ESA

Der Astronaut Frank Rubio arbeitete an Bord der Internationalen Raumstation mit einem kleinen Team von Robotern auf der Erde zusammen, um eine komplexe Aufgabe zu erfüllen – ein erster Test eines neuen Ansatzes zur Kombination menschlicher und robotischer Fähigkeiten für unsere Rückkehr zum Mond und darüber hinaus.

Der zweistündige Telerobotik-Test fand in einer simulierten Planetenumgebung im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen bei München statt. Vom europäischen Columbus-Modul aus wies der NASA-Astronaut Frank Rubio drei Roboter an, ein Seismometer von einem Mondlander zu entfernen und auf dem Boden zu platzieren, um Mondbeben zu erkennen.

Frank fungierte als Aufseher des Roboterteams und arbeitete nach dem Prinzip „Zeigen und Klicken“. Bei Bedarf übernahm er mithilfe eines Force-Feedback-Geräts die direkte Kontrolle. Ein DLR-Roboterlandearm wurde mit dem humanoiden DLR-Roboter Rollin‘ Justin und dem vierrädrigen, zweiarmigen Interact-Rover der ESA kombiniert.

Ziel ist es, Aufschluss darüber zu geben, was Astronauten benötigen, wenn sie Roboter mit unterschiedlichem Grad an Unabhängigkeit betreiben, der sogenannten „skalierbaren Autonomie“. Dieser Ansatz ermöglicht es Astronauten, mehr Kontrolle über die Roboter zu haben.

Im Testszenario, dem ersten in der „Surface Avatar“-Reihe, musste ein festsitzender Stift aus dem Lander entfernt werden, bevor Justin das Seismometer positionieren konnte. Mittlerweile war der Interact-Rover bei einer Probenahme an der Oberfläche durch ein Beben beschädigt worden, sodass die noch in seinem Greifer steckende Probe von Justin geborgen und auf dem Lander platziert werden musste.

Frank erledigte alle Aufgaben termingerecht und gab dem Team gleichzeitig wertvolles Feedback zu Funktionen der Benutzeroberfläche und der Roboter. Diese werden in der nächsten Sitzung von Surface Avatar im Januar 2024 implementiert und validiert.

Dieser erste Test ebnet den Weg für einen Folgetest des Surface Avatar mit einem größeren Team von Robotern, der später in diesem Jahr vom dänischen ESA-Astronauten Andreas Mogensen während seiner Huginn-Mission durchgeführt werden soll.

Aufgrund der mit der Raumfahrt verbundenen Entfernungen ist eine direkte Fernsteuerung von Robotern auf dem Mond oder anderen Planetenoberflächen von der Erde aus unpraktisch. Stattdessen besteht die Idee darin, diese Roboter von Astronauten im Orbit steuern zu lassen, um den Mond und später andere außerirdische Umgebungen zu erkunden und dort Maßnahmen zu ergreifen, ohne die Kosten und das Risiko einer Landung.

„Unser mit dem DLR durchgeführtes METERON-Projekt hat die Machbarkeit dieser Force-Feedback-Steuerungstechnik aus der lokalen Umlaufbahn bewiesen, es auf die Arbeit mit Astronauten auf der ISS ausgeweitet und in einer Outdoor-Kampagne in der mondähnlichen Umgebung des Ätna auf Sizilien gipfelt“, erklärt Thomas Krueger, Leiter des Human Robot Interaction Lab der ESA, in Zusammenarbeit mit dem DLR-Institut für Robotik und Mechatronik.

„Mit Surface Avatar kombinieren wir den direkten Teleoperationsansatz mit überwachter Autonomie, um mehrere Roboteranlagen zu steuern und komplexe Aufgaben zu erledigen: Stellen Sie sich eine Baustelle auf der Erde vor, wo ein Kran neben einem Bulldozer oder Bagger arbeiten könnte, um eine große Aufgabe zu erledigen.

„Mit diesem Test wollen wir herausfinden, wie sich die Astronauten in der Praxis schlagen. Welchen Steuerungsmodus wählen sie? Verfügen sie über ein Situationsbewusstsein, indem sie die Welt durch die Augen mehrerer Roboter sehen? Und welche Urteile fällen sie in ihrem Kopf darüber, wie sie sich verhalten sollen?“

Das Surface Avatar-Testszenario geht von der relativ strukturierten Umgebung einer Planetenoberflächenbasis aus, in der die Roboter bereits wissen, wie sie mit einigen Objekten um sie herum und den anderen Robotern vor Ort interagieren sollen. Eine Augmented-Reality-Anzeige erzeugt also eine Liste von Optionen, die der Controller auswählen kann.

Steht die gewünschte Option nicht zur Verfügung, wechselt der Astronaut zur Direktsteuerung und spürt über ein Force-Feedback-Steuergerät genau, was der Roboterarm erfährt, was ein hohes Maß an Präzision ermöglicht.

„Wir freuen uns, dem Ziel, Astronauten und Experten auf der Erde ein breites Spektrum an Möglichkeiten zu bieten, Teams verschiedener Roboter im Weltraum zu steuern und zu steuern, einen Schritt näher gekommen zu sein“, sagt Projektleiter Neal Y. Lii vom DLR-Institut für Robotik und Mechatronik. „Wir werden unsere Roboter an der Oberfläche als ihre physischen Avatare und intelligenten Mitarbeiter nutzen können, um immer komplexere Aufgaben auszuführen.“

Thomas stimmt zu: „Diese Mensch-Roboter-Zusammenarbeit ebnet den Weg für zukünftige Missionen und dauerhafte Außenposten auf dem Mond und darüber hinaus.“

Surface Avatar ist ein ExPeRT-Projekt zur Explorationsvorbereitungsforschung und -technologie, das im Rahmen des Terra Novae-Programms der ESA stattfindet.

Giorgio Magistrati, ExPeRT-Teamleiter, bemerkt: „Für unsere Studien zur Vorbereitung zukünftiger Explorationsszenarien und Missionen liefern diese praktischen Experimente wertvolle Einblicke in erforderliche Technologien und Betriebskonzepte. Sie ermöglichen es uns auch, Technologielücken zu identifizieren und zu schließen und gezielte ESA-Aktivitäten zur Umsetzung der Terra Novae-Strategie zu initiieren. Die anspruchsvolle Erforschung von Mond und Mars erfordert internationale Zusammenarbeit und die vorgeschlagenen Experimente stellen wertvolle Beispiele dafür dar, wie Agenturen erfolgreich zusammenarbeiten können.“

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