VIDEO: Robotski sustavi protiv padova na Mjesecu

Uz 6 puta manju gravitaciju u odnosu na Zemlju, Mjesec je prilično nezgodno mjesto za hodati. To je nabolje osjetilo 12 astronauta iz Apollo misija koji su imali tu čast skakutati po njegovoj površini krajem šezdesetih i početkom sedamdesetih godina prošlog stoljeća.

Ono što je bilo zajednički svima njima je da su padali dok su koračali, skakali, trčali ili nešto radili na Mjesečevoj površini, što je izazivalo salve smijeha ljudima širom svijeta koji su ih gledali u direktnim prijenosima na TV-u, njima samima, ali i osoblju u kontrolnom centru u Houstonu, a ništa manje smiješno nisu izgledali ni njihovi pokušaji da se nakon padova ponovno osove na noge, kao što možete vidjeti u ovom videu.

NASA zna da se padove na Mjesecu ne može spriječiti, ali znanstvenici i inženjeri MIT-a smatraju da im se može pomoći barem u ustajanju nakon padova, što će im sačuvati energiju i produžiti boravak na površini Mjeseca.

Oni su stoga razvili jedinstvena astronautska odijela opremljena s parom nosivih robotskih udova koji mogu fizički podržati astronauta i podići ga na noge nakon pada. Sustav, koji su istraživači nazvali Supernumerary Robotic Limbs ili SuperLimbs, dizajniran je da se produži iz ruksaka, koji bi također nosio sustav za održavanje života astronauta, zajedno s kontrolerom i motorima za napajanje udova.

"Astronauti su fizički vrlo sposobni, ali se mogu jako namučiti na Mjesecu, gdje je gravitacija jedna šestina Zemljine, dok im je inercija još uvijek ista. Nadalje, nošenje svemirskog odijela značajno je opterećenje i može suziti njihove pokrete", kaže Harry Asada, profesor strojarstva na MIT-u. "Želimo osigurati siguran način da astronauti ponovno stanu na noge ako padnu." 

Istraživači su izgradili fizički prototip, kao i kontrolni sustav za usmjeravanje udova, na temelju povratnih informacija od astronauta koji ga koristi. Tim je testirao preliminarnu verziju na zdravim subjektima koji su također dobrovoljno nosili steznu odjeću sličnu astronautskom svemirskom odijelu. Kad su volonteri pokušali ustati iz sjedećeg ili ležećeg položaja, učinili su to s manje napora uz pomoć SuperLimbsa, u usporedbi s ustajanjem koje su morali odraditi sami, kao što možete vidjeti u ovom videu.

Dizajn bi se mogao pokazati posebno korisnim u nadolazećim godinama, s lansiranjem NASA-ine misije Artemis, koja planira poslati astronaute natrag na Mjesec po prvi put u više od 50 godina. Za razliku od uglavnom istraživačke misije Apolla, astronauti Artemisa nastojat će izgraditi prvu stalnu bazu na Mjesecu, što je fizički zahtjevan zadatak koji će zahtijevati višestruke aktivnosti izvan landera (EVA). 

"Tijekom ere Apolla, kada bi astronauti padali, 80 posto vremena to je bilo kada su radili iskapanje ili neku vrstu posla s alatom", kaže član tima i doktorand MIT-a Erik Ballesteros. "Misije Artemis će se usredotočiti na izgradnju i iskapanje, tako da je rizik od pada puno veći. Mislimo da im SuperLimbs može pomoći kako bi bili produktivniji i produljili svoje EVA aktivnosti."

"U komunikaciji s NASA-om saznali smo da je ovo pitanje pada na Mjesecu ozbiljan rizik", kaže Asada. "Shvatili smo da možemo napraviti neke izmjene u našem dizajnu kako bismo pomogli astronautima da se oporave od padova i nastave s radom."

Tim je prvo proučio načine na koje se ljudi prirodno oporavljaju od pada. U svojoj novoj studiji zamolili su nekoliko zdravih dobrovoljaca da pokušaju stajati uspravno nakon što su ležali na boku, sprijeda i na leđima.

Istraživači su zatim promatrali kako su se pokušaji volontera da stoje promijenili kada su im pokreti bili suženi, slično načinu na koji su pokreti astronauta ograničeni masom njihovih svemirskih odijela. Tim je izradio odijelo koje oponaša krutost tradicionalnih svemirskih odijela, a volonteri su ga obukli prije nego što su ponovno pokušali ustati iz različitih palih položaja. Redoslijed pokreta dobrovoljaca bio je sličan, iako je zahtijevao mnogo više truda u usporedbi s njihovim neopterećenim pokušajima.

Tim je mapirao pokrete svakog volontera dok su ustajali i otkrili da su svi izvodili zajednički slijed pokreta, prelazeći iz jedne poze ili "točke puta" u drugu, predvidljivim redoslijedom.

"Ti ergonomski eksperimenti pomogli su nam da na jednostavan način modeliramo kako čovjek stoji", kaže Ballesteros. "Mogli bismo pretpostaviti da oko 80 posto ljudi ustaje na sličan način. Zatim smo dizajnirali kontroler oko te putanje."

Tim je razvio softver za generiranje putanje za robota, slijedeći niz koji bi pomogao poduprijeti čovjeka i podići ga na noge. Upravljač su primijenili na tešku, fiksnu robotsku ruku koju su pričvrstili na veliki ruksak. Istraživači su zatim pričvrstili ruksak na glomazno odijelo i pomogli volonterima da se vrate u odijelo. Zamolili su volontere da ponovno legnu na leđa, sprijeda ili na bok, a zatim su ih zamolili da pokušaju stajati jer je robot osjetio pokrete osobe i prilagodio se kako bi im pomogao ustati.

Sve u svemu, volonteri su mogli ustajati s puno manje napora uz pomoć robota, u usporedbi s onim kad su pokušavali ustajati sami dok su nosili glomazno odijelo.

"Osjećaj je poput dodatne sile koja se kreće s tobom", kaže Ballesteros, koji je također isprobao odijelo. "Zamislite da nosite ruksak i netko vas zgrabi za vrh i nekako povuče gore. S vremenom to postane nekako prirodno."

Istraživači planiraju upariti kontrolni sustav sa svojom najnovijom verzijom SuperLimbsa, koji se sastoji od dvije višezglobne robotske ruke koje se mogu izvući iz ruksaka. Ruksak bi također sadržavao bateriju i motore robota.

Tijekom ljeta Ballesteros će izgraditi puni SuperLimbs sustav u NASA-inom Laboratoriju za mlazni pogon, gdje planira pojednostaviti dizajn i minimizirati težinu njegovih dijelova i motora korištenjem naprednih, laganih materijala. Zatim će upariti udove s astronautskim odijelima i testirati ih u simulatorima niske gravitacije, s ciljem da jednog dana pomognu astronautima u budućim misijama na Mjesec i Mars.