誰も見たことのない場所に、人間のリアルタイムの入力なしに自力で行くことができるロボットを作るにはどうしたらいいか。NASAのジェット推進研究所（JPL）で、極限の地形を横断するヘビのようなロボットを開発しているチームは、スタートアップの精神で素早く構築し、頻繁にテストし、学習し、調整することを繰り返しながら、この課題に挑んでいる。
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EELS（Exobiology Extant Life Surveyor）と呼ばれるこの自走式自律型ロボットは、土星の衛星エンケラドスの氷に覆われた地殻の下に潜む海に生命の痕跡がないか、地表の狭い噴出孔を降りて宇宙空間に間欠泉を噴出させながら探いたいという願望から着想を得た。
試験と開発は続けられているが、このような困難な目的地のために設計された結果、適応性の高いロボットが誕生した。EELSは、起伏のある砂や氷、崖の壁、ローバーには険しすぎるクレーター、地下の溶岩チューブ、氷河の中の迷路のような空間など、地球、月、そしてはるか彼方のさまざまな地形で安全なコースを選べる。
EELSのプロジェクト・マネージャーであるJPLのマシュー・ロビンソン氏は、次のようにコメントしている。
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ロビンソン氏：EELSは他のロボットが行けないような場所にも行くことができます。何が見つかるかわからない場所に行くときは、不確実性に備え、自分で判断できる万能でリスクを認識できるロボットを送り込みたいのです。
プロジェクトチームは2019年に最初のプロトタイプの製作を開始し、継続的に修正を加えてきた。昨年以来、彼らは毎月フィールドテストを実施し、EELSが自律的に動作するためのハードウェアとソフトウェアの両方を改良してきた。EELS 1.0と名付けられた現在のロボットは、重さ約220ポンド（100キログラム）、長さ13フィート（4メートル）。回転する10個の同じセグメントで構成され、推進力、牽引力、グリップにネジ山を使用している。チームは、緩い地形でのテスト用に直径8インチ（直径20センチ）の3Dプリントされた白いプラスチック製スクリュー、氷上用に幅が狭く鋭利な黒い金属製スクリューなど、さまざまなスクリューを試してきた。
このロボットは、JPLの火星ヤードから、南カリフォルニアの雪山にあるスキーリゾートに作られた「ロボットの遊び場」、さらには地元の屋内アイスリンクまで、砂地、雪、氷の環境でテストされてきた。
JPLのEELS主任研究員であるヒロ・オノ氏は、次のようにコメントしている。
オノ氏：私たちは、テストと修正を何度も素早く繰り返す、従来の宇宙船とは異なるロボット開発の哲学を持っています。四輪車を設計する方法については何十冊もの教科書がありますが、自律型ヘビ型ロボットを設計して、誰も行ったことのない場所に果敢に行く方法についての教科書はありません。私たちは自分たちで書かなければならない。それが私たちが今やっていることです。
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EELSの思考と動き方
地球と深宇宙には通信のタイムラグがあるため、EELSは自律的に環境を感知し、リスクを計算して移動し、まだ決まっていない科学機器でデータを収集するように設計されている。何か問題が発生した場合、ロボットが人間の手を借りずに自力で回復することを目標としている。
車が自律走行すると想像してください。でも、そこには一時停止の標識も信号も道路さえもありません。ロボットは道路が何であるかを把握し、それに従わなければなりません。それから100フィートの高さから落下しないように下る必要があります。
EELSは、4組のステレオカメラとライダーを使用して周囲の3Dマップを作成する。ライダーはレーダーに似ているが、電波の代わりに短いレーザーパルスを使用する。これらのセンサーからのデータを使用して、ナビゲーションアルゴリズムが最も安全な進路を見つけ出す。目標は、横巻きから体を丸めるまで「歩行」、つまり地形の課題に応じてロボットが移動できる方法のライブラリを作成することであり、チームはこの動作を「バナナ」と呼んでいる。
最終的な形では、ロボットは48個のアクチュエーター（基本的に小さなモーター）を搭載する予定だという。タッカーは、アクチュエーターを「48個のハンドル」に例えている。アクチュエーターの多くはフォース・トルク・センシングを内蔵しており、EELSが地形にどれだけの力を及ぼしているかを感じ取れるよう、一種の皮膚のような働きをする。これにより、凹凸のある狭いシュート内を垂直に移動し、ロッククライマーのように対向する壁を同時に押すことができる。
昨年、EELSチームは、カナディアン・ロッキーにあるアサバスカ氷河のムーランと呼ばれる垂直の立坑にロボットの知覚ヘッド（カメラとライダーを搭載したセグメント）を下ろし、そのような困難な空間を体験した。この場所は、太陽系の氷に覆われた月と類似しており、9月には、地下の機動性をテストするために設計されたロボットのバージョンで、この場所に戻る予定だという。チームは、氷河の化学的・物理的特性をモニターするための小型センサー一式を投下する予定である。
ロビンソン氏：これまでのところ、我々の焦点は自律能力と機動性であったが、最終的にはどのような科学機器をEELSと統合できるかを検討します。科学者がどこに行きたいか、何に最も興奮しているかを教えてくれれば、我々はそれを実現するロボットを提供します。どうやって？スタートアップのように、私たちはそれを作るだけです。
プロジェクトの詳細
EELSは、南カリフォルニアにあるNASAジェット推進研究所の技術導入・戦略室から、JPLネクストと呼ばれる技術加速プログラムを通じて資金援助を受けている。JPLは、カリフォルニア州パサデナにあるカリフォルニア工科大学がNASAのために管理している。EELSチームは、アリゾナ州立大学、カーネギーメロン大学、カリフォルニア大学サンディエゴ校など、多くの大学パートナーと協力してプロジェクトを進めてきた。このロボットは現在、NASAのミッションには参加していない。
