Kravlende, krybende og svævende over ESA's flade gulv
Sidste efterår var tre studenterteams fra universiteter i hele Europa på besøg i Den Europæiske Rumorganisations (ESA) Orbital Robotics Laboratory. Efter at være blevet udvalgt til at deltage i ESA Academy Experiments-programmet blev de studerende inviteret til at gennemføre den eksperimentelle del af deres forskningsprojekter i ESA’s testfaciliteter med støtte og vejledning fra eksperter.
Europas fladeste gulv
Access the video
Orbital Robotic Laboratory (ORL) beliggende i ESTEC, organisationens tekniske hjerte i Holland. ORBIT består af et 43 m²ultrafladt gulv – højdeforskellen mellem det laveste og højeste punkt er mindre end en millimeter.
Anlægget fungerer på samme måde som et airhockeybord. Dets testplatforme er udstyret med luftlejer, der skaber en stabil luftspalte mellem platformene og gulvet.
Denne luftspalte, der er tyndere end et hår og derfor næsten usynlig for det menneskelige øje, gør det muligt for platformene at bevæge sig hen over gulvet uden nogen form for friktion. Dette genskaber tilstanden af vægtløshed i to dimensioner for alle instrumenter, der er monteret på platformen.
Skywalker: at lære en robotarm at kravle hen over strukturer
Skywalker-teamet fra Aalborg Universitet i Danmark brugte det simulerede todimensionelle mikrogravitationsmiljø til at teste de forstærkede læringsalgoritmer, de har udviklet til deres robotarm. Deres projekt har til formål at demonstrere konceptet med autonom kravling i mikrogravitation.
"Vores første algoritme gør det muligt for armen at finde et forankringspunkt og forankre sig til det, alt dette mens den er fastgjort til toppen af en flydende platform," forklarer Rasmus Kristiansen fra Skywalker-teamet.
"Den anden algoritme trækker derefter den flydende base ved at bevæge armen, mens den er forankret. Denne gav os lidt problemer, da resultaterne afveg fra vores tidligere simuleringer. Heldigvis kunne vi identificere problemet, og resten af testningen forløb uden problemer."
"Målet med vores projekt var at lære en robot at kravle hen over strukturer," kommenterer Skywalker-teammedlem Daði Hrannar Davíðsson. "I øjeblikket skal robotter, der bevæger sig rundt på strukturer i rummet ved hjælp af kravlebevægelser, være forprogrammerede. Vores projekt er et proof-of-concept med det formål at forbedre robotternes evner til at samle og vedligeholde store strukturer i rummet."
V-STARS: at snyde menneskets ligevægtsorgan
I det allerførste ORBIT-facilitetseksperiment med menneskelige deltagere undersøgte V-STARS-teamet fra Birkbeck, University of London og University of Kent, Storbritannien, forholdet mellem det menneskelige vestibulære system (det område i det indre øre, der er ansvarligt for kroppens balance) og opfattelsen af vertikalitet i et mikrogravitationsmiljø.
Milena da Silva Baiao, medlem af V-STARS-teamet, forklarer: "Vores eksperiment, der involverede i alt 22 deltagere, fokuserede på brugen af vestibulær stokastisk resonans – et fænomen, hvor kontrolleret støj øger følsomheden i et sensorisk system – for at forbedre opfattelsen og potentielt fremskynde tilpasningen til mikrogravitation."
V-STARS-teammedlem Maryam Haq beskriver eksperimentet: "Mens en deltager sidder på en stol, der er fastgjort til en flydende platform, bærer vedkommende VR-briller og har små elektroder placeret bag øret. Deltageren skubbes langsomt rundt på det flade gulv i tilfældige retninger.
Elektroderne sender svage signaler for at stimulere deltagerens vestibulære system, mens vi viser dem et billede af en simpel linje i brillerne. Derefter tjekker vi deltagerens opfattelse af lodrethed ved at spørge dem, om de ser linjen som lodret eller let skrå.
Milena tilføjer: "At udføre et neurovidenskabeligt eksperiment med menneskelige deltagere var nyt for både os og ORL-teamet. Det var en udfordring at navigere i et nyt miljø og samtidig integrere vores eksperiment, men det var en utrolig værdifuld lærerig oplevelse."
GRASP: gribe objekter med en gekko-inspireret arm
GRASP-teamet fra Sapienza Universitetet i Rom, Italien, undersøgte en ny måde at udføre manøvrer med ikke-kooperative objekter i rummet. Den robotarm, de selv har udviklet, er udstyret med en klæbende griber inspireret af naturen.
"Vores eksperiment simulerer et lille rumfartøj, der nærmer sig og fanger et objekt i rummet ved hjælp af en tentakellignende gribeklo med klæbende puder inspireret af gekkoer," forklarer GRASP-teammedlem Stefano De Gasperin.
"Disse bemærkelsesværdige dyr kan nemt klæbe sig fast til overflader takket være mikroskopiske hår på deres fødder. Denne form for vedhæftning kræver hverken lim eller sugekraft, efterlader ingen rester og kan aktiveres og frigøres gentagne gange – hvilket gør den perfekt egnet til rummets vakuum."
Teammedlem Lorenzo Di Filippo tilføjer: "Vores robotarm blev monteret på en flydende platform, og dens mål – et lysegult objekt – på en anden. Først instruerede vi armen om at finde målet og bevæge sig autonomt mod det ved hjælp af indbyggede sensorer. De to tentakellignende gribkløer greb derefter fat om målet og trak det mod sig, hvilket simulerede den indledende fase af en indfangning i kredsløb.
Selvom ORBIT-faciliteten har det fladeste gulv i Europa, var det stadig relevant for vores eksperiment at identificere det fladeste område. Det var en udfordring, men i sidste ende gjorde det os i stand til at indsamle videnskabelige data af meget god kvalitet."
Hvor kreative ideer bliver til virkelighed
"På Orbital Robotics Laboratory ser vi studerende ankomme med dristige koncepter og forlade stedet efter at have opnået noget ambitiøst og unikt på egen hånd," kommenterer Marti Vilella, leder af Orbital Robotics Laboratory. "De projekter, de tester her, handler ikke kun om at fremme teknologien, men også om at løfte de studerendes professionelle karrierer til spændende veje."
Laura Borella, koordinator for ESA Academy Experiments Programme, konkluderer: "ESA Academy Experiments Programme støtter universitetsstuderende fra koncept og design til test og udførelse i avancerede tyngdekraftsrelaterede faciliteter. Det lægger vægt på professionel ingeniørpraksis, projektledelse, risikoreduktion og finansieringsstrategier med løbende vejledning fra ESA-eksperter.
Programmet er åbent for studerende fra alle akademiske baggrunde, ikke kun STEM-fag. Studerende inden for områder som design, psykologi, kommunikation eller erhvervsøkonomi bidrager ofte med værdifulde perspektiver, der forbedrer eksperimenternes kvalitet, anvendelighed og rækkevidde, hvilket afspejler den tværfaglige karakter af virkelige rumprojekter.
"Denne praktiske erfaring giver de studerende en unik indsigt i, hvordan rummissioner udvikles og styres, og supplerer deres akademiske studier med anvendelse i den virkelige verden."
Mere information
For opdaterede oplysninger om ESA's uddannelsesinitiativer, besøg ESA Learn-portalen.