Amélioration des rovers martiens grâce à une conception de suspension avancée

Alors que nous levons les yeux vers les étoiles, l'exploration d'autres planètes, en particulier Mars, devient de plus en plus importante. Les rovers sont des véhicules robotiques qui nous aident à étudier ces paysages étrangers. Ils font face à de nombreux défis, tels que des rochers et d'autres obstacles qui peuvent rendre le voyage difficile. Ces rovers transportent des instruments délicats qui doivent être protégés des bosses et des chocs à la surface. Par conséquent, un bon système de Suspension est essentiel pour les maintenir stables et mobiles.

#L'Importance de la Mobilité

Pour que les scientifiques collectent des données sur Mars, les rovers doivent atteindre des emplacements spécifiques. Cela nécessite la capacité de se déplacer sur des terrains accidentés sans se retrouver coincés ou endommagés. Le rover doit garder ses roues au sol autant que possible pour collecter des données efficacement. Si un rover a une faible mobilité, il peut se retrouver incapable d'explorer, ce qui entraîne des occasions manquées pour la recherche.

#Systèmes Existants

La NASA utilise un design de suspension connu sous le nom de système rocker-bogie. Ce système existe depuis un certain temps et a été utilisé pour la première fois sur le rover Sojourner. Le design rocker-bogie aide les six roues à rester en contact avec le sol, même lorsque le terrain est inégal, ce qui est crucial pour maintenir la stabilité. Ce système a bien fonctionné mais présente un inconvénient majeur appelé renversement du bogie. Cela se produit lorsque le rover bascule trop loin, rendant difficile, voire impossible, le mouvement.

Le renversement du bogie se produit lorsque la partie du rover qui supporte les roues pivote de plus de 90 degrés. Lorsque cela se produit, le rover se retrouve coincé et nécessite une aide manuelle pour revenir à un état utilisable. Cela peut se produire si le rover passe au-dessus d'une grande dénivellation ou heurte quelque chose à grande vitesse.

#Concevoir une Meilleure Suspension

Pour éviter le renversement du bogie, il est essentiel de créer un système de suspension avec des qualités spécifiques. La suspension doit :

1. Garder le rover stable dans les deux directions (latéralement et d'avant en arrière) lorsqu'il grimpe sur des obstacles.
2. Permettre au rover de traverser un terrain inégal tout en gardant autant de roues au sol que possible.
3. Changer de direction facilement pour manœuvrer dans des espaces étroits.
4. Fournir une bonne adhérence pour éviter de glisser.
5. Être capable de grimper sur des obstacles plus hauts que les pneus.
6. Absorber les chocs pour protéger le rover des impacts.
7. Éviter des positions pouvant laisser le rover incapable de se déplacer.

En nous concentrant sur ces caractéristiques, nous pouvons développer un meilleur design de suspension qui améliore la capacité du rover à naviguer sur un terrain accidenté.

#Un Nouveau Système de Suspension

L'objectif est de créer un nouveau système de suspension utilisant un mécanisme à cinq barres. Ce système utilise un agencement spécifique de liens et de roues pour offrir une meilleure stabilité et mobilité. Chaque côté du rover aura deux sections, ou bogies, et chaque bogie aura trois roues. Ce design permettra au rover de maintenir plus de contact avec le sol tout en lui permettant de grimper sur des obstacles plus élevés.

Au départ, le design manque de la résistance suffisante pour supporter des charges sans s'effondrer. Par conséquent, nous devrons ajouter un mécanisme pour stabiliser le système. Cela peut être fait soit de manière passive, soit de manière active. Dans un système passif, le design lui-même permet aux roues d'interagir avec le sol sans nécessiter de contrôles complexes. Cela inclut des pièces comme des ressorts et des amortisseurs, mais ne permet pas d'ajuster des facteurs comme la rigidité ou l'amortissement en fonction des terrains changeants.

En revanche, un Système Actif utilise des moteurs pour modifier dynamiquement le fonctionnement de la suspension. Cela permet au rover de s'adapter mieux à un terrain accidenté et de grimper efficacement sur des obstacles. Le système de suspension active peut se reconfigurer en fonction du terrain rencontré, ce qui aide à la mobilité.

#Contrôler la Suspension

Pour que le rover traverse des terrains difficiles, il doit être capable de réagir rapidement et intelligemment. Pour ce faire, nous utilisons une méthode appelée Apprentissage par renforcement. Dans cette approche, le rover apprend quelles actions donnent les meilleurs résultats en testant différentes stratégies au fil du temps. L'objectif est de créer un système capable de prendre des décisions par lui-même, en s'adaptant à de nouveaux obstacles qu'il n'a pas rencontrés auparavant.

L'apprentissage par renforcement diffère des méthodes traditionnelles, car il ne nécessite pas beaucoup de données pré-étiquetées. Au lieu de cela, le rover apprend en recevant des retours basés sur ses actions. S'il prend une bonne action, il reçoit une récompense, et s'il fait une erreur, il reçoit une pénalité. Cela l'encourage à faire de meilleurs choix au fil du temps.

Pour ce projet, nous utilisons spécifiquement une approche appelée Soft Actor-Critic (SAC). Cette méthode permet au rover d'agir dans des environnements continus, c'est-à-dire qu'il peut faire de petits ajustements plutôt que de se limiter à des décisions oui ou non. Cela est utile pour peaufiner les mouvements du rover lorsqu'il franchit des obstacles.

#Mise en Place de l'Environnement d'Entraînement

Pour entraîner le rover, nous utilisons un environnement simulé. Cela nous permet de créer divers scénarios sans risquer d'endommager l'équipement réel. Le rover est placé dans une situation où il rencontre des obstacles de différentes hauteurs, qu'il doit traverser pour atteindre son objectif.

Nous utilisons des outils qui permettent une communication fluide entre les systèmes du rover et l'environnement simulé. L'environnement d'entraînement est conçu pour imiter les conditions de la vie réelle, afin que le rover puisse apprendre efficacement sans nécessiter au départ d'essais physiques.

#Le Processus d'Entraînement

Au cours de l'entraînement, le rover reçoit un ensemble d'entrées qui l'informent sur son environnement, y compris son angle par rapport au sol et sa distance par rapport aux obstacles. Il décide ensuite comment se déplacer en fonction de sa situation actuelle. Les actions du rover sont contrôlées par un contrôleur PID (Proportionnel Intégral Dérivé), qui l'aide à ajuster ses mouvements en douceur.

Tout au long du processus d'entraînement, nous nous concentrons sur l'aide au rover pour qu'il apprenne de ses expériences. S'il parvient à surmonter un obstacle, il reçoit une récompense positive. Cependant, s'il échoue, comme en basculant ou en mettant trop de temps à traverser, il reçoit une récompense négative. Cela motive le rover à trouver le meilleur moyen de traverser chaque obstacle rapidement et efficacement.

#Analyse des Résultats

Une fois l'entraînement terminé, nous évaluons la performance du rover dans divers scénarios. Nous examinons à quel point il reste stable tout en se déplaçant sur des obstacles et s'il peut maintenir une vitesse constante. L'objectif est de s'assurer que le nouveau design de suspension élimine le renversement du bogie et améliore la mobilité globale.

Les tests initiaux ont montré des résultats prometteurs. Le nouveau design de suspension à cinq barres réduit efficacement les instances de renversement du bogie tout en maintenant la stabilité. Le rover peut traverser des obstacles tout en gardant une vitesse constante, ce qui est crucial pour une exploration efficace.

#Conclusion

Les avancées dans le design de la suspension jouent un rôle crucial dans l'amélioration des performances des rovers sur Mars et d'autres corps planétaires. En nous concentrant sur la stabilité, la mobilité, et les systèmes de contrôle intelligents, nous pouvons améliorer la capacité du rover à naviguer sur des terrains accidentés et à mener des recherches précieuses.

L'utilisation de systèmes de suspension actifs permet une approche plus adaptable pour traverser des obstacles, rendant les rovers plus capables d'atteindre leurs objectifs. Alors que nous continuons à développer et à affiner ces systèmes, nous nous rapprochons de la réalisation du plein potentiel de l'exploration robotique sur d'autres mondes. Nos explorations de Mars ne font que commencer, et avec une meilleure technologie, nous pouvons nous attendre à recueillir plus de données et d'informations précieuses sur nos planètes voisines.