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Apr 01, 2024

Robonauta ha estado roto durante años y ahora la NASA lo traerá a casa

En febrero de 2011, la NASA lanzó Robonaut 2 a la Estación Espacial Internacional. Fue un gran logro para el equipo de robótica del Centro Espacial Johnson de la NASA, en Houston. Había habido otros

En febrero de 2011, la NASA lanzó Robonaut 2 a la Estación Espacial Internacional. Fue un gran logro para el equipo de robótica del Centro Espacial Johnson de la NASA, en Houston. Hubo otros robots en el espacio, pero Robonauta fue el primer humanoide avanzado en emprender una misión más allá de la Tierra. A bordo de la ISS, el robot estaba destinado a trabajar codo a codo con los astronautas, realizando algunas de las tareas aburridas y repetitivas que consumen una cantidad significativa de tiempo que los humanos en la estación podrían dedicar a la ciencia y el descubrimiento.

Durante un tiempo las cosas fueron bien. Se sacó el robot de su embalaje protector de espuma y se instaló en el módulo de laboratorio Destiny. Se encendió por primera vez en agosto de 2011, y en 2012 ya activaba interruptores de práctica y limpiaba pasamanos de práctica mientras era teleoperado desde el suelo. Aproximadamente una vez al mes, los astronautas configuraban Robonaut y este realizaba tareas de investigación durante varias horas seguidas, trabajando para hacer la transición de un proyecto experimental a una ayuda útil en el cuidado de naves espaciales humanas. Robonaut incluso consiguió su propia cuenta de Twitter: “Échame un vistazo. ¡Estoy en el espacio!

Pero en 2014, la NASA decidió seguir adelante con una actualización compleja y arriesgada. El Robonauta enviado a la ISS era un torso con un par de brazos y una cabeza, y ahora la NASA quería añadirle un par de piernas. La idea era darle a Robonaut más movilidad dentro de la estación. Las piernas alargadas y ondulantes funcionarían casi como un par de brazos secundarios, permitiendo al robot moverse por la estación agarrándose de los pasamanos, lo que aumentaría significativamente su capacidad.

Pero la actualización no salió según lo planeado y, en cambio, creó un problema persistente que los astronautas no han podido solucionar. Durante los últimos años, Robonaut ha estado casi completamente desactivado, y los informes de estado de la ISS disponibles públicamente muestran que la última vez que el robot completó una tarea de investigación completa fue en diciembre de 2013. Esta semana, la NASA anunció que traerá a Robonaut de regreso a la Tierra para ser arreglado.

Robonauta en su panel de tareas en enero de 2013.Foto: NASA

La decisión de darle movilidad a Robonaut siempre había sido parte del plan a largo plazo de la NASA para el robot. Originalmente, la NASA tenía la intención de que hubiera tres fases distintas en las operaciones de Robonauta. La primera fase implicó operaciones estacionarias y se completó con éxito a finales de 2013 utilizando el torso de Robonauta. La Fase II fue “Movilidad IVA”, donde IVA significa “intravehicular”. Para esta fase, Robonauta necesitaba una forma de moverse por el interior de la ISS, que es donde entraban las patas. Las patas también serían clave para la Fase III, “Movilidad EVA”, que implicaría trabajar en el vacío fuera de la estación. , aunque este escenario habría requerido actualizaciones de hardware aún más importantes para el robot.

"El programa de la estación espacial estaba interesado en ampliar nuestro alcance", dijo esta semana a IEEE Spectrum Julia Badger, directora del proyecto Robonauta en el Centro Espacial Johnson de la NASA. “Si pudiéramos movernos, podríamos hacer la gestión logística, posiblemente podríamos limpiar los filtros o hacer reparaciones. Moverse era el siguiente nivel de capacidades que podríamos desarrollar y probar”.

Las piernas onduladas de Robonauta.Foto: NASA

Pero añadir nuevas patas al Robonauta de la ISS sería mucho más complicado que simplemente enviarlas a la estación y atornillarlas al torso del Robonauta. La instalación de las patas requeriría actualizar una cantidad significativa del hardware central de Robonaut, incluidas nuevas computadoras y nuevo cableado para conectar las patas con el procesador principal del robot, sin mencionar un complejo proceso de ensamblaje mecánico. Para complicar aún más las cosas, Robonaut se desarrolló originalmente como un robot de investigación para su uso en la Tierra. "Robonaut no fue diseñado en absoluto para que los astronautas lo pudieran utilizar", dijo Badger. "Fue diseñado para ser un robot de laboratorio y aprovechamos la oportunidad para enviarlo al espacio".

Incluso para la NASA, la mejora de las patas era ambiciosa. Cuando se le preguntó si el equipo confiaba en que funcionaría, Badger dijo: “Definitivamente no creo que tuviéramos confianza. Básicamente, la ISS se trata de probar cosas nuevas, por lo que aprendimos mucho desarrollando esos procedimientos y haciendo que los astronautas pasaran por esa compleja cirugía”. Agregó que los miembros de la tripulación “hicieron un trabajo sobresaliente” y que el problema con el robot no tenía que ver con lo que hicieron los astronautas sino que derivaba de las complejidades del hardware.

La NASA esperaba que la mejora de las piernas, que al equipo Robonauta le llevó 14 horas realizar en la Tierra, les tomaría a los astronautas unas 20 horas en completarse. Al final se necesitaron unas 40. El trabajo comenzó el 16 de julio de 2014 y se completó y consideró exitoso el 28 de agosto.

Casi de inmediato, el equipo Robonaut de JSC se dio cuenta de que algo andaba mal. El 29 de agosto, el robot estaba parcialmente encendido, pero no pudieron ver ninguna telemetría en tierra. No mucho después, se reparó un cable suelto y el robot pasó las revisiones intermedias, pero durante la siguiente operación el 17 de diciembre (la primera vez que se aplicó potencia del motor a Robonaut después de la actualización), las patas no se movían.

El astronauta Steve Swanson con Robonaut en 2014, tras finalizar la mejora de la pierna.Foto: NASA

Entre enero y agosto de 2015, los astronautas y los equipos terrestres registraron una serie de comportamientos erráticos, incluidos fallos de sensores, fallos de comunicación y repetidos bloqueos del procesador. En septiembre, la solución de problemas continuos sugirió que el problema estaba en el suministro de energía a los procesadores de Robonaut. "Comenzábamos a perder energía en nuestras computadoras dentro de nuestra ventana operativa, y la situación se volvía cada vez más grave a medida que pasaba el tiempo", nos dijo Badger. “En general, un ciclo de energía lo recuperaría, sólo por un tiempo. El problema era que, dado que era intermitente, a veces podíamos encenderlo y otras veces simplemente fallaba de inmediato cuando se degradaba, no necesariamente podíamos confiar en los datos; era muy confuso".

David Wettergreen, robótico de la Universidad Carnegie Mellon, en Pittsburgh, especializado en robots autónomos para exploración planetaria, explicó que la complejidad de los sistemas robóticos hace que la detección y prevención de errores sea una tarea enorme. "Para sistemas más simples, es razonable suponer que todo funcionará, y cuando no es así, entonces se puede depurar y reparar, como su automóvil", dijo. “Pero si no se puede acceder a un robot, como un vehículo submarino autónomo, o si la seguridad es primordial, como un automóvil autónomo, entonces es necesario comprender y mitigar todos los modos de falla de antemano o el robot debe ser capaz de diagnosticarse y repararse a sí mismo”. Para hacer las cosas aún más desafiantes, añadió, técnicas como la tolerancia a fallas y la recuperación de fallas son áreas de investigación activa sustancial.

"El robotnauta debe ser robusto y seguro", dijo, "por lo que la ingeniería de sistemas requerida está a la vanguardia de la tecnología".

Los informes resumidos diarios de la ISS dan una idea de cuánto luchaban los astronautas de la estación y el equipo Robonauta en tierra para comprender qué estaba pasando con el robot. En 2016, parecía que Robonauta estaba siendo desarmado y analizado casi pieza por pieza.

[El astronauta Tim] Kopra instaló una videocámara para capturar enlaces descendentes de video de definición estándar de las operaciones de Robonauta en el laboratorio de EE. UU. Utilizó el osciloscopio, el multímetro y la sonda de corriente para ayudar a guiar a los equipos de tierra en esta resolución de problemas al desconectar la tarjeta controladora y alimentar exitosamente a Robonaut sin la tarjeta controladora. Los datos recogidos en la actividad de hoy serán analizados por tierra para determinar la causa del fallo en el suministro eléctrico. —Extracto del informe resumido diario de la ISS, 23/03/16

Dos tarjetas controladoras que el equipo de JSC sospechaba que podrían ser las culpables incluso fueron enviadas a la Tierra para ser probadas. Pero una vez inspeccionadas en el laboratorio, las tarjetas estaban bien y la búsqueda de una solución continuó, con el equipo revisando una y otra vez todo, incluida la masa de cables dentro del robot:

La tripulación solucionó problemas en el chasis Robonaut. La solución de problemas anterior sugirió un problema con dos tarjetas que fueron devueltas y probadas en el terreno. Las cartas derribadas fueron exoneradas y durante las actividades de hoy los equipos recibieron una buena respuesta del Robonauta durante el primer encendido. Las luces indicadoras eran las esperadas para un Robonauta en funcionamiento. Se realizaron varios ciclos de energía mientras se intentaba reducir los estados de fallas intermitentes. Finalmente, el equipo exoneró a varios de los cables. Las tarjetas no se retiraron del chasis CPCI [Compact Peripheral Component Interconnect] y permanecen instaladas y todos los cables se dejaron conectados. Los equipos planean analizar los resultados para desarrollar acciones futuras.—Extracto del informe resumido diario de la ISS, 1/2/17

Puede parecer sorprendente que los expertos en robótica de la NASA no hayan podido diagnosticar y solucionar el problema más rápidamente, ya que el hardware espacial se diseña, construye y prueba minuciosamente antes de ir al espacio. Pero el Robonauta de la ISS en el que estaban trabajando los astronautas es ligeramente diferente de los otros cinco Robonautas de JSC. La estación espacial Robonaut es un modelo R2-B, mientras que los robots en la Tierra son R2-C, una versión posterior que es “una iteración de diseño bastante significativa”, según Badger. Al final, dijo que estas diferencias finalmente proporcionaron la respuesta, años después de que apareciera el problema por primera vez.

Los astronautas Peggy Whitson, Shane Kimbrough y Thomas Pasquet solucionando problemas de Robonaut el 1/2/17. Foto: Thomas Pasquet vía Facebook

"Nos llevó mucho tiempo descubrirlo, pero lo que terminó siendo el caso fue que al robot [ISS] le faltaba el camino terrestre desde el chasis de su computadora hasta el suelo", dijo. “La corriente estaba encontrando otro camino y poco a poco estaba degradando el robot. Debido a que ese robot en órbita era diferente de los que estaban en tierra, fue como un error que ese camino terrestre no estuviera allí, y fue muy difícil de encontrar”.

Lo que esto significa es que la corriente eléctrica no fluía como debería a través del cuerpo de Robonauta. Es posible que algunos de sus circuitos y procesadores no estuvieran recibiendo energía mientras que otros componentes esencialmente se quemaban por demasiada corriente. La falla estaba matando lentamente a Robonauta.

Wettergreen, de CMU, dijo que se ha encontrado con escenarios similares. "Los errores en la conexión a tierra adecuada de los circuitos pueden provocar síntomas realmente extraños que inicialmente no parecen tener relación con la causa raíz; aparentemente cualquier cosa puede pasar con la electrónica", dijo. "La depuración puede llevar mucho tiempo porque el problema no es fácilmente reproducible y puede que no ocurra con frecuencia, o incluso de la misma manera cada vez".

“Solución de problemas con expertos de @AstroRobonaut en tierra para solucionar algunos problemas técnicos”, tuiteó el astronauta Tim Kopra en marzo de 2016. “Aún no está completamente curado”. Foto: Tim Kopra vía Twitter

En agosto pasado, los astronautas intentaron instalar un puente de conexión a tierra, pero eso no resolvió las cosas. El lugar donde querían agregar el puente, explicó Badger, estaba cubierto con un sellador especial utilizado para proteger componentes sensibles contra cortocircuitos causados ​​por objetos extraños que pueden estar flotando alrededor de la ISS. Los astronautas tuvieron que intentar eliminar eso y "hubo muchas dificultades", dijo Badger. “Quedaban algunas dudas sobre si realmente se trataba de una conexión efectiva o no. También estamos bastante seguros de que es probable que haya otros daños causados ​​por este cable faltante”.

Este otro daño es el más preocupante. Incluso si el problema original de conexión a tierra se ha resuelto (y el equipo de Robonaut no está seguro de que así sea), es casi seguro que Robonaut esté sufriendo una degradación significativa causada por la corriente que pasa sin control a través del chasis de su computadora. Había algunas cosas adicionales que el equipo podría haber probado, pero cuando la NASA preguntó si querían usar algo de espacio de carga libre en el vuelo de regreso de una próxima misión de reabastecimiento para traer a Robonaut a casa, el equipo dijo que sí. Dependiendo de cuánto daño encuentren, el plan es reparar el Robonaut de la ISS y enviarlo de regreso a la estación, o cambiarlo por una de las unidades R2-C en JSC y enviarlo en su lugar.

Badger no pudo proporcionar un marco de tiempo sobre cuándo Robonaut podría regresar a la ISS; no hay una misión garantizada y tendrán que encontrar espacio, lo que podría ser un desafío ya que Robonaut es una carga útil relativamente grande. Esto significa que es posible que ni siquiera puedan tener las patas unidas cuando lo envíen por segunda vez, aunque Badger promete que si ese es el caso, "será mucho, mucho más sencillo reintegrarse".

“@Astro_sabot (el astronauta Mark T. Vande Hei) y yo empacamos a Robonaut para regresar a la Tierra para su reparación y renovación”, tuiteó ayer el astronauta Joseph M. Acaba, junto con una fotografía del 9 de febrero. “Esperamos su regreso. ”Foto: José Acaba‏ vía Twitter

El viernes pasado, Robonauta hizo las maletas para prepararlo para regresar a la Tierra. Mientras el equipo en Houston se prepara para poner a su robot nuevamente en forma, Badger nos recuerda que es importante mantener la misión general del Robonauta en contexto.

“El objetivo de la ISS es poder probar cosas diferentes. Creo que [Robonaut] nos ha dado mucho conocimiento sobre cuáles serán los requisitos para los robots humanoides en el espacio en el futuro”, dijo. "Lo llevaremos a casa, lo repararemos y, en un futuro próximo, esperamos llevarlo allí nuevamente para continuar con nuestros objetivos originales de desarrollar nueva tecnología".

[ NASA Robonauta

Actualizado el 16/02/18 4:50 pm: Comentarios agregados por el robotista de CMU David Wettergreen.

Una versión abreviada de esta publicación aparece en la edición impresa de abril de 2018 como "Robonaut Returns for Repairs".