みたいのです」
JPLのEELS（Exobiology Extant Life Surveyor）は、土星の衛星エンケラドスの氷の地殻にある狭い通気孔を降りて、下に隠れた海を探索する自律型蛇ロボットとして構想されました。しかし、様々な環境に対応できるよう、プロトタイプのテストが行われている。クレジット：NASA/JPL-Caltech
プロジェクトチームは2019年に最初のプロトタイプの製作を開始し、継続的に修正を行ってきた。昨年からは毎月フィールドテストを行い、ハードウェアとEELSが自律的に動作するためのソフトウェアの両方を改良している。EELS 1.0と名付けられた現在のロボットは、重さ約220ポンド（100kg）、長さ13フィート（4m）です。10個の同じセグメントで構成され、推進力、牽引力、グリップ力としてネジ山を使いながら回転する。直径8インチ（約20センチ）の白い3Dプリンターで作られたプラスチック製のネジは緩い地形でのテストに、細くて鋭い黒い金属製のネジは氷上でのテストにと、チームはさまざまなネジを試してきた。
JPLの火星ヤードから、南カリフォルニアの雪山にあるスキー場に作られた「ロボットの遊び場」、さらには地元の屋内アイスリンクまで、砂地、雪、氷の環境でロボットはテストに挑んでいます。
JPLのEELS主任研究員であるヒロ・オノは、「私たちは、テストと修正のサイクルを何度も素早く繰り返す、従来の宇宙船とは異なるロボット開発の哲学を持っています」と述べています。"四輪車の設計方法については何十冊もの教科書がありますが、誰も行ったことのない場所に大胆に行く自律型蛇ロボットの設計方法についての教科書はありません。自分たちで書かなければならない。それが今、私たちがやっていることです。"
EELSの考え方と動き方
地球と深宇宙には通信のタイムラグがあるため、EELSは自律的に環境を感知し、リスクを計算しながら移動し、まだ決まっていない科学機器でデータを収集するように設計されています。また、何か問題が発生した場合は、人間の手を借りずに自力で復旧することを目標としています。
JPLのEELSチームのメンバーは、2022年9月、アルバータ州のアサバスカ氷河にあるムーランと呼ばれる垂直シャフトに、ライダーとステレオカメラを使って環境をマッピングするロボットのセンサーヘッドを降ろします。チームは2023年と2024年にこの場所に戻り、完全な蛇ロボットのバージョンで追加のテストを行う予定です。
自律的に走行する車を想像してください。しかし、そこにはストップサインも交通信号も、道路さえもありません。ロボットは、道路が何であるかを把握し、それに従わなければなりません」と、このプロジェクトの自律性リーダーであるRohan Thakkerは述べています。「そして、100フィート（約1.5メートル）の高さから落ちないように降りていく必要があります」。
EELSは、4組のステレオカメラとライダー（レーダーに似ているが、電波の代わりに短いレーザーパルスを用いる）を使って周囲の3Dマップを作成します。これらのセンサーのデータをもとに、ナビゲーションアルゴリズムが最も安全な経路を割り出す。目標は、地形に応じたロボットの動き方である「ゲイト」をライブラリ化することです。このゲイトには、横歩きから、チームでは「バナナ」と呼んでいる自分の体に巻きつくような動きまであります。
このロボットは、最終的には48個のアクチュエーター（小さなモーター）を搭載する予定です。タッカーは、このアクチュエーターを「48個のハンドル」と表現しています。アクチュエーターの多くはフォーストルクセンシングを内蔵しており、EELSが地形に与える力の大きさを感じられるように、一種の皮膚のような働きをしています。そのおかげで、凹凸のある狭いシュート内を垂直に移動したり、ロッククライマーのように対向する壁を同時に押したりすることができるのです。
昨年、EELSチームは、カナディアンロッキーにあるアサバスカ氷河のムーランと呼ばれる縦穴にロボットの頭部（カメラとライダーを搭載した部分）を下ろし、そのような困難な空間を体験した。この場所は、太陽系の氷に覆われた月と類似しているため、9月に再びこの場所に戻り、地下での移動能力をテストするために設計されたバージョンのロボットを使用する予定です。このとき、氷河の化学的・物理的特性をモニターするための小型センサー群を投下し、EELSは最終的に遠隔地に配備することができるようになる予定です。
"私たちのこれまでの焦点は、自律的な能力と機動性にあったが、最終的には、我々はEELSと統合することができますどのような科学機器に目を向けるだろう "とロビンソンは言います。「科学者がどこに行きたいのか、何に一番興味があるのかを教えてくれれば、それを実現するロボットを提供します。どのように？ スタートアップと同じで、作るだけです」
プロジェクトについての詳細
EELSは、南カリフォルニアにあるNASAのジェット推進研究所のOffice of Technology Infusion and Strategyから、JPL Nextというテクノロジーアクセラレータープログラムを通じて資金提供を受けています。JPLは、カリフォルニア州パサデナにあるカリフォルニア工科大学がNASAのために管理しています。EELSチームは、アリゾナ州立大学、カーネギーメロン大学、カリフォルニア大学サンディエゴ校など、多くの大学のパートナーと共にプロジェクトを進めてきました。現在、このロボットはNASAのミッションには参加していません。
未開の場所で探査機を持ち込むとしたら、やっぱりヘビ型が望ましい。手も足もない身体だけれど、柔軟で強くて細い場所に滑り込むことができる。
このヘビ型ロボットは全身にネジのようなセグメントが回転することで、地面を削るように進んでいく。
氷の世界ならば、周りの氷をゴリゴリ削って、どんどん探索をしていく。ヘビやウナギは身体をねじらせて、様々な場所に潜り込む。このロボットもまた、人間が危険でしかも入れない場所にグイグイっと潜っていく。
土星のの衛星などに生命体がいる可能性が高いという。あの辺だったら、うんと寒くて、氷だらけだろうと思うので、ばらばらっとたくさん放逐して、いっぱいデータを拾ってくれるなんてことができるかな。
小惑星にこいつを下ろしてみるのもいいかもしれないね。
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