L'ESA aide un groupe d'étudiants de Zurich à tester et à développer leur robot d'exploration de sauts. Appelé SpaceBok, le robot est conçu pour fonctionner sur des corps de faible gravité comme la Lune ou les astéroïdes. Il est basé sur le concept de «marche dynamique», quelque chose que les animaux sur Terre utilisent.
Des rovers comme Spirit, Opportunity et Curiosity ont fait un excellent travail pour explorer Mars. Mais ces véhicules à roues ont leurs limites: il y a des endroits où ils ne peuvent tout simplement pas se rendre. Comme le petit robot sauteur MASCOT nous l'a montré à la surface de l'astéroïde Ryugu, les robots sauteurs ont quelque chose à offrir.
Un groupe d'étudiants des institutions de Zurich développe l'un des explorateurs robotiques les plus avancés de tous les temps. SpaceBok est un robot à quatre pattes testé au centre technique ESTEC de l'ESA aux Pays-Bas. L'idée est inspirée des astronautes qui sont allés sur la Lune.
Lorsque les astronautes américains sont arrivés sur la Lune, ils ont rapidement compris que le saut était un moyen naturel de se déplacer. La faible gravité en a fait un mode de propulsion efficace, du moins pour les corps de faible masse.
"Pour les environnements de gravité plus faible de la Lune, de Mars ou des astéroïdes, sauter du sol comme ceci s'avère être un moyen très efficace de se déplacer."
Hendrik Kolvenbach de l'ETH Zurich Robotic Systems Lab
L'équipe d'étudiants zurichois, dirigée par le doctorant Hendrik Kolvenbach du Robotic Systems Lab de l'ETH Zurich, travaille sur le RobotBok depuis un certain temps. Leur conception est basée sur des animaux comme les cerfs et les antilopes (Sprinbok) et sur la façon dont ils se déplacent rapidement dans certaines circonstances.
"Au lieu de la marche statique, où au moins trois jambes restent au sol à tout moment, la marche dynamique permet des allures avec des phases de vol complet pendant lesquelles toutes les jambes restent hors du sol", a déclaré Kolvenbach dans un communiqué de presse.
Dans le passé, la construction de ces types de robots n'était pas possible. Mais les progrès technologiques rendent leur développement possible. «Les animaux utilisent des allures dynamiques en raison de leur efficacité, mais jusqu'à récemment, la puissance de calcul et les algorithmes requis pour le contrôle rendaient difficile leur réalisation sur des robots», a déclaré Kolvenbach.
Lorsque les astronautes ont atterri sur la Lune, le saut a été une réponse instinctive à la faible gravité qui s'y trouvait. Mais c'était plus facile pour eux; nous les humains avons un équilibre naturel. Pour les robots, cette capacité doit être méticuleusement conçue et intégrée, un peu comme un vaisseau spatial.
«Les astronautes se déplaçant dans le sixième de la gravité de la Lune ont adopté le saut instinctivement. SpaceBok pourrait atteindre jusqu'à 2 m de haut en gravité lunaire, bien qu'une telle hauteur pose de nouveaux défis. Une fois qu'il a décollé, le robot à pattes doit se stabiliser pour redescendre en toute sécurité - il se comporte essentiellement comme un mini-vaisseau spatial à ce stade », explique le membre de l'équipe Alexander Dietsche.
"Nous avons donc exploité l'une des méthodes utilisées par un satellite conventionnel pour contrôler son orientation, appelée roue de réaction. Il peut être accéléré et décéléré pour déclencher une réaction égale et opposée dans SpaceBok lui-même », explique Philip Arm, membre de l'équipe.
Même si les humains et les animaux peuvent sauter avec une facilité naturelle, un robot sauteur comme SpaceBok présente certains avantages. Il peut stocker de l'énergie.
"De plus, les jambes du SpaceBok intègrent des ressorts pour stocker l'énergie lors de l'atterrissage et la libérer au décollage, ce qui réduit considérablement l'énergie nécessaire pour réaliser ces sauts", ajoute un autre membre de l'équipe, Benjamin Sun.
Même si l'équipe pense que SpaceBok pourrait sauter à une hauteur de 2 mètres (6,5 pieds) sur la Lune, ils ne sont pas encore là. Jusqu'à présent, ils ont atteint une hauteur de 1,3 mètre (4,2 pieds) en gravité lunaire simulée.
L'installation d'essai aux Pays-Bas permet à l'équipe de simuler différents environnements de gravité. Sur les astéroïdes, le robot peut sauter encore plus haut que 2 mètres, et pendant de plus longues périodes, mais cela nécessite des contrôles encore meilleurs pour effectuer des atterrissages en toute sécurité.
Un autre test a utilisé une surface extrêmement plate appelée Orbital Robotics Bench for Integrated Technology (ORBIT.) ORBIT peut tester SpaceBok en deux dimensions. Dans ce test, le robot a été placé sur le côté et attaché à une base flottante. Il a ensuite rebondi côte à côte sur ORBIT, pour simuler la gravité extrêmement faible des astéroïdes.
Les tests se déroulent bien pour SpaceBok. Mais ce ne sont que des tests sur surface plane, en conditions de laboratoire. L'équipe a effectué des tests sur des surfaces inégales au chantier naval de l'ESA, mais elle a besoin de plus de tests avec des obstacles qui doivent être franchis. Une partie de cela se fera éventuellement à l'extérieur.
Sources:
- Communiqué de presse: Jumping Space Robot vole comme un vaisseau spatial
- ESA: Automatisation et robotique
- Space Magazine: un robot sauteur franco-allemand vient d'atterrir à la surface de l'astéroïde Ryugu
