この小さなNASAの探査車は砂や険しい丘を征服できる

NASA のスピリット探査車は、火星の平原を 6 年間探査した後、2009 年 5 月にグセフ クレーター付近の軟らかい土に引っかかって停止しました。科学者たちは何度も探査車を救出しようと試みましたが、脱出は不可能で、研究者たちは 2011 年にミッションを完全に中止しました。スピリットの運命を回避するには、将来の探査車は月の氷の極のような険しい地形を移動できる新しい方法が必要になることを研究者たちは今や知っています。

幸いなことに、NASAとジョージア工科大学の研究者らは最近、探査車が緩い土の上でも動けなくなり、急な坂を登っても失速しない方法を考案した。廃棄された探査車の設計を小型化したバージョンを使い、歩行、パドリング、車輪の回転を組み合わせることで、探査車がケシの実や湿った砂の層を這って進むことができることを発見した。研究チームはこの研究結果を5月13日、科学誌「サイエンス・ロボティクス」に発表した。

「論文で説明されている研究は、移動に対するハイブリッドなアプローチを表しています」と、ヒューストンにあるNASAジョンソン宇宙センターのエンジニアで、新しい論文の共著者であるウィリアム・ブルースマン氏は、ポピュラーサイエンスへの電子メールで述べた。ミッション中、探査車はほとんどの時間を車輪で移動して過ごすが、「探査車が移動するには柔らかすぎる素材の中にいるという、まれな、悪い日」には、車両はこの型破りな新しい歩行を展開する。

月と火星の表面の大部分は、レゴリスと呼ばれる柔らかく緩い土で覆われている。従来の探査車の車輪は、このざらざらした不安定な地層での移動には適していない。「柔らかい土の中では、深く埋まってしまい、自分で作った小さな穴から這い出ることができません」と、このプロジェクトにも参加したジョージア工科大学の物理学者ダニエル・ゴールドマン氏は言う。「車輪付きの車両は硬い地面では実に優れていますが、より複雑な地形になると、より柔軟で多機能な付属物が必要になります。」

後に廃棄されたリソース プロスペクター 15 (RP15) ローバーのプロトタイプを設計する際、NASA の研究者は、車輪の回転と回転に加えて、持ち上げたり掃いたりする動きができる車両アームを車両に装備しました。このローバーは、ゆるいレゴリス、急斜面、影のかかったクレーターが多数存在する月の極地を訪問することを目的としていました。

RP15の計画されたミッションは2018年にキャンセルされました。しかし、チームはVIPER（揮発性物質調査極地探査ローバー）と呼ばれるより野心的なミッションに取り組み続け、早ければ2022年12月にも開始される可能性があります。VIPERは月の南極を探査し、宇宙飛行士が将来抽出して​​火星のようなより長い宇宙ミッションの燃料に変換する可能性のある水氷に関する情報を収集します。

こうしたミッションにローバーをより良く備えるため、NASAの研究者らはゴールドマン氏とその同僚らとチームを組んだ。彼らは以前、トカゲが砂漠の砂の中を「泳ぐ」仕組みを研究していた。その後、ゴールドマン氏のチームはRP15プロトタイプをベースに3Dプリントしたプラスチックで小型の「ミニローバー」を製作し、砂丘を模倣するためにさまざまな角度に傾けることができるケシの実のベッドでテストした。当時ゴールドマン氏の研究室で働いていた高校生のシッダールト・シュリヴァスタヴァ氏は、さまざまな歩行方法の実験を開始した。最終的に同氏は、ミニローバーが立ち往生することなく急斜面をよじ登ることができる動きの組み合わせを考案した（シュリヴァスタヴァ氏は現在、ジョージア工科大学の学部生）。

前輪を使って砂を払い落とすことで、探査車は「基本的に散らかし、粒状の物質の水たまりを作って、その中を泳ぎ回ることができる」とゴールドマン氏は言う。「基本的には、前輪から砂の小さなベルトコンベアを作り、後肢で砂をかき分けて押し出すことで、局所的に粒状の物質の泡を作り、探査車はその泡の上を丘を登っていくのです。」

研究チームはまた、ジョンソン宇宙センターで引退状態にあったオリジナルのフルサイズの RP15 を復活させた。探査車の脚の 1 本は壊れていたが、研究者たちは湿った砂の平らな床の上で新しい移動方法を使用して RP15 の性能をテストすることに成功した。「それでも、ある程度の進歩を遂げることができた」とゴールドマン氏は言う。

昨年 10 月、NASA の研究者らは、月の表土を模した「シンク タンク」と呼ばれる材料の層で、VIPER の軽量モデルをテストしました。「シンク タンクは、そこに入るほぼすべてのものが沈んで動けなくなる傾向があるため、このように呼ばれています」と、VIPER の開発を率いるブルースマン氏は語ります。「テスト中に泳ぐような姿勢をとったところ、探査車はそのまま通り抜けました。」

VIPER が月の南極を横断することに成功すれば、このアプローチにより、将来の探査車はこれまで到達できなかった月や火星の他の場所を移動できるようになるかもしれない。ミニ ローバーのユニークな動きは、砂漠の砂やその他の柔らかい地盤を移動する必要がある軍用車両やロボットなど、地球上でも役立つ可能性がある (このプロジェクトは陸軍研究局から一部資金提供を受けた)。ゴールドマン氏は、将来この技術は、配達ロボットが貨物を遠隔地の住居に運ぶのにも役立つかもしれないと語る。