Roboty humanoidalne na Księżycu i Marsie. Czy zastąpią astronautów?

NASA chce wysłać roboty na Księżyc. Musk od dawna mówi o posłaniu człekokształtnego robota Tesli na Marsa. Teoretycznie humanoidalne roboty mogłyby być dobrymi prekursorami misji ludzkich. Jest jednak pytanie o sens technologiczny i ekonomiczny posyłania akurat takich, zamiast urządzeń lepiej przystosowanych do realizacji celów misji.

Valkyrie

NASA pracuje nad robotami dwunożnymi od wielu lat. Valkyrie, najbardziej chyba znany wczesny prototyp humanoidalnego robota-astronauty, został ukończony w 2013 roku. Od niedawna w Centrum Kosmicznym im. Johnsona w Houston w Teksasie naukowcy z zespołu Dexterous Robotics Team pracują nad kolejną generacją zaawansowanych robotów, które mają wspierać załogi podczas przyszłych wypraw na Księżyc, a być może nawet na Marsa.

„Nasz zespół nie próbuje zastąpić ludzi robotami, ale dąży do tego, by eksploracja była bezpieczniejsza i bardziej zrównoważona” 

- powiedział w publikacji NASA Shaun Azimi, kierownik zespołu Dexterous. Jak wyjaśnia, zbudowanie „wysoce wydajnego, niezawodnego i godnego zaufania” robota do pracy w kosmosie jest znacznie bardziej skomplikowane niż konstruowanie robotów do zadań na Ziemi. Muszą być zaprojektowane tak, by działały w trudnych warunkach, takich jak mikro grawitacja, niszczący pył księżycowy i intensywne promieniowanie słoneczne.

Od ponad piętnastu lat naukowcy testują i udoskonalają Valkyrie oraz Robonauta, jeszcze starszą konstrukcję, która jako pierwszy robot NASA odwiedził Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS). Roboty w komosie mogą w teorii zajmować się wieloma rzeczami, od transportu sprzętu po naprawy. Jednak zwykle zadania robotów kosmicznych są bardziej prozaiczne. Np. firma PickNik pracuje nad oprogramowaniem, które kieruje ramieniem robota tak, by identyfikował właz statku kosmicznego, otworzył go, a następnie przetransportował worki z ładunkiem. Roboty, które podejmą takie prace, zmniejszą ryzyko obrażeń astronautów i zwolnią im czas na inne czynności, np. prace badawcze.

Kiedy i czy w ogóle Musk pośle humanoida na Marsa?

W poście opublikowanym na platformie X w marcu 2025 r. Elon Musk zapowiadał, że do końca 2026 r. SpaceX wyśle robota Optimus na Marsa, na pokładzie rakiety Starship. „Jeśli testy przebiegną pomyślnie, lądowania z udziałem ludzi mogą rozpocząć się już w 2029 roku, choć bardziej prawdopodobny jest rok 2031,” napisał

Pod koniec 2024 roku firma Tesla zaprezentowała udoskonaloną wersję humanoidalnego Optimusa. Szef Tesli i SpaceX podawał szacunkową cenę Optimusa na poziomie 20–30 tysięcy dolarów.

Dla planów Muska kluczowe było to, czy statek „Starship” będzie w stanie przeprowadzić bezzałogową misję na Marsa do końca 2026 roku. Kolejne testy wielkiej rakiety były udane, ale do regularnych misji Starshipa, a zwłaszcza lotów na Marsa, jest, jak się zdaje, jeszcze dość daleko.

Dlaczego w ogóle wysyłamy w kosmos roboty zamiast ludzi?

• Nie trzeba się martwić o ich bezpieczeństwo, więc awaria misji oznacza znacznie mniejsze straty.
• Są tańsze: nie jedzą, nie śpią, nie korzystają z toalety i nie muszą oddychać.
• Mogą zostać w kosmosie przez wiele lat, bez kosztownej podróży powrotnej (chyba że wiozą cenne próbki).
• Niektóre konstrukcje znoszą ekstremalne temperatury i wysokie promieniowanie, a część prac jest dla ludzi zbyt ryzykowna lub niemożliwa.

Czy roboty kosmiczne muszą być człekokształtne?

Roboty już są od dawna wysyłane na misje kosmiczne. Tyle, że nie są to maszyny humanoidalne, poza kilkoma wyjątkami, o których niżej. Bo przecież robotami właśnie są wszelkie sondy, posyłane nawet na obrzeża Układu słonecznego a także łaziki księżycowe czy marsjańskie, jak „Perseverance” i „Curiosity”. Powstają zresztą wciąż nowe koncepty robotów z przeznaczeniem kosmicznym, niektóre inspirowane naturą, choć nie można powiedzieć, że ludzką.

Jednym z najnowszych projektów jest A-PUFFER (Autonomous Pop-Up Flat Folding Explorer Robot). Inspiracją dla tego lekkiego, dwukołowego odkrywcy były układanki origami. Robot potrafi się m. in. samorzutnie spłaszczyć i wśliznąć w ciasne miejsca.

BRUIE i Hedgehog

Jest też BRUIE, czyli Buoyant Rover for Under-Ice Exploration (pływający łazik do eksploracji pod lodem). Robot ten potrafi unosić się na wodzie i toczyć się na kołach po spodniej stronie lodowej powierzchni, jednocześnie robiąc zdjęcia i gromadząc dane. Naukowcy żywią nadzieję, że pewnego dnia będą mogli wykorzystać takiego robota do poszukiwania śladów życia na pokrytych lodem ciałach w Układzie Słonecznym, na przykład do eksploracji podziemnych oceanów księżyców Jowisza lub Saturna.

Z żywymi stworzeniami kojarzy się trochę projekt robota Hedgehog. Jest opracowywany przez NASA we współpracy z Uniwersytetem Stanforda i MIT. Projektowany do eksploracji asteroidów czy komet. Hedgehog o sześciennym kształcie podskakuje i przewraca się. Jeśli wyląduje do góry nogami, to nie problem, działa tak samo. Potrafi nawet wydostać się z krateru, wykonując skok z obrotami.

Jakie roboty humanoidalne poleciały już w kosmos?

Łaziki, nawet najbardziej żwawe, nie działają tak na wyobraźnię jak humanoidy. Dlatego nie ustają prace także nad podobnymi do ludzi konstrukcjami. Valkyrie to znana konstrukcja. Wspominaliśmy tez o Robonaucie, którego wczesną wersję Centrum Kosmiczne im. Johnsona NASA opracowało we współpracy z agencją DARPA jeszcze w latach 90-tych XX wieku. Sterowany zdalnie, miał wykonywać podczas misji zadania, które w innym przypadku musiałyby być wykonywane przez astronautów. Np. prace konserwacyjne i montażowe. Celem było zmniejszenie ryzyka dla ludzi i ograniczenie kosztów misji. „Ręce” Robonauta są zdolne do posługiwania się tymi samymi narzędziami, którymi posługują się astronauci. Robot ten miał też pewne zdolności autonomiczne - niektóre decyzje podejmował i prace wykonywał samodzielnie.

Kolejna jego wersja, Robonaut 2, została pierwszym robotem humanoidalnym, który poleciał w kosmos. W 2011 roku został wysłany na ISS. Początkowo Robonaut 2 nie miał kończyn dolnych. Osadzony był na ruchomej platformie. W późniejszych wersjach został wyposażony w elementy przypominające nogi.

Jeszcze przed lotem Robonauta 2, w 2009 roku, Niemieckie Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki zaprezentowało Justina, robota humanoidalnego zaprojektowanego do wykonywania czynności w przestrzeni kosmicznej. Miał dwa ramiona umożliwiające wykonywanie złożonych zadań.

Justin, Kirobo i CIMON

Dzięki sztucznej inteligencji i systemowi widzenia komputerowego Justin rozpoznawał obiekty i potrafił wykonywać zadania samodzielnie. Można nim było również sterować zdalnie z Ziemi lub z kosmosu. W 2012 roku wprowadzono model o nazwie Agile Justin, z ulepszeniami, takimi jak szybsze ramiona i zdolność rzucania przedmiotami. Justin lub jego następca wciąż są potencjalnymi kandydatami do przyszłych misji na Księżyc lub Marsa.

W kosmos poleciał japoński Kirobo, który jednak bardziej przypomina zabawkę niż „poważnego” robo-astronautę. W 2013 roku Japonia wysłała tego małego (miał 34 cm wysokości)., mówiącego robota na ISS na pokładzie statku „Kounotori 4”. Potrafił unosić się w stanie nieważkości, co ułatwiało mu poruszanie się po stacji. Kirobo mówił po japońsku, rozpoznawał mimikę twarzy i reagował na polecenia głosowe. Pełnił funkcję towarzysza astronauty Koichiego Wakaty, pierwszego japońskiego dowódcy ISS.

CIMON, czyli Crew Interactive Mobile Companion, jest robotem „humanoidalnym” tylko w tym sensie, że na monitorze zainstalowanym w lewitującej w nieważkości kuli wyświetla „ludzkie” oblicze. CIMON reaguje na polecenia głosowe, pomagając członkom załogi w wykonywaniu zadań i udzielając wskazówek technicznych. Może wyświetlać dokumenty, obrazy i filmy, aby wspomagać przeprowadzanie eksperymentów. W konwersacjach korzystał ze sztucznej inteligencji IBM Watson. Ten robot-asystent został wysłany na Międzynarodową Stację Kosmiczną w czerwcu 2018 roku. Opracowany został przez Niemieckie Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki oraz firmę Airbus. W 2019 roku na ISS wysłano ulepszoną wersję CIMON-2.

Fedor i Vyomitra

W 2019 roku Rosja wysłała w kosmos swojego robota humanoidalnego na pokładzie statku kosmicznego Sojuz MS-14. FEDOR, zwany również Skybot F-850, został pierwotnie zaprojektowany do akcji ratowniczych na Ziemi.  Miał 1,8 metra wysokości, ważył 160 kilogramów i wyposażony był w prawie trzydzieści ruchomych przegubów, które miały naśladować ruchy człowieka. Sterowany był przez operatora ubranego w specjalny kombinezon. FEDOR był testowany przez około dwa tygodnie podczas pobytu na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Rosjanie nie byliby sobą, gdyby nie nauczyli FEDOR-a także władania bronią strzelecką. Jednak wyniki rosyjskiego eksperymentów z robotem humanoidalnym pozostawiały wiele do życzenia. Chociaż wykonał niektóre zadania, podłączał kable i posługiwał się narzędziami, słabo radził sobie w środowisku o zerowej grawitacji.

Także Indyjska Organizacja Badań Kosmicznych (ISRO) opracowała robota Vyomitra, aby symulował funkcje ludzkie i pomagał astronautom podczas misji „Gaganyaan”. Vyomitra był półhumanoidem, czyli imitował człowieka jedynie od pasa w górę. Potrafi mówić w hindi i angielskim, wydawać ostrzeżenia oraz monitorować statek kosmiczny w celu zapewnienia bezpieczeństwa.

Jak widać wszystkie dotychczasowej wypady w kosmos humanoidalnych maszyn, miały charakter mocno wstępny, symboliczny, by nie powiedzieć, pokazowy. Na dwunożnego robota, który wysiądzie ze statku na Marsie, lub choćby na Księżycu, i powie: „to tylko mały krok robota, ale wielki krok…” przyjdzie chyba jeszcze poczekać.

FAQ: humanoidalne roboty w kosmosie

• Dlaczego NASA chce wysłać humanoidalne roboty na Księżyc?
  Mają wspierać załogi w coraz bardziej nieznanych wyprawach na Księżyc, a być może także na Marsa. Shaun Azimi z zespołu Dexterous Robotics Team podkreśla, że nie chodzi o zastąpienie ludzi, tylko o to, by eksploracja była bezpieczniejsza i tańsza.
• Jaki był pierwszy humanoidalny robot w kosmosie?
  Robonaut 2, wysłany na Międzynarodową Stację Kosmiczną w 2011 roku. Początkowo nie miał nóg i stał na ruchomej platformie, a późniejsze wersje dostały elementy przypominające kończyny dolne.
• Od kiedy NASA pracuje nad robotami dwunożnymi?
  co najmniej od lat 90-tych XX wieku, gdy zainicjonawano projekt Robonaut. Prototyp Valkyrie ukończono w 2013 roku.
• Czy roboty kosmiczne muszą przypominać ludzi?
  Nie. Roboty latają w kosmos od dawna, ale zwykle nie są humanoidalne. Są nimi sondy i łaziki, jak „Perseverance” i „Curiosity”.

Źródła:

• https://www.nasa.gov/centers-and-facilities/johnson/reliable-robots-meet-johnsons-dexterous-robotics-team/
• https://www.space.com/astronomy/mars/artificial-super-astronauts-how-ai-and-robotics-could-help-humanity-settle-mars
• YT/ X

[Autor, Mirosław Usidus jest popularyzotorem nauki i byłym redaktorem naczelnym Młodego Technika]

[Tytuł, lead, sekcje "Co musisz wiedzieć", "Czy humanoid na Księżycu ma przewagę nad łazikiem?" i niektóre śródtytuły od Redakcji]

Czy humanoid na Księżycu ma przewagę nad łazikiem?

Robot humanoidalny może mieć przewagę nad łazikiem przede wszystkim tam, gdzie trzeba korzystać z narzędzi i urządzeń zaprojektowanych dla ludzi. Dzięki ruchomym ramionom i dłoniom mógłby pomagać astronautom w naprawach, obsłudze sprzętu czy przygotowywaniu bazy księżycowej.

Jednak humanoidy nie zawsze są najlepszym rozwiązaniem. Poruszanie się na dwóch nogach po nierównym, pokrytym pyłem terenie jest trudne, a skomplikowana konstrukcja zwiększa ryzyko awarii i zużycie energii. Łaziki kołowe mogą być stabilniejsze, prostsze i bardziej efektywne podczas transportu ładunków czy badań powierzchni.

O wyborze robota powinno więc decydować zadanie, a nie podobieństwo maszyny do człowieka. W przyszłych misjach księżycowych humanoidy i łaziki mogą się wzajemnie uzupełniać, zamiast ze sobą konkurować.