Enxames de pequenas espaçonaves podem ter uma variedade de aplicações interessantes, particularmente em termos de observação da Terra, posicionamento e comunicações globais. Em comparação com grandes espaçonaves, pequenas espaçonaves fornecem aberturas maiores, permitindo uma melhor observação de alvos terrestres e espaciais.

Apesar de suas vantagens notáveis, operar efetivamente um grande número de espaçonaves ao mesmo tempo provou ser muito desafiador. Os métodos existentes geralmente dependem do trabalho de vários operadores de solo, o que pode ser caro, evitando assim que a tecnologia seja ampliada.

Uma equipe de pesquisadores da Universidade do Arizona desenvolveu recentemente um novo método para coordenar e controlar enxames de espaçonaves, que poderia ser mais fácil de implementar em grande escala. A abordagem deles, descrito em um artigo pré-publicado no arXiv, usa feixes de laser para organizar e gerenciar um grande enxame de espaçonaves.

"Temos pesquisado maneiras de controlar enxames e um grande número de robôs / UAVs / espaçonaves com muito poucos humanos no circuito por mais de 10 anos, "os pesquisadores que realizaram o estudo disseram TechXplore , via email. "Algumas de nossas técnicas são totalmente autônomas, sem humanos no circuito, em outros cenários, temos humanos e robôs coexistindo. "

Em seu trabalho anterior, os pesquisadores tentaram desenvolver abordagens intuitivas para controlar com eficiência de 10 a milhares de robôs. Eles queriam que esses métodos fossem intuitivos, pois isso simplificaria o treinamento dos operadores, em última análise, reduzindo seus níveis de estresse, particularmente durante o tempo de crise.

“Nossa ideia foi inspirada no papel de um maestro na orquestra, "os pesquisadores explicaram." Essa pessoa tem a tarefa de coordenar os esforços de muitos músicos. Achamos que a analogia para controlar muitos músicos ao mesmo tempo se encaixa bem com o controle de muitas espaçonaves / UAVs / UGVs etc. Portanto, procuramos maneiras físicas pelas quais alguém possa operar como um maestro em uma orquestra para controlar uma espaçonave. Ter uma varinha não era possível, mas usar feixes de laser era definitivamente verossímil. "

A tecnologia desenvolvida pelos pesquisadores pode detectar feixes de laser em uma espaçonave, usando painéis solares como dispositivos de detecção. Um painel solar que gera eletricidade sob o sol também pode detectar luz laser de forma independente. Os painéis solares ocupam a maior área de superfície dos satélites espaciais, portanto, eles podem ser os dispositivos sensores ideais para espaçonaves.

Os pesquisadores observaram que os painéis solares podem ser divididos em pequenos quadrados, assemelhando-se a pixels em um monitor, que pode ser usado para detectar a luz do laser. A luz do laser atingindo o painel solar em locais diferentes pode resultar em comandos diferentes, com o painel se tornando quase como uma tela sensível ao toque em um smartphone. Como backup, os pesquisadores também colocaram câmeras digitais estrategicamente na espaçonave, para detectar o movimento do laser no espaço.

A abordagem deles usa feixes de laser direcionados do solo ou de uma espaçonave de comando e controle para organizar e gerenciar um grande enxame. Cada satélite do enxame teria uma 'pele inteligente', que inclui painéis solares, circuitos de energia e controle, e uma unidade de propulsão secundária embutida. Os feixes de laser interagiriam com os painéis solares em membros individuais do enxame, permitindo que um operador selecione um 'líder' entre o grupo de espaçonaves e defina parâmetros para o vôo em formação.

"Num sentido, nossa tecnologia parece uma cena de livro / filme Jogo de Ender , onde você tem alguns operadores controlando centenas a milhares de espaçonaves e robôs, "disseram os pesquisadores." Com esta tecnologia em vigor, é possível mover a luz do laser em um painel solar e para o painel sentir o sinal de movimento. "

A interface idealizada pelos pesquisadores é inteiramente baseada em gestos e movimentos das mãos, portanto, não requer joysticks ou codificação extensiva. Usando sua tecnologia, um operador seria capaz de transmitir uma mensagem para a espaçonave simplesmente 'desenhando' um sinal ou gesto específico no painel solar.

"Nossa abordagem pode ser intuitiva, "explicaram os pesquisadores." Por exemplo, se você fosse selecionar uma espaçonave usando esta luz laser, você simplesmente desenha um círculo rápido nos painéis solares usando o laser. Você pode, portanto, ter um alfabeto de gestos e comandos para fazer todos os tipos de comandos básicos e controle de um enxame. Você pode escolher uma espaçonave líder e uma espaçonave que fazem parte do grupo, separando-os em um ou mais grupos. Você pode desenhar uma trajetória / caminho e fazer com que todo o grupo de espaçonaves siga esse caminho, e assim por diante."

A maioria dos métodos existentes para o controle de enxames de espaçonaves envolve o uso de dois terminais, um para os operadores e outro para a espaçonave, que também pode ser controlado por meio de um joystick. Os comandos são normalmente dados usando linhas ou conjuntos de instruções e isso torna mais fácil para os operadores cometer erros.

O envio de instruções erradas para uma nave espacial pode ter consequências catastróficas, potencialmente terminando uma missão e causando milhões ou bilhões em perdas. A abordagem baseada em gestos desenvolvida pelos pesquisadores pode simplificar o controle de enxames de espaçonaves, evitando erros e confusão relacionada ao comando.

"Controlar frotas / enxames de espaçonaves é um desafio, como você está trabalhando em 3 dimensões, em microgravidade, "disseram os pesquisadores." Não há ascensão, baixa, etc. no espaço. Nossa abordagem para controlar muitas espaçonaves transcende tais problemas, poupando os operadores humanos de ter que imaginar coisas e, em vez disso, deixando-os realizar tais ações. É tão intuitivo que a principal preocupação levantada foi que hackers e indivíduos nefastos pudessem aprender os mesmos gestos e assumir o controle de uma frota de espaçonaves. Apesar disso, em nossa abordagem, a segurança não é uma reflexão tardia, é a base do sistema. "

Ao desenvolver seu sistema, os pesquisadores priorizaram sua segurança. Por exemplo, os próprios sinais de laser podem ser codificados e passar constantemente por uma string de senha modulada. Isso significa que, embora outro operador possa ser capaz de ver os gestos envolvidos na operação, eles exigiriam códigos de acesso para comandar outras espaçonaves.

Os operadores que manuseiam outro enxame de espaçonaves nas proximidades podem precisar ver indicações de gestos de comando, pois isso ajudaria a coordenar as interações de enxame em enxame. A abordagem desenvolvida pelos pesquisadores permite que os operadores próximos vejam esses gestos, mas os impede de invadir o sistema e controlar outros enxames. Para missões que exigem maior segurança, os sinais também podem ser codificados posteriormente, impedindo totalmente outros de descobrir os comandos.

"Contudo, a abordagem permite uma escala móvel de transparência ao comandar frotas ou enxames de espaçonaves, "disseram os pesquisadores." Em alguns casos, é importante que os outros ao redor vejam o que está acontecendo e estejam cientes dos comandos de gestos executados por uma questão de segurança, enquanto em outros casos, ele precisa ser completamente seguro e escondido. "

A abordagem idealizada pelos pesquisadores também pode ser aplicada a outros enxames robóticos, como grupos de veículos aéreos não tripulados (UAVs), veículos terrestres não tripulados (UGVs) e veículos subaquáticos. Atualmente, a equipe está trabalhando em demonstrações interativas de laboratório da tecnologia usando robôs terrestres.

“Esperamos mostrar a tecnologia em ação e que as pessoas tenham uma melhor avaliação do que foi teorizado, "disseram os pesquisadores." Com essas demonstrações de robôs terrestres, estamos constantemente à procura de patrocinadores e clientes em potencial. "

No futuro, os pesquisadores esperam avançar ainda mais em sua abordagem para que possa ser usado em ambientes específicos, por exemplo, para militares, gerenciamento de tráfego espacial e aplicações de segurança e resgate. Eles também publicaram recentemente um artigo de acompanhamento, delineando seus planos para demonstrar a tecnologia no espaço.

"Nossos grandes planos para o futuro são demonstrar a tecnologia no espaço, "disseram os pesquisadores." Temos colaboradores, como o Prof. Vishnu Reddy, que podem nos ajudar a monitorar um ou vários enxames de espaçonaves usando telescópios terrestres de última geração. Também poderíamos montar esses lasers para trabalhar em conjunto, usando telescópios para controlar a espaçonave. "

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