¿Por qué los rovers de Marte son tan lentos?

Los rovers de Marte son típicamente muy lentos. La curiosidad, por ejemplo, tiene una velocidad promedio de aproximadamente 30 metros por hora.

¿Por qué está diseñado tan lento? ¿Es por algunas restricciones de energía específicas o por otras razones? ¿Cuál es la razón principal por la que es tan lento?

Tiene más que ver con la suspensión rocker bogie que con cualquier otra cosa.

El sistema está diseñado para usarse a una velocidad lenta de alrededor de 10 cm / s, a fin de minimizar los choques dinámicos y el daño consecuente al vehículo al superar obstáculos considerables.

A cambio de moverse lentamente, el rover puede escalar rocas que son el doble del diámetro de la rueda (la suspensión normal tiene problemas con algo más de la mitad del diámetro de la rueda). Esto es importante cuando se viaja, literalmente, en un paisaje extraño.

(imagen a través de http://en.smath.info/forum/yaf_postst995p2_Animation-of-mechanisms.aspx )

Hay otros beneficios que vienen con la velocidad lenta: mejor correlación entre cuadros sucesivos capturados por sus cámaras de navegación , más tiempo para planificar su ruta y ahorro de energía. Sin embargo, sin las capacidades proporcionadas por el sistema de suspensión, superando los obstáculos presentes en la superficie marciana sin atascarse o causar daños , los otros beneficios son discutibles.

Esto parece una pregunta de softbol pero es sorprendentemente sutil. Aquí hay algunas respuestas excelentes, pero puedo agregar un poco de rigor básico.

La razón por la que los rovers se mueven tan lentamente es esencialmente la necesidad de ser cautelosos con un equipo de varios millones de dólares. Pero hay otras restricciones de diseño que vale la pena mencionar.

• $$\int^{T_{final}}_{T_{initial}} [ c_0 v(t)^2 + c_1 a(t)^2 + c_3v(t) + c_4a(t) + c_5v(t)*a(t) + C ]dt$$ $c_0...c_6$. Nota: LIDAR se usa ampliamente en vehículos autónomos y sin conductor, como Google Car . Lo que me lleva a ...

• $O(r^3)$$r$

• Retraso en la comunicación . Como se mencionó, el robot es i) autónomo, y ii), limitado por detección. Los humanos tienen que "registrarse" constantemente para asegurarse de que el robot no esté haciendo algo estúpido (a pesar de sus algoritmos de planificación de última generación). Esto significa que el robot esperará muchas instrucciones , por lo tanto, el progreso promedio lento hacia una meta. Las referencias anteriores abordan esto.

• Estabilidad . Para lograr estabilidad / robustez, los rovers utilizan el sistema rocker-bogie. ver esto . Este sistema está diseñado para funcionar a bajas velocidades. Si vas rápido y golpeas una roca, rompes tu vehículo. Trate de imaginarse haciendo esa planificación de movimiento basada en sensores. Ahora intente hacerlo cuando todos sus sensores relevantes estén en un mástil conectado a la parte superior de su robot , y verá que es muy importante mantener estable la carga útil de detección.

No soy tan experto en física, pero puedo pensar en algunas razones:

• Poder . La cantidad de energía que necesita para realizar una tarea es inversamente proporcional al tiempo que lleva realizar esa tarea. Creo que es bien sabido que hacer algo más rápido requiere más potencia, de lo contrario, podría hacer todo infinitamente rápido sin costo alguno.
• Velocidad de cálculo . La declaración sobre el poder (arriba) no se limita a los movimientos. También es cierto para el cálculo. ¿Ha notado que cuando su computadora portátil está en modo de ahorro de energía, funciona más lentamente? Con los procesadores, si calcula algo dos veces más rápido, necesita cuatro veces más energía para hacerlo. Como resultado, lo más probable es que la CPU de los mars rovers tampoco funcione a alta velocidad. Por lo tanto, si el móvil necesita tiempo para procesar algo antes de continuar (por ejemplo, imágenes del entorno), debe moverse más lentamente para recibir datos a una velocidad menor. Suficientemente lento para que pueda procesarlos.

• Estabilidad . Creo que no necesito darle fórmulas para este fenómeno:

  

  En pocas palabras, cuanto más lento vaya, menor será la posibilidad de despegar sobre una cresta y posiblemente perder su estabilidad cuando aterrice.

• Maniobrabilidad . Si va a una velocidad razonablemente lenta, no tendría ningún problema para conducir. Por otro lado, a altas velocidades, necesita una curvatura más grande para girar, así como más presión sobre las ruedas en el lado exterior.

Tenga en cuenta que algunos de estos problemas, como la estabilidad, también son ciertos para los robots en la Tierra. Sin embargo, aquí en la tierra siempre podemos voltear el vehículo si se volcó, pero en Marte no podemos confiar en los marcianos (puede que les guste el rover pegado a su espalda y comenzar a adorarlo, lo que no es nada bueno para nosotros) .

Una razón es el retraso de las comunicaciones entre la Tierra y Marte.

El tiempo de ida y vuelta para las señales de la Tierra a Marte es de varios minutos, lo que significa que no puede teleoperar el robot en tiempo real. Eso significa que el robot necesita alguna capacidad autónoma para evitar obstáculos para ayudar a evitar que se atasque o tenga problemas.

El equipo para evitar peligros en los mars rovers generalmente está diseñado de una manera muy conservadora, lo que significa conducir despacio y detenerse con frecuencia para verificar su entorno.

De Wikipedia, para los Mars Exploration Rovers (Spirit and Opportunity):

... el software de prevención de riesgos hace que se detenga cada 10 segundos durante 20 segundos para observar y comprender el terreno al que se ha conducido.