Ilustración del concepto Extant Life Surveyor (EELS) de exobiología. Este versátil robot con forma de serpiente está diseñado para explorar de forma autónoma terrenos desconocidos en el espacio y en la Tierra sin intervención humana en tiempo real. Crédito NASA/JPL-CalTech
Un robot versátil que mapearía, atravesaría y exploraría de forma autónoma destinos previamente inaccesibles se está probando en[{» attribute=»»>NASA’s Jet Propulsion Laboratory.
How do you create a robot that can go places no one has ever seen before – on its own, without real-time human input? A team at NASA’s Jet Propulsion Laboratory that’s creating a snake-like robot for traversing extreme terrain is taking on the challenge with the mentality of a startup: Build quickly, test often, learn, adjust, repeat.
Called EELS (short for Exobiology Extant Life Surveyor), the self-propelled, autonomous robot was inspired by a desire to look for signs of life in the ocean hiding below the icy crust of Saturn’s moon Enceladus by descending narrow vents in the surface that spew geysers into space. Although testing and development continue, designing for such a challenging destination has resulted in a highly adaptable robot. EELS could pick a safe course through a wide variety of terrain on Earth, the Moon, and far beyond, including undulating sand and ice, cliff walls, craters too steep for rovers, underground lava tubes, and labyrinthine spaces within glaciers.
Team members from JPL test a snake robot called EELS at a ski resort in the Southern California mountains in February. Designed to sense its environment, calculate risk, travel, and gather data without real-time human input, EELS could eventually explore destinations throughout the solar system. Credit: NASA/JPL-Caltech
“It has the capability to go to locations where other robots can’t go. Though some robots are better at one particular type of terrain or other, the idea for EELS is the ability to do it all,” said JPL’s Matthew Robinson, EELS project manager. “When you’re going places where you don’t know what you’ll find, you want to send a versatile, risk-aware robot that’s prepared for uncertainty – and can make decisions on its own.”
The project team began building the first prototype in 2019 and has been making continual revisions. Since last year, they’ve been conducting monthly field tests and refining both the hardware and the software that allows EELS to operate autonomously. In its current form, dubbed EELS 1.0, the robot weighs about 220 pounds (100 kilograms) and is 13 feet (4 meters) long. It’s composed of 10 identical segments that rotate, using screw threads for propulsion, traction, and grip. The team has been trying out a variety of screws: white, 8-inch-diameter (20-centimeter-diameter) 3D-printed plastic screws for testing on looser terrain, and narrower, sharper black metal screws for ice.
EELS is tested in the sandy terrain of JPL’s Mars Yard in April. Engineers repeatedly test the snake robot across a variety of terrain, including sand, snow, and ice. Credit: NASA/JPL-Caltech
The robot has been put to the test in sandy, snowy, and icy environments, from the Mars Yard at JPL to a “robot playground” created at a ski resort in the snowy mountains of Southern California, even at a local indoor ice rink.
“We have a different philosophy of robot development than traditional spacecraft, with many quick cycles of testing and correcting,” said Hiro Ono, EELS principal investigator at JPL. “There are dozens of textbooks about how to design a four-wheel vehicle, but there is no textbook about how to design an autonomous snake robot to boldly go where no robot has gone before. We have to write our own. That’s what we’re doing now.”
Exobiology Extant Life Surveyor (EELS) del JPL fue diseñado como un robot serpiente autónomo que descendería a través de respiraderos estrechos en la corteza helada de la luna Encelado de Saturno para explorar el océano oculto debajo. Pero los prototipos se han puesto a prueba para preparar el robot para una variedad de entornos. Crédito: NASA/JPL-Caltech
Cómo piensa y se mueve EELS
Debido al retraso en las comunicaciones entre la Tierra y el espacio profundo, EELS está diseñado para detectar de forma autónoma su entorno, calcular el riesgo, viajar y recopilar datos con instrumentos científicos aún por determinar. En caso de problema, el objetivo es que el robot se recupere solo, sin ayuda humana.
«Imagínese un automóvil que conduce de forma autónoma, pero no hay señales de alto, ni semáforos, ni siquiera caminos. El robot tiene que averiguar cuál es el camino y tratar de seguirlo», dijo el gerente de autonomía del proyecto, Rohan Thakker, «Entonces tiene que descender por una caída de 100 pies y no caer».
Los miembros del equipo JPL EELS bajan el cabezal del sensor del robot, que usa cámaras lidar y estéreo para mapear su entorno, en un eje vertical llamado molino en el glaciar Athabasca en Columbia Británica en septiembre de 2022. El equipo regresará en 2023 y 2024 para más pruebas con versiones del robot serpiente completo. Crédito: NASA/JPL-Caltech
EELS crea un mapa 3D de su entorno utilizando cuatro pares de cámaras estéreo y lidar, que es similar al radar pero utiliza pulsos de láser cortos en lugar de ondas de radio. Con los datos de estos sensores, los algoritmos de navegación determinan el camino más seguro. L’objectif a été de créer une bibliothèque de «démarches», ou de façons dont le robot peut se déplacer en réponse aux défis du terrain, du vent latéral à l’enroulement sur lui-même, un mouvement que l’équipe appelle « plátano».
En su forma final, el robot contendrá 48 actuadores, esencialmente motores pequeños, que le dan la flexibilidad para asumir múltiples configuraciones pero agregan complejidad para los equipos de hardware y software. Thakker compara los actuadores con «48 volantes». Muchos de ellos tienen un sensor de fuerza-torque incorporado, que funciona como una especie de piel para que EELS pueda sentir la fuerza que está ejerciendo sobre el terreno. Esto le ayuda a moverse verticalmente en rampas estrechas con superficies irregulares, preparándose para empujar contra paredes opuestas al mismo tiempo como un escalador.
Los tornillos que impulsan EELS mientras proporcionan tracción y agarre están alineados en un laboratorio JPL. A la izquierda está el tornillo de aluminio negro para la prueba de hielo. Los tornillos de plástico impresos en 3D restantes, con diferentes longitudes, ángulos de ataque, alturas de rosca y nitidez de los bordes, se probaron en nieve y arena más sueltas. Crédito: NASA/JPL-Caltech
El año pasado, el equipo de EELS pudo descubrir espacios tan difíciles cuando bajaron la cabeza sensora del robot, el segmento con las cámaras y el lidar, en un eje vertical llamado molino en el glaciar Athabasca en las Montañas Rocosas canadienses. En septiembre, regresan al lugar, que en muchos sentidos es análogo a las lunas heladas de nuestro sistema solar, con una versión del robot diseñada para probar la movilidad subterránea. El equipo depositará un pequeño conjunto de sensores, para monitorear las propiedades químicas y físicas de los glaciares, que EELS eventualmente puede implementar en sitios remotos.
«Hasta ahora nos hemos centrado en la capacidad y la movilidad autónomas, pero finalmente veremos qué instrumentos científicos podemos integrar en EELS», dijo Robinson. “Los científicos nos dicen a dónde quieren ir, qué es lo que más les interesa, y les proporcionamos un robot para llevarlos allí. ¿Cómo? Como una startup, solo tenemos que construirla.
El sistema EELS es una plataforma de instrumentos móviles diseñada para explorar estructuras internas del terreno, evaluar la habitabilidad y, en última instancia, buscar evidencia de vida. Está diseñado para adaptarse a terrenos transversales inspirados en el mundo oceánico, medios fluidizados, entornos de laberintos cerrados y líquidos. Crédito: NASA/JPL-CalTech
Más información sobre el proyecto
EELS está financiado por la Oficina de Infusión y Estrategia de Tecnología en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California a través de un programa acelerador de tecnología llamado JPL Next. JPL es operado por la NASA por Caltech en Pasadena, California. El equipo de EELS trabajó con varias universidades asociadas en el proyecto, incluidas la Universidad Estatal de Arizona, la Universidad Carnegie Mellon y la Universidad de California en San Diego. El robot no es actualmente parte de ninguna misión de la NASA.