Avec l’ajout d’une charge utile au centre, RoboBall III est prêt à rebondir sur la Lune pour la science. Texas A&M
RoboBall peut aller partout sur la lune, tant que la pente est majoritairement descendante. Par beau temps, la carrière de roche du centre du Texas se situe à environ 370 000 kilomètres de la Lune . Mais en février dernier, lorsque Rishi Jangale a vu son robot gonflable de 1,8 mètre de large et de 150 kilogrammes rouler sans effort sur les rochers, le gravier et l’argile humide, son imagination a transformé la carrière en surface lunaire.
Rishi Jangale est un ingénieur en mécanique enthousiaste qui achève son doctorat à l’université Texas A&M, à College Station, au Texas. Avec ses collègues de laboratoire, il travaille depuis environ cinq ans sur ce gros robot gonflable beige, surnommé « RoboBall ». Leur objectif : créer un véhicule capable d’ explorer certains des terrains les plus inaccessibles de notre système solaire, comme le cratère Shackleton, d’un diamètre de 21 km, situé au pôle Sud lunaire.
Le cratère Shackleton atteint 4 km de profondeur et renferme de nombreux cratères plus petits et plus profonds. Certaines parties du cratère ne sont jamais exposées au soleil, et ces poches perpétuellement obscures et glacées recèlent des substances mystérieuses que les planétologues s’efforcent depuis longtemps d’étudier, notamment des couches de géologie lunaire ancienne et des réserves d’eau gelée qui pourraient potentiellement permettre l’établissement d’une future base lunaire.
« La Lune est comme une archive de ce qui est arrivé à la Terre », explique Sara Russell , minéralogiste cosmique au Muséum d’histoire naturelle de Londres, qui ne participe pas aux travaux de l’université Texas A&M. « La collecte robotisée fonctionne à merveille, et c’est formidable de voir cette technique explorée davantage dans ce contexte. »
« La NASA n’autorisera pas les astronautes à s’approcher de ces cratères, car si quelqu’un y tombe, il sera impossible de le secourir », explique Rishi Jangale. « Nous nous sommes donc dit : quelle meilleure forme qu’une balle pour dévaler une colline ? » Dans un article récemment publié dans IEEE Transactions on Field Robotics , l’équipe de Rishi Jangale présente la conception de RoboBall, une mission lunaire hypothétique, et les résultats des premiers tests effectués dans la carrière texane.
On se lance !
RoboBall est une idée originale du conseiller de Rishi Jangale , l’ancien ingénieur en robotique de la NASA Robert Ambrose , qui a conçu le projet pour la première fois en 2003.
Robert Ambrose a imaginé qu’une sphère pourrait résoudre un problème de mobilité récurrent pour les robots sur le terrain lunaire, notamment en faible gravité : le risque de basculement . Une sphère gonflable est inamovible, et sa forme isole ses composants internes des roches coupantes, de la poussière et des variations de température extrêmes, allant de plus de 93 °C au soleil à -240 °C à l’ombre des cratères lunaires.
Robert Ambrose a imaginé un rover à roues se positionnant au bord d’un cratère et déployant une RoboBall pour explorer ses profondeurs. Contrairement à un petit rover relié par un câble , la RoboBall ne remonterait pas à la surface, mais, libre de tout câble, elle aurait une portée bien plus grande pour collecter des échantillons géologiques, qu’elle pourrait ensuite renvoyer au rover à l’extérieur du cratère grâce à de petites fusées .
Un rover robotisé transporterait RoboBall à travers la surface lunaire jusqu’au bord d’un cratère. R. Rishi Jangale , D. Pravecek, et al.
La NASA n’a pas ramené d’échantillons lunaires sur Terre depuis plus de 50 ans. Certains fragments de géologie lunaire parviennent jusqu’à nous sous forme de météorites, mais selon Russell, ces échantillons ne bénéficient pas des données de terrain indispensables, notamment l’étude de leur origine exacte. Malgré la reprise des missions lunaires habitées par la NASA, de nombreux sites lunaires restent inaccessibles.
En 2022, le laboratoire d’Ambrose a finalisé un prototype, le RoboBall II, d’une largeur de 0,5 mètre. La création du RoboBall III, de taille réelle, a ensuite pris environ 11 mois. « Nous construisions ces robots très rapidement », explique Rishi Jangale. « Ambrose nous encourageait vraiment à les utiliser et à les mettre à l’épreuve. » Et des problèmes sont survenus lors des premiers essais. Rishi Jangale se souvient d’erreurs logicielles et d’une transmission trop fragile pour franchir les petites bosses.
Comment ralentir votre rythme
RoboBall se déplace grâce au mouvement d’un pendule à l’intérieur de sa coque, ce qui modifie son centre de gravité. Sur terrain plat, si le bras du pendule pointe vers l’avant, la coque avance pour compenser. Tant que le centre de gravité du pendule reste face au centre de la balle, RoboBall continue d’avancer. Si le pendule s’incline légèrement à gauche ou à droite, RoboBall se dirige dans la même direction. « Le robot va là où vous pointez le pendule », explique Rishi Jangale . La balle de 154 kg est suffisamment souple pour rebondir légèrement sur les obstacles, mais sa légère surpression lui assure une bonne fermeté. Sur les pentes raides, ce mécanisme permet également à la balle de contrôler sa vitesse en descente en inclinant simplement le pendule vers le haut.
« La beauté réside dans la simplicité », explique Hiro Ono, ingénieur aérospatial qui a travaillé pendant 13 ans sur la mobilité des robots au Jet Propulsion Laboratory de la NASA avant de rejoindre Georgia Tech. Pour les robots spatiaux , Ono décrit la simplicité en termes de nombre d’actionneurs . RoboBall n’en possède que deux, tous deux entièrement intégrés à la coque et protégés des facteurs de risque environnementaux comme la poussière, une caractéristique qu’Ono qualifie d’« unique ».
Après les premiers essais en carrière, il a fallu environ sept mois à l’équipe pour concevoir et construire un RoboBall III amélioré avec un couple 2,5 fois supérieur, suffisant pour se propulser par-dessus de petits obstacles et remonter des pentes de 20 degrés.
Une petite fusée peut être lancée depuis le centre du RoboBall pour rapporter un échantillon à un rover situé à l’extérieur du cratère. R. Rishi Jangale , D. Pravecek, et al.
Préparation de la mission
Dans cette nouvelle étude, le RoboBall III, un robot télécommandé, descend les pentes de la carrière, évolue sur un terrain meuble et projette des charges utiles hypothétiques hors du cratère à l’aide de petites fusées. Alimenté par une batterie de grande capacité, le robot se gonfle lors d’une mission lunaire et se recharge auprès d’un rover situé en bordure du cratère avant de partir explorer la région de manière autonome.
RoboBall n’est sans doute pas la plateforme idéale pour toutes sortes de missions : sa nature un peu maladroite la rend peu adaptée, par exemple, à la collecte d’un échantillon sur une roche très spécifique. Pour l’instant, l’équipe souhaite collaborer avec des scientifiques concevant des instruments scientifiques lunaires compatibles avec l’espace intérieur de RoboBall (de la taille d’un bagage cabine) et dont le fonctionnement s’harmonise avec celui du robot. « Le robot n’est pas la mission en soi », explique Rishi Jangale. « Il est un moyen de mener à bien la mission. »
La version actuelle de RoboBall a coûté environ 250 000 $ à construire, mais n’est pas encore prête pour la Lune. Si ses pièces en aluminium traité à l’or conviennent aux missions spatiales, ses autres matériaux ne le sont pas. L’électronique de qualité spatiale coûtera plus cher, et l’enveloppe de la sphère – fabriquée dans un matériau suffisamment résistant pour rouler sur des éclats d’acier et supporter des températures de -184 °C – n’a jamais été testée dans les conditions extrêmes lunaires.
Outre ces questions de matériaux, l’équipe prévoit de concevoir la sphère pour qu’elle adapte son comportement sur des pentes variables de manière autonome. Elle espère également collaborer avec des agences gouvernementales ou des entreprises du secteur spatial afin de continuer à perfectionner la conception du robot en vue d’une véritable mission.
Plus tard cette année, l’université Texas A&M inaugurera à Houston un nouveau centre abritant les plus grandes reconstitutions intérieures de paysages lunaires et martiens au monde . Ce centre se situe à seulement 190 km de la carrière de Rishi Jangale. Bien qu’il soit encore à environ 370 000 km de la Lune, il permettra à Rishi Jangale d’améliorer considérablement son robot.
