NASA、ロボット知能を導入して宇宙飛行士と産業に力を与える

PickNik の MoveIt Pro は、NASA からの資金提供と支援を受けて開発され、2 つのアマゾン ウェブ サービス学習センターのロビーでのロボット アームのデモンストレーションを自動化しています。 （画像：ピックニック株式会社）

宇宙飛行士になることは必ずしも魅力的なことではありません。

ヒューストンにあるNASAのジョンソン宇宙センターでデクスタラス・ロボティクスチームを率いるショーン・アジミ氏によると、宇宙ステーションの乗組員は、補給カプセルから荷物を運び込んだり、ゴミ袋を持ち帰ったりするだけで時間の約3分の1を費やしているという。そして、それは 7 人のフルタイムのスタッフとともに行われます。

NASAは、後のアルテミスミッションで宇宙飛行士の月面および月周回滞在期間の延長を計画しているため、NASAはこうした単純作業の一部をロボットに引き継いでもらい、乗組員が本来の目的である科学や探査にもっと集中できるようにしたいと考えている。問題は、SF のロボットは人間に代わって機能することがよくありますが、現実世界のロボット (可動性の 6 関節アームに似ている可能性が高い) の開発は、人間の最も単純なタスクでさえ非常に複雑であることです。

シンガポールの Hivebotics は、MoveIt Pro のカスタム バージョンを使用して、主力製品である Ablueo という名前のトイレ掃除ロボットを自動化しています。 （画像：ピックニック株式会社）

「歴史的にロボット操作は、工場で車のシャーシをあるコンベア ベルトから別のコンベア ベルトに移動させる大きなアームのようなものです」と、PickNik Inc. の主任ソフトウェア エンジニアであるエズラ ブルックス氏は述べ、この事前にプログラムされた一連の動作を何度も繰り返すのに知性は必要ないと述べました。

ロボットに非構造化環境の物体を認識させ、それに近づき、何らかの操作を実行させることは、まったく別の、そしてはるかに難しい仕事です。これは、コロラド州ボルダーに拠点を置く PickNik が宇宙機関の支援を受けて克服している課題です。

たとえば、同社はジョンソン社のロボット工学者と協力して、ロボットが宇宙船のハッチ (ラッチ、ハンドル、ヒンジを含む) を認識し、ラッチを回し、ハンドルを握り、ドアを開けることを可能にするソフトウェアを実証しました。

PickNik Robotics の MoveIt Pro ロボット制御ソフトウェアのユーザー インターフェイスは、組み立てラインのロボットが予期せぬ状況に対処できるようにするために同社が自動車メーカー BMW と行った取り組みを示しています。 （画像：ピックニック株式会社）

ロボット アームの関節の特定の開始構成から、次のアクションに備えた終了構成までの動作を計画するだけでも、「非常に賢い計算と大量の CPU 馬力が必要です」とブルックス氏は言います。 「実際にその軌道を実行すると、ソフトウェアは必要なすべての微細な動きをロボットに伝えます。おそらく 1 秒間に 1,000 回以上、このジョイントをこの速度で動かすか、このわずかに異なる位置に動かすというコマンドを送信します。」フォース フィードバック アルゴリズムにより、ロボットがラッチを掴んだことを認識し、制御アルゴリズムにより、ロボットがラッチを回転させるために使用する力の大きさが決定されます。

ロボットを月面で運用できるように準備するには多くの作業が残されていますが、NASA の協力を得て開発したソフトウェア PickNik は、すでに地球上での応用を見出しています。

ジョンソンでの研究は、中小企業イノベーション研究 (SBIR) プログラムに基づいて資金提供され、同センターの新しいロボット運用用統合モバイル評価テストベッド (iMETRO) で実施されました。そこでチームは、将来のロボットのアルテミス任務を見据えて、国際宇宙ステーションで使用されているようなアームリフト式貨物輸送バッグをハッチや保管箱に出入りできるソフトウェアの能力も証明しました。

PickNik が Azimi でテストしたソフトウェア (現在は MoveIt Pro として知られています) は、NASA と宇宙軍からの SBIR 資金提供を受けて開発されました。さらに NASA SBIR 契約により、ユーザー インターフェースが改良され、自律性と障害からの回復能力が向上しました。

アルテミスの初期のミッションは短期間だが、最終的には4人ほどの乗組員が年に1カ月を月と、月周回軌道にあるゲートウェイと呼ばれる宇宙ステーションで過ごすことになるかもしれない。アジミ氏によると、残りの11か月間、ロボットは物資の積み降ろしや簡単な検査とメンテナンス作業を行うことができ、次の乗組員が滞在を最大限に活用できるようになったという。 「私はこれを、人類を月面に到達させるために費やした資金の価値を最大化する方法だと考えています。」と彼は言いました。

同氏は、数社の企業が現在地球低軌道向けに建設中の商用宇宙ステーションでも、同じロボットが同様の役割を果たす可能性があるが、この商用宇宙ステーションにもおそらくパートタイムでしか乗員が配置されない可能性が高いと指摘した。

今のところ、PickNik は地球上に商業顧客ベースを構築しており、それが製品開発に資金を提供し、持続可能なものにするのに役立っている、とアジミ氏は語った。 「したがって、NASA SBIR を通じた私たちの開発は、地上での使用例と宇宙での使用例との間のギャップに焦点を当てています。」たとえば、地球と月の間の通信に一貫性がない場合、より多くの独立したロボットが必要になります。また、人間のオペレーターが 24 万マイル離れた場所にいる場合、発生した問題をリモートで解決できる機能がより重要になります。しかし、これらの機能はすべて地球上でも役に立ちます。

ジョンソン宇宙センターのロボット運用統合移動評価テストベッド施設では、PickNik ロボット制御ソフトウェアが、NASA が後のアルテミス ミッション中にロボットに実行してもらいたいと考えている作業を想定して、貨物輸送バッグをハッチに通して保管箱に入れるなどのタスクでその能力を実証しました。 （画像：NASA）

ブルックス氏は、従業員35人の同社はNASAからの早期資金提供がなければ商用製品の開発はできなかったかもしれないと語った。ロボット工学では、「販売できる独自の製品を開発できるレベルに到達するには、アルゴリズムを改良し、本格的な科学を試みるという研究と反復開発を何年も行う必要がある」と彼は述べた。 NASA はその基礎工事の多くに資金を提供しました。

そして、世界有数のロボット工学組織と協力することが役立つと彼は言いました。 「NASA と協力することは、まだ誰も遭遇していない本当に難しい問題の奥深くまで踏み込むことができるという観点からすると、本当にやりがいがあります。」

実際、ブルックス氏は、NASA の請負業者として、NASA の軌道上サービス、組立、製造 1 ミッションに取り組んでいたときに、こうした問題のいくつかに直面しました。この野心的なロボット プロジェクトは、ピックニックに出発して数年後に結局キャンセルされました。この作業は、MoveIt チームが直面するであろう課題を予測し、対処するのに役立った、と彼は言いました。

NASAから資金提供されたソフトウェア開発はすべて、同社の主力製品であるMoveIt Proにすでに組み込まれているとブルックス氏は述べた。 2023 年にリリースされたこのソフトウェアは、重要な顧客ベースを獲得しました。 BMW は、ロボット組立ラインにさらなるインテリジェンスをもたらすためにこれを使用しており、アマゾン ウェブ サービスの 2 つの学習センターのロビーでロボット アームのデモンストレーションを自動化しています。

Lightspeed という会社は、手頃な価格の住宅が全国的に不足していることに対処するために、MoveIt Pro を使用して、壁、屋根、床の「パネル」を構築する巨大なロボット アームをプログラムしています。また、PickNik は、シンガポールの Hivebotics の主力製品である Aluo という名前のトイレ掃除ロボットを自動化できるようにソフトウェアをカスタマイズしました。

しかしブルックス氏は、いつかMoveIt Proが宇宙でロボットを自動化するには、エンジニアと宇宙機関が宇宙ミッションにおけるロボット知能への信頼を築くために多くの努力をする必要があると述べた。 「これは、これまでに宇宙に飛ばされた他のどのソフトウェアよりもはるかに複雑です。」

しかしアジミさんは、その見返りは努力の価値があると語った。物流作業が可能なロボットであれば、おそらく施設のメンテナンスを行うことができ、乗組員がいない間も科学実験を継続することさえできるだろうと同氏は述べた。 「この 11 か月間でロボットができることは何でも、その能力がまったくなかった場合よりも先を行っていることになります。」

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