Nieuwe Marsrobot kan zijn wieltjes ook als pootjes gebruiken

Ruimtevaart De Mini Rover heeft bij tests door een bak maanzaad moeten worstelen. Die zaadjes gedragen zich als de bodem van Mars.

De MiniRover rijdt door een bak met maanzaad. De draaiende wielen slippen en gaan daarna ‘lopen’.
De MiniRover rijdt door een bak met maanzaad. De draaiende wielen slippen en gaan daarna ‘lopen’. Beeld Shrivastava et al., Science Robot.

In april 2009 ging het mis op de rode planeet. Het Marsrovertje Spirit kwam vast te zitten in zachte, losse grond. De wielen bleken flink ingegraven. Maandenlang probeerden onderzoekers om Spirit uit deze benarde situatie te krijgen. Maar toen het na een ijskoude Marswinter ook niet meer lukte om contact te maken met het wagentje, werd hij in mei 2011 opgegeven. De mulle grond betekende het einde van zijn missie.

Zachte, losse grond bedekt grote delen van zowel Mars als de maan. Op de polen van de maan zijn hellingen die zien die waarschijnlijk uit mul materiaal bestaan. Het risico is groot dat toekomstige Mars- en maanwagentjes lawines veroorzaken en vast komen te zitten als deze gebieden worden verkend. Er zijn robots nodig die zich een weg kunnen banen door dit moeizame terrein.

De MiniRover Foto Shrivastava et al., Science Robot.

Woensdag presenteerden Amerikaanse onderzoekers in het vaktijdschrift Science Robotics een vrolijk gekleurd robotje genaamd Mini Rover die dit mogelijk moet maken. Het wagentje heeft vier wielen die hij ook als pootjes kan optillen, wat compleet nieuwe manieren van voortbewegen mogelijk maakt. Hij kan zichzelf al wiebelend en peddelend door een mulle ondergrond worstelen zonder erin weg te zinken en beklimt een helling met los materiaal dankzij een zorgvuldige combinatie van peddel-, loop- en wielspinbewegingen.

Wegzakkend wiel

In de filmpjes van het onderzoek zie je de Mini Rover, van 20 bij 30 centimeter groot, door een bak met maanzaad worstelen en omhoog kruipen tegen een helling van het korrelige spul. „Maanzaad is een handig materiaal voor laboratoriumexperimenten met robots”, legt promovendus Andras Karsai, van Georgia Tech uit in een mail. „Maanzaadjes zijn zacht genoeg om veilig tussen bewegende robotgewrichten te breken als ze vastzitten en produceren geen schadelijk stof als je ze omschudt.” Bovendien is gedrag van de zaadjes vergelijkbaar met het droge, losse materiaal op de maan en Mars.

In voorgaande experimenten met rovers op een mulle ondergrond ging het meestal mis als een wiel ergens terechtkwam waar eerder een ander wiel door gereden was. Die eerdere verstoring van het materiaal zorgde dat het wiel wegzakte of vastliep. De strategie was daarom om te voorkomen de rover twee keer over hetzelfde stuk grond beweegt.

„De meest succesvolle voortbewegingstechnieken van de Mini Rover blijken verrassend genoeg tegen dit idee in te gaan”, zegt Karsai. Op een vlakke ondergrond brengt het wagentje het korrelige materiaal juist extra in beweging door zijn wielen constant te laten draaien. Dat zorgt ervoor dat het materiaal als een soort vloeistof gaat stromen. De robot kan vervolgens met een vegende bewegen van de wielen door die stroming ‘zwemmen’.

Peddelende beweging

Een helling kruipt het wagentje ook op met constant draaiende wielen. Dit veroorzaakt kleine heuveltjes waar de robot zich op af kan zetten. Hierbij maken de wielen al draaiend een peddelende beweging. „Dat deze techniek werkt, ontdekten we door te experimenteren”, zegt Karsai. „De huidige theoretische modellen hadden dit niet kunnen voorspellen.”

Na de succesvolle experimenten met de Mini Rover in zand en maanzaad, testten de onderzoekers een gedeelte van de nieuw ontwikkelde voortbewegingstechnieken met de 300 kilogram zware rover genaamd Resource Prospector 15 (1,4 bij 1,4 meter), ontwikkeld door NASA’s Johnson Space Center. Deze tests, die ze enkel uitvoerden op een redelijke vlakke zandondergrond, bevestigden de resultaten die de onderzoekers vonden met de Mini Rover. De snelheid waarmee zowel de Resource Prospector 15 als de Mini Rover door het mulle materiaal voortbeweegt is erg traag. Maar zolang er geen takelwagen klaarstaat op Mars, is traag beter dan vastgelopen je missie moeten eindigen, zoals Spirit.