Astronaut Andreas Mogensen bestuurt robot vanuit de ruimte

De Deense ESA-astronaut Andreas Mogenson zal vanuit het internationale ruimtestation ISS, dat op 400 kilometer boven onze hoofden zweeft, de centauriërachtige Interact Robot een buitenrit laten maken op het terrein van ESTEC in Noordwijk. 

Tijdens het ritje voelt hij dezelfde weerstand die de robotarmen van de Interact voelen, dankzij de haptische terugkoppeling van de Interact. Daardoor kan Mogenson vanuit de ruimte zeer precieze handelingen uitvoeren op aarde.

“Wanneer mensen nauwkeurig taken moeten uitvoeren, bijvoorbeeld wanneer we een sleutel in een slot steken, dan vertrouwen we voor een groot deel op gevoel”, weet André Schiele van ESA's telerobotica en haptica-lab en het Robotics Institute van de TU Delft.

“Visuele informatie speelt daarbij vaak maar een kleine rol", vervolgt Schiele. "We kunnen deze kleine taken met onze ogen dicht uitvoeren. Aanraking bevat belangrijke informatie over de geometrische relatie tussen voorwerpen. Daardoor wordt het voor ons makkelijker taken intuïtief en dus sneller uit te voeren."

Tijdens het besturen van een robot ontbreekt dat gevoel. “Zonder haptische feedback moet de bestuurder van een robotarm of robot heel voorzichtig zijn om niets in de omgeving van de robot te beschadigen”, aldus Schiele. “Daardoor neemt zelfs het uitvoeren van de simpelste taken in de ruimte veel tijd in beslag.”

Klaar voor actie

Voor de ontwikkeling van de Interact Robot werkte het team van ESA's telerobotica- en haptica-lab nauw samen met studenten van de Technische Universiteit Delft. Het van vierwielaandrijving voorziene voertuig is uitgerust met een head-mounted camera en een set robotarmen. Die armen zijn ontworpen om met behulp van force-feedback de bestuurder op afstand te laten voelen wat de robotarmen zelf voelen.

Het experiment van Andreas Mogenson staat momenteel op de planning voor maandag 7 september. Op die dag rijdt Mogenson de Interact vanuit het ISS rond op het terrein van ESA's technologische hart ESTEC. 

De commando's die astronaut Mogenson van de ruimte uitzendt bij het besturen van de Interact reizen via een systeem van geostationaire satellieten naar de aarde. Ze leggen tijdens die reis een afstand van bijna 90.000 kilometer af. Toch voelt Andreas vrijwel direct wat de robot voelt. 

Andreas, die op 2 september begint aan zijn reis naar het ISS, zal de robot eerst richting een experimentenbord sturen. Daar zal hij een metalen pin inpluggen. De operatie moet heel precies uitgevoerd worden: er is slechts eenzesde millimeter speling.

“Taken als deze zijn erg moeilijk uit te voeren met alleen visuele informatie”, legt Schiele uit. “Maar wanneer je dankzij force-feedback voelt wanneer de pin het bord raakt, wordt het al een heel stuk makkelijker. De Interact en zijn robotische armen zijn zeer geavanceerd. Waar robotarmen normaal erg stijf zijn, zijn de armen van de Interact veel zachten en flexibeler.”

Dankzij hun flexibiliteit kunnen de robotarmen van de Interact beter omgaan met hun omgeving dan de armen van andere robots. “Wanneer ze een object aanraken reageren ze op eenzelfde manier als een menselijke arm. De bestuurder voelt dankzij force-feedback dat hij een voorwerp heeft geraakt, zonder dat voorwerp daadwerkelijk te beschadigen. Met die informatie kan de astronaut inspelen op de situatie, net zoals hij zou doen als hij de taak van de robotarm zelf zou uitvoeren. Daardoor wordt het besturen van de robotarmen erg intuïtief en is het makkelijker om robots te besturen op afstanden tot 450.000 kilometer.”

Op de maan en op aarde

Omdat de signalen die astronaut Andreas Mogenson naar de Interact stuurt zo'n 90.000 kilometer afleggen voordat ze bij hun bestemming zijn, treedt er een tijdsvertraging van ongeveer een seconde op. 

“De astronaut krijgt ondersteuning van slimme software en controlemethodes”, aldus Schiele. “Maar onderzoek wijst uit dat mensen voor taken die hand-oogcoördinatie vereisen uit de voeten kunnen met een tijdsvertraging tot drie seconden. Hierdoor wordt het zelfs mogelijk om haptische besturing te gebruiken bij robots op de maan.”

Op afstand bestuurbare robots kunnen daarnaast ook op aarde erg nuttig zijn. Bijvoorbeeld in een gevaarlijke of moeilijk bereikbare gebieden in de poolgebieden, diep in de zee of na een nucleaire ramp. Het Interact-experiment is een eerste stap in de richting van de ontwikkeling van robots die hun bestuurders voorzien van sensor-input tijdens de aansturing. 

“De mogelijkheid om het gevoel van aanraking te versturen is voor de ruimtevaart een techniek die nieuwe missies mogelijk kan maken”, vindt Schiele. “Met robotische systemen als deze zouden we bijvoorbeeld een telescoop kunnen installeren of de bouw van een basis kunnen voorbereiden op de zijde van de maan die van ons is afgekeerd.”  

Volgens Schiele kunnen talloze projecten profijt hebben van de haptische technologie, zoals het plaatsen of repareren van elektriciteitsleidingen of het monteren van systemen. “Bestuurders kunnen hun assemblagetaken in de ruimte uitvoeren vanaf de aarde. En wanneer we in de toekomst naar Mars reizen, kunnen ze soortgelijke taken op het planeetoppervlak uitvoeren, terwijl ze veilig in een baan om de planeet zweven.”

Het Interact-experiment wordt uitgevoerd tussen 6 en 9 september. De precieze datum waarop het experiment plaats gaat vinden is afhankelijk van het overkoepelende schema aan boord van het ISS.