La robotique spatiale plonge en profondeur

(NASA)–Quelle est la différence entre l’espace lointain et la mer profonde ? Pour un robot, la réponse est : pas grand-chose. Les deux environnements sont rudes et exigeants et, plus important encore, ils sont tous deux éloignés de l’opérateur de la machine.

C’est pourquoi une équipe d’ingénieurs qui a développé des robots au Johnson Space Center de la NASA à Houston a décidé d’appliquer son expertise à la conception d’un robot submersible à changement de forme qui promet de réduire considérablement les coûts pour une foule d’industries maritimes.

En voyageant vers sa destination, Aquanaut ressemble à une torpille élégante à hélice. Crédits : Nauticus Robotics Inc.
Le robot Aquanaut de Nauticus Robotics peut nager jusqu’à une destination et effectuer des tâches avec un minimum de supervision, ce qui permet d’économiser de l’argent pour les opérations offshore, des puits de pétrole et des éoliennes aux fermes piscicoles et plus encore. Crédits : Nauticus Robotics Inc.

« Ce que la NASA nous a vraiment appris à faire, c’est de mettre en place une autonomie logicielle robuste avec une morphologie matérielle capable et de la déployer dans un environnement distant », a déclaré Nic Radford, fondateur, président, président et PDG de Nauticus Robotics Inc., basée à Houston. ses 14 années chez Johnson, Radford a été, entre autres rôles, chef de projet adjoint et ingénieur en chef pour la conception et la construction du robot spatial humanoïde Robonaut 2. Aujourd’hui, plus de 20 ingénieurs qui ont travaillé sur ce projet et d’autres robots de la NASA ont rejoint le Une équipe de 80 personnes qu’il a constituée chez Nauticus.

Qu’un robot travaille dans l’espace ou au fond de l’océan, le plus grand point commun est que l’opérateur est loin, avec une communication et une connaissance limitées de l’environnement du robot, a-t-il déclaré. « Même si vous le placez sur la station spatiale et que vous la contrôlez depuis le sol, il n’y a pas de réseau de données à haut débit. Parler à la station spatiale pour contrôler le robot s’apparente davantage à l’utilisation d’un accès commuté. Le robot doit donc être capable de détecter et de comprendre son environnement, de franchir des obstacles et de manipuler des objets avec une intervention minimale de l’opérateur.

Pour Robonaut 2, cela signifiait que l’équipe de Radford chez Johnson devait développer non seulement du matériel robotique avancé comme des mains alimentées par des tendons, des articulations élastiques et des cellules de charge miniaturisées, mais aussi des systèmes de vision, des capteurs de force et des capteurs infrarouges pour recueillir des informations, ainsi que un logiciel de reconnaissance d’image, des algorithmes de contrôle et des contrôleurs conjoints ultra-rapides pour traiter et agir sur ces données.

Construit dans le cadre d’un partenariat entre la NASA et General Motors (GM), Robonaut 2 a été présenté comme assistant d’astronaute et a fait ses preuves à bord de la Station spatiale internationale. Mais c’était aussi une démonstration et un banc d’essai pour tous ces systèmes robotiques avancés. La NASA souhaite développer des robots pour effectuer des travaux dangereux dans l’espace, exécuter des « missions précurseurs » pour préparer le terrain pour l’arrivée d’astronautes humains et entretenir des installations telles que la station lunaire Gateway prévue lorsque les astronautes ne sont pas là. GM, quant à lui, voulait explorer la robotique qui pourrait aider les ouvriers d’usine. Le projet a abouti à environ 50 brevets, dont plusieurs ont déjà été commercialisés sous la forme d’un gant robotique que GM et d’autres utilisent maintenant sur le lieu de travail.

Couper le cordon

Contrairement à un robot dans l’espace, les robots en haute mer qui desservent les puits de pétrole offshore ou les éoliennes, par exemple, peuvent être connectés à un opérateur avec un câble pour permettre un transfert de données à haute vitesse et un contrôle étroit. Mais Radford a noté que cela se faisait au prix élevé de la dotation en personnel et de l’exploitation d’un énorme navire de soutien à la surface de l’océan, à hauteur d’environ 100 000 dollars et 70 tonnes métriques d’émissions de gaz à effet de serre par jour.

Au lieu de cela, Nauticus élimine ce cordon en permettant à ses robots d’effectuer des tâches avec un minimum de supervision, qui peuvent provenir d’un centre de contrôle sur un rivage éloigné.

Orange vif, entièrement électrique et de la taille d’une petite voiture de sport, Aquanaut, le robot emblématique de l’entreprise, ressemble à une torpille élégante à hélice alors qu’il se dirige vers sa destination. À ce stade, cependant, sa coque s’ouvre et le nez se retourne vers le haut pour révéler une suite de caméras et d’autres capteurs, désormais orientés vers l’avant. Deux bras multi-articulés se balancent, se terminant par des mains de griffes adroites qui peuvent être équipées de différents outils.

Quand est venu le temps de tester le robot en 2019, l’équipe est retournée à Johnson et l’a déposé dans la piscine d’entraînement des astronautes géants du Neutral Buoyancy Lab du centre, où il a pu nager et essayer ses systèmes à la vue des opérateurs et des caméras.

Un factotum flottant

Aquanaut est conçu pour être polyvalent, et Radford souligne qu’il ne manque pas de tâches différentes pour un robot sous-marin. L’industrie la plus connue qui bénéficierait d’un travailleur robotique sous-marin est la production pétrolière et gazière offshore, qui nécessite une énorme quantité d’équipements sous-marins et de structures de support, qui nécessitent tous une inspection et une maintenance. Mais l’énergie éolienne est celle qui connaît la croissance la plus rapide. Environ 25 000 turbines offshore devraient être opérationnelles d’ici 2030, a déclaré Radford, et toutes nécessiteront un entretien et une inspection.

Avec les populations de poissons sauvages en forte baisse, l’aquaculture – l’élevage de poissons, de crevettes et d’autres fruits de mer – doit se développer de manière significative s’il doit y avoir suffisamment de protéines pour nourrir le monde, et les filets et les cages de ces fermes sous-marines ont besoin d’un nettoyage et d’un amarrage réguliers. inspections en chaîne, a déclaré Radford.

D’autres emplois potentiels incluent la gestion des ports, la maintenance des câbles de télécommunication sous-marins, l’exploitation minière offshore de matériaux rares et les applications de défense. « L’océan est entrelacé dans tout ce que nous faisons, mais il n’est pas au premier plan des préoccupations des gens », a-t-il déclaré, estimant une économie maritime totale d’environ 2,5 billions de dollars.

Au début de 2022, Nauticus avait produit deux Aquanauts et prévoyait d’en faire construire 20 autres au cours des trois années suivantes, ainsi que plusieurs variantes personnalisées. La société prévoit principalement de les utiliser pour fournir des services abordables aux industries océaniques, plutôt que de les vendre. Pour les opérations qui nécessitent encore un certain soutien en surface, ou simplement pour transporter les robots ou d’autres marchandises, Nauticus construit un bateau autonome appelé Hydronaut, qui peut être piloté à distance ou naviguer seul. Et la société concède sous licence son logiciel de contrôle robotique – appelé toolKITT en clin d’œil à la voiture artificiellement intelligente de l’émission télévisée « Knight Rider » des années 1980 – à d’autres sociétés de robotique.

Au lieu de l’énorme navire de soutien et de l’équipage nécessaires pour faire fonctionner les robots sous-marins via des câbles, l’Aquanaut autonome peut être transporté sur un chantier par le petit bateau Hydronaut de Nauticus, qui peut naviguer avec ou sans équipage.
Crédits : Nauticus Robotics Inc.

En appliquant des solutions spatiales aux problèmes maritimes, Radford et son équipe prévoient de faire du nom Nauticus un synonyme de robotique océanique, a-t-il déclaré. « L’espace est incroyable parce qu’il semble existentiel – c’est très loin et les gens veulent l’explorer. Mais il s’avère qu’il y a aussi de nombreux défis réels ici sous l’océan, et nous pourrions faire plus pour innover dans l’« économie bleue ». »

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