Un astronaute de la station spatiale a réussi à piloter un rover de retour sur Terre à l’aide d’une technique robotique nouvellement développée, dans ce que les scientifiques ont déclaré être une “première” excitante pour surmonter un obstacle majeur aux futures missions.
Selon un article de recherche publié mercredi dans le journal Science Roboticsl’exercice pourrait déboucher sur des moyens nouveaux et améliorés pour les astronautes en orbite de contrôler les rovers explorant les paysages d’autres planètes.
“C’est la première fois qu’un astronaute dans l’espace parvient à contrôler un système robotique au sol d’une manière aussi immersive et intuitive”, a déclaré Aaron Pereira, co-auteur de l’étude du Centre aérospatial allemand DLR.
Alors que les robots effectuant des missions de reconnaissance sur d’autres planètes peuvent bénéficier d’une autonomie limitée lorsqu’ils explorent des “environnements structurés”, pour des tâches telles que la collecte d’échantillons dans des environnements inconnus, une certaine forme de “surveillance humaine” est essentielle, ont déclaré les scientifiques.
Mais le contrôle direct de ces rovers à partir d’une station de base sur Terre ou en orbite n’a pas été possible en raison du problème inhérent du retard des signaux, les temps de transmission étant limités par la vitesse de la lumière.
Les chercheurs ont déclaré que cette transmission de signaux est également affectée par une faible largeur de bande, une latence élevée et la perte de données transmises de l’orbite vers le sol, ce qui signifie que l’interaction sûre, stable et transparente entre les explorateurs robotiques et les opérateurs reste un défi technique important.
“Nous avons donc travaillé à l’élaboration d’un concept permettant aux humains de rester en toute sécurité et confortablement en orbite autour de la Lune, de Mars ou d’autres corps planétaires, tout en étant suffisamment proches pour surveiller directement les rovers à la surface”, explique l’ingénieur en robotique Thomas Krueger, qui dirige le laboratoire d’interaction homme-robot de l’Agence spatiale européenne (ESA).
Cela permet de combiner les forces humaines de flexibilité et d’improvisation avec un “robot robuste et dextre sur place pour exécuter ses ordres avec précision”, a déclaré le Dr Krueger.
Alors que dans des études précédentes, les scientifiques ont démontré le fonctionnement interactif à distance d’un rover par un astronaute dans l’espace, ceux-ci ont souffert du retard du signal et de la perte de données pendant la transmission.
Dans la nouvelle étude, les scientifiques ont développé une nouvelle méthode de contrôle qui assure la stabilité sans réduction de la vitesse ou perte de la précision du positionnement, même lorsqu’il y a un petit retard dans la transmission des données.
“Notre interface de contrôle à 6 degrés de liberté intègre un retour de force qui permet à l’astronaute de ressentir ce que ressent le rover, jusqu’au poids et à la cohésion des roches qu’il touche”, explique le Dr Pereira.
Il a ajouté que cela permet de compenser les limitations de la bande passante ou le retard du signal, et donne un réel sentiment d’immersion – “l’astronaute a l’impression d’être sur place sur la scène”.
Fin 2019, grâce à cette nouvelle méthode, l’astronaute Luca Parmitano, à bord de l’ISS, a fait fonctionner le rover Interact de l’ESA, équipé de pinces, dans un environnement lunaire fictif à l’intérieur d’un hangar à Valkenburg, aux Pays-Bas, pour sonder des roches et collecter des échantillons.
L’astronaute a pris le contrôle du rover depuis la station spatiale et l’a conduit sur un parcours d’obstacles jusqu’à un site d’échantillonnage où il a prélevé une roche, tout en tournant autour de la Terre à bord de l’ISS à une vitesse d’environ 28 800 km/h (17 900 mph).
Les chercheurs affirment que l’essai de deux heures entre l’espace et la terre a été couronné de succès : il a permis de surmonter un retard de signal bidirectionnel de plus de 0,8 seconde en moyenne et un taux de perte de paquets de données de plus de 1 %.
Le taux de perte de paquets – une mesure de la fiabilité d’un réseau de communication – est le nombre de paquets de données non reçus divisé par le nombre total de paquets envoyés, et en général, les experts disent qu’un taux de 1 à 2,5 pour cent peut être acceptable.
“Même si l’ISS est en orbite à seulement 400 km au-dessus de nos têtes, ses signaux sont relayés vers la Terre via des satellites de télécommunications géostationnaires, puis vers l’Europe depuis le Texas via un câble transatlantique”, a déclaré le Dr Pereira.
Les scientifiques ont dû concevoir un algorithme de contrôle capable de fonctionner de manière stable malgré ce décalage temporel.
“Les scientifiques ont dû concevoir un algorithme de commande capable de fonctionner de manière stable malgré ce décalage. Cela pourrait conduire le robot à se désynchroniser avec son contrôleur, à vibrer comme un fou, voire à s’endommager”, a déclaré le Dr Pereira.
Pour éviter que cela ne se produise, les chercheurs ont utilisé un concept appelé “passivité”, dans lequel ils ont examiné la quantité globale d’énergie dépensée par un opérateur, et se sont assurés que le robot ne donne jamais un coup de main.de plus d’énergie que celle du côté éloigné, et vice-versa.
“Comme lorsque vous poussez un enfant sur une balançoire, il n’ira jamais plus haut que la première balançoire, et avec la friction et ainsi de suite, il se balancera progressivement de plus en plus bas”, a expliqué le Dr Pereira.
“Ainsi, par exemple, lorsque le bras du robot est en mouvement et qu’il heurte soudainement un rocher, il lui faut une énergie supplémentaire pour se déplacer, ce que l’astronaute n’a pas commandé, alors nous réduisons immédiatement l’énergie de commande pour ralentir le bras. Ensuite, après le délai de 850 microsecondes, lorsque l’astronaute sent le rocher, il peut alors choisir d’ajouter l’énergie supplémentaire pour le pousser”, a-t-il ajouté.
Citant les limites de l’étude, les scientifiques ont déclaré que l’environnement lunaire intérieur simulé utilisé dans l’étude “manque de réalisme”.
Dans le cadre d’études ultérieures, ils prévoient de tester le système de contrôle sur les pentes volcaniques de l’Etna en Italie, dans le cadre d’une campagne d’essai robotique internationale plus vaste appelée Arches.
