Een nieuw wetenschappelijk onderzoek heeft onderzocht in hoeverre humanoïde robots die op aarde zijn getraind, in staat zijn om te functioneren onder de specifieke omstandigheden van de maan. De resultaten tonen aan dat de overdracht van bewegingsvaardigheden tussen verschillende zwaartekrachtomgevingen asymmetrisch is en sterk afhankelijk is van de gebruikte trainingsmethoden.
In een recent gepubliceerd document op arxiv.org hebben onderzoekers, waaronder Guillem Casadesus Vila, de effectiviteit van verschillende 'controllers' (besturingssystemen) voor humanoïde robots getest. De focus lag hierbij op de combinatie van verminderde zwaartekracht, variërende terreinen en de specifieke bodemgesteldheid van de maan. Tot nu toe was er in de robotica vooral onderzoek gedaan naar lage zwaartekracht op harde ondergronden, of naar korrelige terreinen onder aardse zwaartekracht, maar zelden naar de combinatie van beide voor humanoïde systemen.
Simulaties met de Unitree G1
Voor het onderzoek werd gebruikgemaakt van een gesimuleerde versie van de Unitree G1-robot. De onderzoekers trainden twaalf verschillende beleidsregels (policies) met één specifieke methode, waarbij ze varieerden in zwaartekracht, de geometrie van het terrein en het type grondcontact. Hierbij werd onderscheid gemaakt tussen rigide ondergronden en een model gebaseerd op de three-dimensional resistive force theory (3D RFT) om bodeminteracties na te bootsen.
Een belangrijk onderdeel van de test was het evalueren van SONIC, een reeds uitgebrachte generalistische controller voor humanoïden. De resultaten hiervan waren echter beperkt; volgens de overleefde SONIC op de maan op een rigide ondergrond in maximaal 10 procent van de gevallen.
Asymmetrie in zwaartekrachtoverdracht
Uit de data blijkt dat de overstap van de aarde naar de maan makkelijker verloopt dan andersom. Robots die uitsluitend op aarde waren getraind, behielden een overlevingspercentage van 0,64 tot 0,75 wanneer ze op een vlakke, rigide ondergrond op de maan werden geplaatst.
De omgekeerde situatie is echter problematisch: robots die specifiek voor de maan waren getraind of via fine-tuning waren aangepast aan de maanomstandigheden, waren niet in staat om rechtop te blijven staan op aarde. Dit bevestigt dat de overdracht van bewegingsvaardigheden tussen deze twee omgevingen asymmetrisch is.
De rol van terrein en bodem
Het onderzoek benadrukt dat training op ruw terrein de robuustheid van de robots aanzienlijk verhoogt. Bij training op ruwe ondergronden steeg het overlevingspercentage op aarde van 0,53 naar 0,98, terwijl dit op de maan steeg van 0,80 naar 0,99.
Wat betreft de bodemgesteldheid bleek training met 3D RFT (bodemsimulatie) behulpzaam voor robots op aards zand en voor robots die getraind waren op ruw terrein. Op de stijvere maanbodem was dit effect echter minder uitgesproken. De resultaten tonen aan dat maan-getrainde robots een groot deel van hun voortgang op rigide grond behouden wanneer ze op maanregoliet lopen, mits de voetdruk van de G1-robot laag blijft.
Conclusie en toekomstperspectief
De meest succesvolle benadering bleek een controller te zijn die getraind werd met een randomisatie van de zwaartekracht op ruw 3D RFT-terrein. Deze specifieke configuratie behaalde een gemiddeld overlevingspercentage van ten minste 0,84 op aarde en 0,96 op de maan voor alle belangrijke testscenario's tot een hellingshoek van 20 graden.
De auteurs van het merken op dat deze resultaten gebaseerd zijn op simulatievoorspellingen en afhankelijk zijn van het gebruikte contactmodel en de aangenomen stijfheid van de bodem. Hoewel externe tools zoals mapped.earth inzicht geven in aardse geografische data, is voor maanmissies een specifieke focus op de interactie tussen robotica en extraterreure bodemmechanica essentieel.