La NASA déploie l'intelligence robotique pour responsabiliser les astronautes et l'industrie

MoveIt Pro de PickNik, développé en partie grâce au financement et à l'aide de la NASA, automatise les démonstrations de bras robotiques dans les halls de deux centres d'apprentissage Amazon Web Services. (Image :PickNik Inc.)

Être astronaute n'est pas toujours glamour.

Les membres de l'équipage de la station spatiale passent environ un tiers de leur temps à transporter des marchandises provenant de capsules de réapprovisionnement et à transporter des sacs poubelles, a déclaré Shaun Azimi, qui dirige l'équipe Dexterous Robotics au Johnson Space Center de la NASA à Houston. Et cela avec un équipage de sept personnes à plein temps.

Alors que la NASA prévoit des séjours prolongés d’astronautes sur et autour de la Lune lors des dernières missions Artemis, l’agence souhaite que des robots prennent en charge certaines de ces tâches subalternes, libérant ainsi les membres d’équipage pour qu’ils puissent faire davantage de science et d’exploration pour lesquels ils sont là. Le problème est que, même si les robots de science-fiction peuvent souvent passer pour des humains, développer des robots du monde réel – qui ressembleraient plus probablement à des bras mobiles à six articulations – pour effectuer même les tâches humaines les plus simples est extrêmement compliqué.

Hivebotics à Singapour utilise une version personnalisée de MoveIt Pro pour automatiser son produit phare, un robot de nettoyage de toilettes nommé Abluo. (Image :PickNik Inc.)

"Historiquement, la manipulation robotique est comme un gros bras dans une usine qui déplace le châssis d'une voiture d'un tapis roulant à un autre", a déclaré Ezra Brooks, ingénieur logiciel principal chez PickNik Inc., notant qu'aucune intelligence n'est nécessaire pour répéter encore et encore cet ensemble d'actions préprogrammées.

Amener un robot à reconnaître un objet dans un environnement non structuré, à s'en approcher et à effectuer une opération avec lui est une tâche totalement différente et bien plus difficile. C'est le défi que Boulder, basé à CO, PickNik, est en train de relever, avec l'aide de l'agence spatiale.

Par exemple, l'entreprise a travaillé avec des roboticiens de Johnson pour tester un logiciel permettant à un robot de reconnaître une trappe sur un vaisseau spatial (y compris son loquet, sa poignée et ses charnières), puis de tourner le loquet, de saisir la poignée et d'ouvrir la porte.

L'interface utilisateur du logiciel de contrôle robotique MoveIt Pro de PickNik Robotics montre le travail effectué par l'entreprise avec le constructeur automobile BMW pour rendre les robots de chaîne de montage plus capables de faire face à des situations inattendues. (Image :PickNik Inc.)

Le simple fait de planifier le mouvement depuis une configuration de départ donnée des articulations d'un bras de robot jusqu'à une configuration finale qui le prépare pour l'action suivante « nécessite des calculs très intelligents et beaucoup de puissance CPU », a déclaré Brooks. "Ensuite, une fois que vous exécutez réellement cette trajectoire, le logiciel indique au robot tous les mouvements minuscules qu'il doit effectuer. Peut-être plus de 1 000 fois par seconde, il envoie des commandes disant de déplacer cette articulation à cette vitesse ou de se déplacer vers cette position légèrement différente. " Un algorithme de retour de force permet au robot de savoir quand il a saisi le loquet, et un algorithme de contrôle détermine la force utilisée par le robot pour le faire tourner.

Alors qu'il reste beaucoup de travail à faire pour préparer les robots aux opérations lunaires, le logiciel PickNik développé avec l'aide de la NASA trouve déjà des applications sur Terre.

Les travaux chez Johnson, financés dans le cadre du programme Small Business Innovation Research (SBIR), ont été réalisés dans le nouveau banc d’essai d’évaluation mobile intégré pour les opérations robotiques (iMETRO) du centre. Là, l'équipe a également prouvé la capacité du logiciel à faire entrer et sortir les sacs de transfert de fret à bras du type utilisé sur la Station spatiale internationale dans et hors de la trappe et d'un bac de stockage, en prévision des futures missions Artemis des robots.

Le logiciel PickNik testé avec Azimi, désormais connu sous le nom de MoveIt Pro, a été développé grâce au financement SBIR de la NASA et de la Space Force, et d'autres contrats SBIR de la NASA ont permis d'affiner son interface utilisateur et d'améliorer son autonomie et sa capacité à se remettre d'une panne.

Les premières missions d'Artemis seront courtes, mais à terme, des équipages d'environ quatre personnes pourraient passer un mois par an sur la Lune et dans une station spatiale en orbite lunaire, appelée Gateway. Au cours des 11 autres mois, a expliqué Azimi, les robots pourraient charger et décharger des fournitures et effectuer des travaux simples d'inspection et de maintenance, permettant ainsi à l'équipage suivant de tirer le meilleur parti de son séjour. "J'aime y voir un moyen de maximiser la valeur de l'argent que nous dépensons pour amener les humains sur la surface lunaire", a-t-il déclaré.

Il a noté que les mêmes robots pourraient remplir des rôles similaires sur les stations spatiales commerciales qu'une poignée d'entreprises construisent actuellement pour l'orbite terrestre basse, et dont l'équipage ne serait probablement qu'à temps partiel.

Pour l'instant, a déclaré Azimi, PickNik construit une base de clients commerciaux sur Terre, ce qui aide à financer le développement de produits et à le rendre durable. "Ainsi, notre développement via les SBIR de la NASA se concentre sur les écarts entre ce cas d'utilisation terrestre et le cas d'utilisation dans l'espace." Par exemple, une communication incohérente entre la Terre et la Lune nécessitera des robots plus indépendants. Et la capacité de résoudre à distance tout problème qui survient sera bien plus importante lorsque les opérateurs humains se trouveront à 240 000 milles. Mais toutes ces capacités sont également utiles sur Terre.

Dans le banc d'essai d'évaluation mobile intégré pour les opérations robotiques du Johnson Space Center, le logiciel de contrôle robotique PickNik a prouvé ses prouesses dans des tâches telles que le passage des sacs de transfert de marchandises à travers une écoutille et leur placement dans des bacs de stockage, en prévision du travail que la NASA souhaite que les robots effectuent lors des missions Artemis ultérieures. (Image :NASA)

Brooks a déclaré que l'entreprise de 35 personnes n'aurait peut-être pas développé de produit commercial sans un financement précoce de la NASA. En robotique, a-t-il déclaré, "il faut faire des années et des années de recherche et de développement itératif pour essayer d'affiner les algorithmes et faire de la science sérieuse pour arriver au point où vous pourriez même vendre un produit distinct." La NASA a financé une grande partie de ce travail fondamental.

Et, a-t-il ajouté, il est utile de travailler avec l’une des principales organisations de robotique au monde. "Travailler avec la NASA est vraiment gratifiant du point de vue de pouvoir plonger au plus profond de problèmes vraiment difficiles que presque personne d'autre n'est encore confronté."

En fait, Brooks s'est heurté à certains de ces problèmes en tant qu'entrepreneur de la NASA travaillant sur la mission de maintenance, d'assemblage et de fabrication en orbite 1 de l'agence, un projet de robotique ambitieux qui a fini par être annulé quelques années après son départ pour PickNik. Il a déclaré que son travail l'avait aidé à prévoir et à relever les défis auxquels l'équipe MoveIt serait confrontée.

Tous les développements logiciels financés par la NASA ont déjà été intégrés dans MoveIt Pro, le produit phare de la société, a déclaré Brooks. Sorti en 2023, le logiciel a trouvé une clientèle importante. BMW l'utilise pour apporter plus d'intelligence à ses chaînes d'assemblage robotiques et automatise les démonstrations de bras robotiques dans les halls de deux centres d'apprentissage Amazon Web Services.

Une société appelée Lightspeed utilise MoveIt Pro pour programmer d’énormes bras robotiques qui construisent des « panneaux » de murs, de toits et de sols dans le but de répondre à la pénurie nationale de logements abordables. Et PickNik a personnalisé le logiciel pour aider Hivebotics de Singapour à automatiser son produit phare, un robot de nettoyage de toilettes nommé Abluo.

Cependant, pour que MoveIt Pro puisse un jour automatiser les robots dans l'espace, Brooks a déclaré que les ingénieurs et les agences spatiales devront faire beaucoup de travail pour renforcer la confiance dans l'intelligence robotique pour les missions spatiales. "C'est bien plus compliqué que n'importe quel autre logiciel ayant jamais été envoyé dans l'espace."

Mais Azimi a déclaré que le gain en vaudrait la peine. Des robots capables d'effectuer des travaux logistiques pourraient probablement assurer la maintenance des installations et même poursuivre les expériences scientifiques pendant que l'équipage est absent, a-t-il déclaré. "Tout ce que les robots peuvent faire au cours de ces 11 mois, vous êtes en avance sur ce que vous seriez si vous n'aviez pas du tout cette capacité."

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