Pourquoi les rovers martiens sont-ils si lents?

Les rovers martiens sont généralement très lents. La curiosité, par exemple, a une vitesse moyenne d’environ 30 mètres par heure.

Pourquoi est-il conçu si lentement? Est-ce à cause de certaines restrictions de puissance ou pour d'autres raisons? Quelle est la principale raison pour laquelle il est si lent?

Cela a plus à voir avec la suspension du rocker bogie qu'autre chose.

Le système est conçu pour être utilisé à une vitesse lente d’environ 10 cm / s, de manière à minimiser les chocs dynamiques et les dommages consécutifs au véhicule lorsque des obstacles importants sont surmontés.

En échange d'un mouvement lent, le rover est capable de gravir des rochers dont le diamètre est le double de celui de la roue (la suspension normale a des problèmes avec tout ce qui dépasse la moitié du diamètre de la roue). Ceci est important lorsque vous voyagez - littéralement - dans un paysage étranger.

(image via http://fr.smath.info/forum/yaf_postst995p2_Animation-of-mechanisms.aspx )

La vitesse lente apporte d’autres avantages: meilleure corrélation entre les images successives capturées par les caméras de navigation , plus de temps pour planifier son trajet et économies d’énergie. Cependant, sans les capacités offertes par le système de suspension - surmonter les obstacles présents sur la surface martienne sans se coincer ou causer de dommages -, les autres avantages sont discutables.

Cela semble être une question de balle molle mais est étonnamment subtile. Il y a d'excellentes réponses ici, mais je peux ajouter un peu de rigueur.

La raison pour laquelle les rovers se déplacent si lentement est essentiellement due à la nécessité d’être prudent avec un équipement de plusieurs millions de dollars. Mais il existe d’autres contraintes de conception qui méritent d’être mentionnées.

• L'énergie est tout simplement le pire goulot d'étranglement pour les systèmes mobiles et autonomes. Le coût en énergie d'un système à déplacer sur une surface peut être généralement modélisé comme suit: où sont des constantes représentant les paramètres du moteur (voir ici et icic 0 . . . c

  $$\int^{T_{final}}_{T_{initial}} [ c_0 v(t)^2 + c_1 a(t)^2 + c_3v(t) + c_4a(t) + c_5v(t)*a(t) + C ]dt$$ $c_0...c_6$). Ainsi, le coût de se rendre dans un cratère proche est proportionnel au carré de la vitesse et au carré de l'accélération. Ainsi, plus lent coûte moins d'énergie en général. Il y a généralement une "vitesse de basculement" à laquelle la consommation d'énergie augmente, et il s'agit généralement d'une vitesse très lente. Ainsi, les robots se déplacent lentement pour économiser de l'énergie. De plus, cela signifie qu'un robot ne peut pas transporter de capteurs à forte intensité énergétique tels que LIDAR . Remarque LIDAR est largement utilisé dans les véhicules autonomes sans conducteur tels que Google Car . Ce qui m'amène à ...

• Détection informatique . Remarque, nous n'envisageons pas le pouvoir. Maintenant, nous devons comprendre que le robot est autonome (c.-à-d. Sans pilote). Compte tenu du nombre réduit de capteurs, un robot ne peut pas modéliser l’ensemble de son environnement et planifier un grand itinéraire. Pensez-y de cette façon, courriez-vous à travers la forêt dans le noir? Pas si tu n'en avais pas besoin. Le robot est constamment "dans le noir" car il ne peut pas voir très loin, il avance donc lentement et planifie chaque étape avec soin. La mémoire et le processeur requis pour planifier ces choses sont ou pire, où est le rayon de la planification. voir ici et ici$O(r^3)$$r$

• Délais de communication . Comme mentionné, le robot est i) autonome et ii) limité par la détection. Les humains doivent constamment "enregistrer" pour s'assurer que le robot ne fait pas quelque chose de stupide (malgré ses algorithmes de planification de pointe). Cela signifie que le robot attendra beaucoup des instructions , ralentissant ainsi la progression moyenne vers un objectif. Les références précédentes traitent de cela.

• Stabilité . Pour assurer la stabilité et la robustesse, les rovers utilisent le système à bascule bogie. voir ça . Ce système est conçu pour fonctionner à faible vitesse. Si vous allez vite et frappez un caillou, vous cassez votre motoneige. Essayez d'imaginer faire cette planification de mouvement basée sur des capteurs. Essayez maintenant de le faire lorsque tous vos capteurs pertinents sont sur un mât fixé au sommet de votre robot , et vous verrez qu'il est très important de maintenir la charge utile de détection stable.

Je ne suis pas un expert en physique, mais je peux penser à plusieurs raisons:

• Puissance . La quantité d'énergie dont vous avez besoin pour effectuer une tâche est inversement proportionnelle au temps nécessaire pour la réaliser. Je pense qu’il est bien connu que faire quelque chose de plus rapidement nécessite plus de puissance, sinon on pourrait tout faire à une vitesse infinie sans aucun frais.
• Vitesse de calcul . La déclaration sur le pouvoir (ci-dessus) ne se limite pas aux mouvements. C'est également vrai pour le calcul. Avez-vous remarqué que, lorsque votre ordinateur portable est en mode d'économie d'énergie, il fonctionne plus lentement? Avec les processeurs, si vous calculez quelque chose deux fois plus vite, vous avez besoin de quatre fois plus d'énergie pour le faire. Par conséquent, le processeur des routeurs mars ne fonctionne probablement pas aussi rapidement. Par conséquent, si le mobile a besoin de temps pour traiter quelque chose avant de continuer (par exemple, des images de l'environnement), il doit se déplacer plus lentement afin de recevoir les données plus lentement. Assez lent pour pouvoir les traiter.

• Stabilité . Je crois que je n'ai pas besoin de vous donner des formules pour ce phénomène:

  

  Autrement dit, plus vous avancez lentement, plus vous avez de chances de décoller sur une crête et de perdre éventuellement votre stabilité lorsque vous atterrissez.

• Maniabilité . Si vous allez à une vitesse raisonnable, vous n'aurez aucun problème à diriger. D'autre part, à haute vitesse, vous avez besoin d'une courbure plus grande pour tourner, ainsi que de plus de pression sur les roues du côté extérieur.

Notez que certains de ces problèmes, tels que la stabilité, concernent également les robots sur Terre. Cependant, ici sur terre, nous pouvons toujours retourner le véhicule s'il tournait, mais sur Mars, nous ne pouvons pas faire confiance aux Martiens (ils aimeraient peut-être que le rover reste collé sur le dos et commence à l'adorer, ce qui n'est pas cool pour nous) .

L'une des raisons est le délai de communication entre la Terre et Mars.

Le temps aller-retour pour les signaux de la Terre à Mars est de plusieurs minutes, ce qui signifie que vous ne pouvez pas télé-exploiter le robot en temps réel. Cela signifie que le robot a besoin d'une capacité autonome d'évitement d'obstacles pour l'empêcher de rester bloqué ou d'avoir des problèmes.

L’équipement d’évitement des dangers sur les véhicules à moteur Mars est généralement conçu de manière très conservatrice, ce qui signifie que vous conduisez lentement et arrêtez-vous fréquemment pour vérifier votre environnement.

D'après Wikipedia, pour les véhicules d'exploration de Mars (esprit et opportunité):

... un logiciel permettant d'éviter les dangers le bloque toutes les 10 secondes pendant 20 secondes pour observer et comprendre le terrain sur lequel il a évolué.