home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Space & Astronomy / Space and Astronomy (October 1993).iso / mac / TEXT / SPACEDIG / V11_2 / V11_224.TXT < prev    next >
Internet Message Format  |  1991-07-08  |  17KB

  1. Return-path: <ota+space.mail-errors@andrew.cmu.edu>
  2. X-Andrew-Authenticated-as: 7997;andrew.cmu.edu;Ted Anderson
  3. Received: from beak.andrew.cmu.edu via trymail for +dist+/afs/andrew.cmu.edu/usr11/tm2b/space/space.dl@andrew.cmu.edu (->+dist+/afs/andrew.cmu.edu/usr11/tm2b/space/space.dl) (->ota+space.digests)
  4.           ID </afs/andrew.cmu.edu/usr1/ota/Mailbox/oa72YSW00VcJM:fU5r>;
  5.           Fri,  6 Apr 90 01:29:03 -0400 (EDT)
  6. Message-ID: <Aa72XzS00VcJ8-dk5r@andrew.cmu.edu>
  7. Reply-To: space+@Andrew.CMU.EDU
  8. From: space-request+@Andrew.CMU.EDU
  9. To: space+@Andrew.CMU.EDU
  10. Date: Fri,  6 Apr 90 01:28:32 -0400 (EDT)
  11. Subject: SPACE Digest V11 #224
  12.  
  13. SPACE Digest                                     Volume 11 : Issue 224
  14.  
  15. Today's Topics:
  16.            Space-tech excerpt:  Robots on the moon
  17. ----------------------------------------------------------------------
  18.  
  19. Date: Thu, 5 Apr 1990 20:20-EDT 
  20. From: Marc.Ringuette@DAISY.LEARNING.CS.CMU.EDU
  21. Subject: Space-tech excerpt:  Robots on the moon
  22.  
  23. This is the last of my recent batch of excerpts from the space-tech 
  24. mailing list.  Cheers!
  25.  
  26.  ///////////////////////////////////////////////////////////////////////
  27. /// Marc Ringuette /// Carnegie Mellon University, Comp. Sci. Dept. ///
  28. \\\ mnr@cs.cmu.edu \\\ Pittsburgh, PA 15213.  Phone 412-268-3728(w) \\\
  29.  \\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\
  30.  
  31.  
  32. Space-tech excerpt:  Robots on the moon     [330 lines, Mar. '90]
  33.  
  34. ------------------------------
  35.  
  36. From: Marc.Ringuette@DAISY.LEARNING.CS.CMU.EDU
  37.  
  38. I was just thinking of trying to sketch out an idea:  a robotic, teleoperated
  39. "construction team" of about 50 little (say, 20-pound) robots designed and
  40. operated in completely distinct ways (for redundancy and flexibility), which
  41. would operate on the moon and be able to put together payloads shipped there
  42. in kit form.  They would be teleoperated from an earth station, and use
  43. common communications equipment....
  44.  
  45. ------------------------------
  46.  
  47. From: Gord Deinstadt <geovision!gd@uunet.UU.NET>
  48.  
  49. Marc, I have been thinking along similar lines for some time.  My
  50. ultimate goal was a system of tiny robots that could assemble the
  51. next generation of larger robots, and so on until they are big
  52. enough to do "real" work.  But, even if they were less capable
  53. they could still do a lot.
  54.  
  55. The biggest problem I see is power.  A 20-pound robot can't store much
  56. energy relative to its size, at least not with batteries.  I'm not
  57. sure how constraining this is, since a lot of the work can be done
  58. while standing still, which makes a power cord acceptable.  You still
  59. have to have a lunar power station, though.  Hmm- microwave transmitters
  60. a few thousand miles apart, locked in phase, should be able to beam
  61. power from Earth to a smallish rectenna on the Moon.
  62.  
  63. Anyhow, I'm convinced you can do a whole lot with fairly stupid robots
  64. on the Moon, provided you're willing to do it slowly.  But slowly is
  65. relative; we could put up a bunch of robots next year, so they'd have
  66. a big head start over a manned base.  In fact I think this is a great
  67. way to build the infrastructure for a manned base, not to mention
  68. useful chores such as assaying minerals.
  69.  
  70. ------------------------------
  71.  
  72. From: Joe Beckenbach <jerbil@csvax.caltech.edu>
  73.  
  74. > The biggest problem I see is power.  A 20-pound robot can't store much
  75. > energy relative to its size, at least not with batteries.
  76.  
  77.     Why not simply let each be solar-powered?  True, a little additional
  78. stuff will be necessary to allow the 'bots to turn off at nearly the same
  79. time, but that could be done in a small plain area by having each one 
  80. turn off when the sunshine level drops below a critical value.  So think
  81. of it as a 50% duty cycle through each month.  1/3 :-)
  82.  
  83.     Put up instruments, a couple of small propulsion experiments, a 
  84. commsat or two, and a batch of robots all on one bus.  Put this in orbit
  85. around Luna, and then send each item on its way, like blowing dandelion
  86. seeds.
  87.  
  88. ------------------------------
  89.  
  90. From: GOTT@wishep.physics.wisc.edu (George Ott)    
  91.  
  92. How large and intelligent does a robot have to be to be useful for setting up
  93. a lunar base?  Would a semi-intelligent bulldozer do the trick or do we need
  94. something with some sort of arms?  What are the early tasks that need to be
  95. accomplished?  Or that could accomplished using "off the shelf robots" or at
  96. least robots built from off the shelf parts....
  97.   One bobcat
  98.   One Macintosh Si
  99.   One satellite dish (for comm.)
  100.   One SNAP generator for power
  101.   Three grey scale CCD cameras for seeing
  102.  
  103. ------------------------------
  104.  
  105. From: henry@zoo.toronto.edu (Henry Spencer)
  106.  
  107. Remember that you need either (a) plenty of power to run heaters, (b) a
  108. heated garage, or (c) robots built to soak at cryogenic temperatures
  109. during the lunar night.  The Surveyor landers tried to survive using
  110. small battery-powered heaters in crucial places plus durable hardware;
  111. not all of them made it through one lunar night, and I don't think
  112. any made it through two.  The Lunokhods and the Apollo instrument
  113. networks did better, but they had isotope power.
  114.  
  115. If I were trying to use off-the-shelf hardware, I think I'd opt for the
  116. heated garage.
  117.  
  118. ------------------------------
  119.  
  120. From: gwh%ocf.Berkeley.EDU@lilac.berkeley.edu (George Herbert)
  121.  
  122. Besides using a non-space rated brain [a mac SE???]
  123. that robot would be using a thirty watt RTG [oy] for
  124. power.  Do you know how little you can do with thirty watts?
  125.  
  126. ------------------------------
  127.  
  128. From: GOTT@wishep.physics.wisc.edu (George Ott)
  129.  
  130. Some mention has been made of running the lunar bobcat on solar power.
  131. What are the advantages of solar power over radioisotope power in this case?
  132. Which has a higher power per lb. launched from Earth?
  133. How do the systems compare with regards to reliability?
  134.  
  135. ------------------------------
  136.  
  137. From: Gord Deinstadt <geovision!gd@uunet.UU.NET>
  138.  
  139. My guess is that you could manage about 100 grams/sq metre for lunar
  140. solar cells (thin-film type).  This yields on the order of 100 watts/sq
  141. metre, or 1 kilowatt/kilogram.  I don't know the numbers for radioistope
  142. thermal generators, but they are considerably worse.  An RTG needs a
  143. radiator plus shielding, both of which are relatively massy.
  144.  
  145. Space probe designers use solar cells whenever possible, falling back
  146. on RTGs when the probe is going to the outer solar system.
  147.  
  148. Both solar cells and RTGs have a serious problem when used
  149. on the Moon; dust!  Every moving vehicle is going to stir up
  150. dust, and that is going to coat any nearby solar cells or RTG radiators.
  151. For the RTG, we can just wipe off the radiator every once in a while.
  152. For solar cells, we have to worry about scratching the surface.
  153. The obvious solution is to put a hard coating on the
  154. solar cells (say, diamond film) but this is unlikely to have the
  155. optical properties we need for best efficiency.
  156.  
  157. If we want to use solar cells (which I believe we do, based on power
  158. density), we may have to locate them in a suburb far away from the
  159. dust of the lunar base.  And we'll still have to worry about dust
  160. thrown up high by rockets taking off and landing; maybe the only
  161. way to escape this is to build a hard-surface pad.  Or employ a lot of
  162. robots wiping solar panels.
  163.  
  164. Now they're stupid, shivering robots doing menial labour! :-)
  165.  
  166. ------------------------------
  167.  
  168. From: Vincent.Cate@SAM.CS.CMU.EDU
  169.  
  170. If you go to the North pole of the moon you can get a 6 month day.
  171. Solar power will work well even at the low angle because there is no
  172. atmosphere.  You can drive around for 6 months.  Then getting, off to a
  173. timed and planned start, you can spend 14 to 28 days migrating south
  174. for the winter (curve around as you go south).  The moon is small
  175. enough, and there are no fences, so far.  Net result is that we could
  176. drive a remote control bobcat year round.  I think of it more as a
  177. remote control space buggy than a bobcat, since it will probably be
  178. very light and take awhile to push dirt around - but hey, we will have
  179. the time.  If you have two of these with some remote control arms such
  180. that you can use one to work on the other you may even be able to keep
  181. them both working for some time.
  182.  
  183.     -- Vince
  184.  
  185. ------------------------------
  186.  
  187. From: "Edward V. Wright" <ewright@convex.com>
  188.  
  189. Jerry Pournelle's Lunar Society spent considerable time working
  190. on a lunar bulldozer very much like the proposed Bobcat.  They
  191. called it the Go-cart.  It was an ATV-type vehicle with a waldo
  192. on the front.  It was designed to be teleoperated from Earth:
  193. autonomous most of the time, but call for help when you encounter
  194. something that you don't understand.
  195.  
  196. As far as migrating from one pole to another, I think you may be
  197. overestimating the distance a vehicle can cover, over unexplored
  198. terrain, in a day.  The Moon is about 6000 miles in circumference,
  199. we're talking a 3000-mile trek, so 100 to 200 miles per day. That
  200. doesn't sound very fast, but as I recall the proposed Martian rovers
  201. cover only a fraction of that distance in a day.  You could
  202. probably improve on that some, but only at the risk of losing
  203. vehicles. (I'd plan on some attrition, anyway. There are a *lot*
  204. of holes on the Moon.)  
  205.  
  206. It might be better just to land two groups of robots, one at either
  207. pole.  Operate each group of robots for six months at a time.  Or
  208. build a tower that's tall enough for its top to be in sunlight all
  209. the time.  The robots spend 6 months of the year roaming free and
  210. 6 months tethered to the base of the tower, doing work around the
  211. base camp and getting their power from extension cords.
  212.  
  213. ------------------------------
  214.  
  215. From: Gord Deinstadt <geovision!gd@uunet.UU.NET>
  216.  
  217. I see a need for three types of robots.
  218. 1.  A truck (solar powered, see above).
  219. 2.  A backhoe (more flexible than a bulldozer - used for all kinds of
  220.     heavy lifting and moving).
  221. 3.  A "monkey", ie. a small thing with high-dexterity effectors for doing
  222.     fiddly tasks like repairing other robots.
  223.  
  224. >Personally, I favor the "semi-autonomous" theory of operation, where if the
  225. >fairly stupid robot checks in with his mentors whenever he encounters anything
  226. >beyond his scope of "reasoning."
  227.  
  228. I hate to see projects stalled because we're too ambitious in
  229. our software designs.  I don't know what AI is capable of these
  230. days, but for Lunar work and a short design cycle I'd even settle for simple
  231. remote control, which is why I said the robots could be slow.  Semi-
  232. autonomous would be better if it is available more or less off-the-shelf.
  233.  
  234. ------------------------------
  235.  
  236. From: Marc.Ringuette@DAISY.LEARNING.CS.CMU.EDU
  237.  
  238. I'd like to say more about my vision of a Robot Workshop, and along the way
  239. make some comments about the discussion so far.
  240.  
  241. My goal is to extend a virtual human presence into an area the size of,
  242. say, a large room:  the Robot Workshop.  In orbit, this might be a way
  243. to do Space Station assembly; on the moon, it could be the means of
  244. constructing and maintaining a small mineral processing plant or mass
  245. driver.  
  246.  
  247. I prefer an octopus configuration, with one central power/communications
  248. system, plus ten or twenty small tethered robots.  This has major
  249. implications for keeping each robot simple:  they need be no more complex
  250. than robots in a lab on Earth, with power and control connections, motors,
  251. cables, and little else.  Preferably, they would have some decent force or
  252. touch sensors to provide enough information to the operators.  I think it is
  253. essential that each robot NOT be required to have its own power source, radio
  254. link, processing unit, etc.
  255.  
  256. As I envision it, the central system has solar cells or an RTG, communications 
  257. with Earth including several video channels and teleoperation control
  258. channels, and hardware to control which of the robots is being used and
  259. which video channels to ship back.  I see the robots operating in a 95% to
  260. 100% teleoperated mode.  My reading on the usefulness and flexibility of AI
  261. techniques for operating the robots is that for the various tasks you'd run
  262. into in a workshop, a skilled human operator can beat AI almost all the time,
  263. even with a several-second round trip delay.  The only roles I would look for
  264. software to play is are to monitor for problems and do an 'emergency freeze' 
  265. if an exceptional condition occurs, and to provide local control of simple 
  266. short-duration operations such as sanding or polishing.  I'm pretty solid
  267. in this conviction, being an AI guy myself.  If you CAN teleoperate, you
  268. SHOULD teleoperate.
  269.  
  270. What kind of robots would we need?  I imagine anchored robot arms, arms on
  271. tracks, arms on wheels, arms with snap-on hand attachments such as wrenches
  272. and screwdrivers, cameras on arms, cameras on tracks, fully mobile dune
  273. buggies with clips for attaching payloads or cords for hauling, arms with
  274. three-finger hands, arms with grippers, arms with hooks, toolkits, glue, 
  275. duct tape...
  276.  
  277. How do we use these most effectively?  I suggest a team of very talented
  278. operators, each with separate controls, but working in a common command
  279. center where they can yell at each other and help each other out.  Not all
  280. the robots would be operating at once, particularly if the video bandwidth is
  281. a severely limiting factor, which I believe it might.  There should be
  282. mock-ups of the environment so they can work out problems in the mock-up if
  283. they need to before trying it in real life.  
  284.  
  285. =============
  286.  
  287. What does my proposal provide?
  288.  
  289.   - A simple, flexible way to project human presence into a workshop.  It is
  290.     relatively low-tech and straightforward.
  291.  
  292.   - A heterogeneous and flexible system with minimal hardware requirements.
  293.  
  294.   - A system able to do simple assembly and repair.
  295.  
  296. =============
  297.  
  298. On to some specifics people have mentioned: 
  299.  
  300. On temperature control:  I bet using heaters really isn't that expensive.
  301. Isn't a vacuum bottle what you keep things hot in?  Maybe we can get some
  302. figures from outer-solar-system probes.  I figure all we have to do is make
  303. sure that the heat flow is good enough that no part gets left in the cold.
  304. Maybe lighting the area with some major floodlights would help.  And rather
  305. than using electric heaters, perhaps small RTG pellets used for pure heat,
  306. rather than power generation.
  307.  
  308. On self-reproducing robots: no way, no time soon, and CERTAINLY not with lunar
  309. materials!  It would be nice to have robots that could do simple repairs
  310. on each other, and standard parts would be nice, but that's about it.  
  311.  
  312. Heterogeneity is a big goal.  I would really like the robots to be able to be
  313. developed and operated completely separately, for instance by university
  314. projects in several places.  Coordination is a BIG hassle, so let's just skip
  315. it by making the interface simple - control lines in, video out, and each
  316. project can do its own thing.  Hedges your bets, too.
  317.  
  318. Gord Deinstadt is definitely right that we should expect things to happen
  319. VERY SLOWLY.  I think that's OK.  There are a lot of hours in a month.
  320.  
  321. On migrating south for the winter:  definitely not - you only move across
  322. terrain if you have to.  Not to mention that my proposed system can't move
  323. at all.
  324.  
  325. On RTG's versus solar cells:  I think solar wins by a lot, in terms of
  326. weight, but RTG's provide power 100% of the time.  I don't know which wins:
  327. if power isn't the dominant weight requirement, it might be worth getting a
  328. 100% duty cycle by using RTG's.
  329.  
  330. I don't mean to ignore suggestions for, say, a mobile, independently powered
  331. bulldozer.  I think it's a fine idea.  However, I think a lot of the power of
  332. my proposal comes from the fact that a simple system of video cameras and
  333. teleoperated arms is very easy and very useful.  Amortizing the cost of the
  334. rest of the system -- power, communications -- over a number of cameras and
  335. arms makes them a lot cheaper.
  336.  
  337. ------------------------------
  338.  
  339. From: Tom Neff <tneff%bfmny0@uunet.UU.NET>
  340.  
  341. Two refinements to the Robot Workshop:
  342.  
  343.  - You'd want at least two separate power busses and radio circuits
  344. available in the workshop (even if both are not constantly in use), so
  345. that repairs to a failure in either one can be done using the other,
  346. without automatically incurring a human repair call.
  347.  
  348.  - Although teleoperation beats AI at Earth-Moon distances for many
  349. things, I think it would make a lot of sense to give the robots enough
  350. sense to obey "GRASP X", "PUT A ON B", "UNSCREW" and so forth.  The
  351. feedback loop would tend to interfere with smooth operation otherwise.
  352. And it is something we can do, unlike "FIGURE OUT WHAT IS WRONG AND FIX
  353. IT AND REPORT BACK" as some of our more eager beavers would go for.
  354.  
  355.  - How about five arms and three eyes per station.  The teleoperator
  356. picks an eye-pair for stereo vision, but can switch pairs at will for
  357. a change in perspective without having to move or wait (also an assistant
  358. can monitor his work from the side).  The five (or whatever) arms
  359. include a "bottom arm" with a support platform attached to hold small
  360. work, two general purpose manipulator arms and two hold/transport arms.
  361.  
  362. ==
  363.  
  364. This concept could work in orbit or on a planetary/satellite surface.
  365. In all cases you need a reliable automated way of getting new stuff
  366. TO the workshop.  In orbit the Progress system works.  On the Moon
  367. you have other problems.  An automated soft landing + breakdown
  368. technique, combined with a teleoperated 'drag rover' might work.
  369. But this won't be simple to achieve.
  370.  
  371. ------------------------------
  372. [ End of excerpt ]
  373.  
  374. ------------------------------
  375.  
  376. End of SPACE Digest V11 #224
  377. *******************
  378.