Новая структура обеспечивает взаимодействие человека и робота для более широкого доступа к глубоководным научным исследованиям.
Научное исследование глубин океана в значительной степени остается недоступным для большинства людей из-за препятствий для доступа, связанных с инфраструктурой, обучением и физическими возможностями для проведения океанографических исследований в море.
Теперь новая и инновационная основа океанографических исследований дает возможность береговым ученым, гражданским ученым и широкой общественности беспрепятственно наблюдать и контролировать процессы отбора проб с помощью роботов.
Структура общей автономии для удаленного сотрудничества (SHARC) «позволяет удаленным участникам выполнять операции на корабле и управлять роботами-манипуляторами» — например, на дистанционно управляемых транспортных средствах (ROV) — «используя только базовое подключение к Интернету и оборудование потребительского уровня, независимо от их предыдущий опыт пилотирования».
Об этом говорится в статье в журнале Science Robotics , озаглавленной «Улучшение научных исследований морских глубин посредством общей автономии в удаленных манипуляциях». Структура была разработана исследовательской группой из Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI), Массачусетского технологического института (MIT) и Технологического института Тойота в Чикаго (TTIC).
Платформа SHARC обеспечивает сотрудничество в режиме реального времени между несколькими удаленными операторами, которые могут подавать целевые команды с помощью простой речи и жестов рук, надевая очки виртуальной реальности в интуитивно понятном трехмерном представлении рабочего пространства.
С помощью SHARC «мы можем открыть оперативные аспекты глубоководных исследований для гражданских ученых , будь то дети в классе или люди, которые не могут присутствовать на корабле из-за логистических или физических требований», — сказал соавтор Ричард Камилли, главный исследователь проекта и научный сотрудник отдела прикладной физики и инженерии океана WHOI. «Гражданские учёные могут взаимодействовать с роботизированной рукой-манипулятором ROV в виртуальном мире, что в некоторой степени аналогично научно-фантастической голографической системе «голодек», используемой на космических кораблях Федерации в «Звездном пути».
SHARC обеспечивает взаимодействие человека и робота — иногда называемое общей автономией — которое делегирует обязанности между роботом и человеком-оператором на основе их взаимодополняющих сильных сторон. Робот, например, может решать кинематику, планирование движения, обход препятствий и другие задачи низкого уровня, в то время как люди-операторы берут на себя ответственность за понимание сцены высокого уровня, выбор цели и планирование на уровне задач. Кроме того, SHARC допускает параллельную, а не последовательную работу.
«Мы просто даем роботу цель, и он находит решение», — сказал Камилли. «Люди и робот могут сотрудничать вместе, при этом мы не ждем, пока произойдет одно событие, чтобы сделать следующее. Пока роботизированная рука выполняет задачу, мы можем сосредоточиться на следующей цели».
В сентябре 2021 года, в разгар пандемии COVID, ученые успешно протестировали SHARC. Во время океанографической экспедиции в бассейне Сан-Педро в восточной части Тихого океана члены команды SHARC управляли гибридным ROV Nereid Under Ice (NUI) компании WHOI на расстоянии тысяч километров, используя виртуальную реальность и настольные интерфейсы SHARC.
Члены команды, физически находящиеся в Чикаго, Бостоне и Вудс-Хоуле, совместно собрали образец физического керна и записали на месте рентгеновские флуоресцентные измерения микробных матов и отложений морского дна на глубинах воды, превышающих 1000 метров.
«Эта статья действительно подчеркивает потенциал общей автономии, которая поможет демократизировать доступ к морским глубинам», — сказала ведущий автор Эми Фунг, студентка совместной программы MIT-WHOI по океанографии/прикладным наукам об океане и аспирантуре. Фунг был одним из ученых, управлявших транспортным средством NUI во время испытаний SHARC в 2021 году.
«Благодаря SHARC наша береговая команда смогла собрать образцы морского дна на расстоянии более 4000 километров без специального оборудования или обширной предварительной подготовки. студентов и энтузиастов активно участвовать и вносить свой вклад в операции по исследованию глубоководного океана по мере их проведения, что, в свою очередь, может способствовать повышению уровня океанической грамотности среди широкой общественности», — добавил Фунг.
«Независимо от того, находятся ли они на земле, в воздухе или в океане, большинство роботов, которые действуют сегодня, делают это одним из двух совершенно разных способов: полная автономия или полное дистанционное управление высококвалифицированными пилотами, причем последнее является стандартным для таких настроек, как подводные манипуляции. которые включают в себя сложные взаимодействия между роботами и окружающей их средой. В этой статье описывается новая структура, которая позволяет роботам действовать между этими двумя крайностями таким образом, чтобы использовать преимущества взаимодополняющих возможностей роботов и людей», — сказал соавтор Мэтью Уолтер, научный сотрудник профессор ТТИЦ.
Уолтер также в настоящее время является приглашенным исследователем WHOI; ранее он был студентом совместной программы MIT-WHOI. «SHARC позволяет людям, практически не имеющим подготовки, выполнять сложные задачи с помощью глубоководных роботов под контролем пилотов, не выходя из своих домов и офисов, благодаря сочетанию речи и виртуальной реальности, и, в свою очередь, обещает по-новому определить, как мы используем роботы для морской науки и техники», — пояснил он.
Кроме того, SHARC не зависит от конкретного типа ROV, манипулятора или других факторов. «Мы можем применять одну и ту же технологию SHARC с совершенно разными роботизированными руками и транспортными средствами в совершенно разных контекстах», — сказал Камилли. Платформа SHARC «является гибкой и независимой от аппаратного обеспечения».
«Используя структуру SHARC для научных исследований в глубоководных водах, которые представляют собой очень сложную и неструктурированную среду, подчеркивается, что эту технологию можно использовать во многих различных операционных контекстах, включая потенциальное обслуживание подводной научной инфраструктуры, операции в дальнем космосе, вывод из эксплуатации ядерных объектов и даже восстановление неразорвавшихся боеприпасов», — добавил Камилли.
