Un nuevo sistema para evitar el deslizamiento en vehículos espaciales no tripulados

Dadas las condiciones hostiles de los entornos extraterrestres, los vehículos no tripulados desempeñan un papel fundamental en la exploración de planetas y lunas. Los vehículos de exploración lunar y marciano de la NASA han contribuido significativamente a nuestra comprensión de estos cuerpos extraterrestres. Las superficies planetarias suelen presentar paisajes desafiantes con pendientes, cráteres y dunas.

Lo más importante es que la presencia de regolito, partículas finas que cubren estas superficies, plantea un desafío importante para la movilidad del rover. Los rovers que resbalen sobre estas superficies sueltas pueden obstaculizar su progreso e incluso comprometer sus misiones.

Se han explorado varios métodos, basados ​​principalmente en datos visuales de cámaras, para detectar el estado de desplazamiento o la condición de deslizamiento de los rovers. Sin embargo, estos métodos tienen limitaciones ya que pueden tener dificultades para diferenciar varias características del terreno, como distinguir rocas de arena suelta. Una solución a este problema es que los rovers obtengan información sobre la tracción de cada rueda. De esta manera, el rover podría detectar más rápido su estado de viaje y corregir su postura para evitar resbalones.

Para lograr esto, el Profesor Kojiro Iizuka, del Departamento de Máquinas y Sistemas de Control, Facultad de Ciencia e Ingeniería de Sistemas, Instituto de Tecnología Shibaura (SIT), Japón, y el Dr. Kohei Inaba, también del SIT, desarrollaron recientemente un nuevo sistema que permite que un rover detecte su estado de viaje mediante el cambio en la forma de su chasis.

“Nuestra inspiración surgió de cómo los humanos detectan su propio estado de viaje basándose en la tensión muscular mientras caminan. Nuestro objetivo era desarrollar un sistema similar que reconozca el estado de marcha basándose en la deformación de la forma del chasis”, explica el Prof. Su estudio fue publicado en la revista Detección remota.

Los músculos del cuerpo humano tienen fibras musculares especiales llamadas fibras de cadena nuclear y fibras del saco nuclear, que ayudan a detectar el estado de desplazamiento del cuerpo. Las fibras de la cadena nuclear detectan el desplazamiento de la tensión en los músculos y ayudan a determinar la postura estática del cuerpo. Por otro lado, las fibras del saco nuclear detectan la rapidez con la que se estiran las fibras musculares y ayudan a detectar el estado dinámico del cuerpo.

Trazando paralelos con los músculos humanos, los investigadores clasificaron el cambio en la forma del chasis del rover, que se manifiesta como tensión, en dos categorías: desplazamiento de tensión y cambio vibratorio en la tensión. Estudiaron los datos de desplazamiento de deformación mediante análisis de fibras de cadena nuclear y velocidad de deformación mediante análisis de fibras de bolsa nuclear.

El análisis de las fibras de la cadena nuclear reveló que las fuerzas que actúan verticalmente y en la dirección del movimiento del rover cambian con la deformación. Por lo tanto, monitorear los cambios de deformación puede permitir la detección de cambios de fuerza, lo que en última instancia indica el estado de desplazamiento del rover.

Además, mediante el análisis de la bolsa nuclear, los investigadores descubrieron que la tasa de cambio de tensión podría medir eficazmente el nivel de deslizamiento y los cambios posteriores en el estado de desplazamiento del rover. Utilizando estos datos, el sistema puede determinar el estado del rover en tiempo real, permitiéndole así realizar maniobras esenciales para evitar posibles incidentes de deslizamiento.

El estudio también enfatiza las capacidades del sistema para detectar obstáculos ambientales como rocas y cantos rodados, destacando su potencial para aumentar la seguridad y eficiencia de las operaciones del rover.

Destacando la importancia de este estudio, el Prof. Iizuka señala: «Durante la planificación de la ruta del rover, se deben considerar los experimentos de este estudio para garantizar que los rovers puedan viajar con seguridad. Estos hallazgos representan el primer paso hacia la incorporación de elementos de funcionalidad biológica en la detección de movimiento. Creemos que nuestro enfoque también será eficaz para vehículos aéreos no tripulados y conducción automática en el futuro”.

En conclusión, este estudio innovador marca un paso significativo hacia la mejora de la seguridad y eficacia de las misiones de rover, prometiendo avances en nuestra exploración de otros planetas y cuerpos celestes.