해양과학 연구를 위한 새로운 프레임워크는 심해의 과학적 탐사에 대한 더 넓은 접근을 제공합니다.

Newswise – 매사추세츠 주 우즈 홀(2023년 8월 23일) – 해양 해양학 연구에 필요한 인프라, 교육 및 물리적 능력 요구 사항으로 인한 접근 장벽으로 인해 대부분의 사람들이 해양 깊이에 대한 과학적 탐사에 접근할 수 없는 상태로 남아 있습니다.

이제 해양학 연구를 위한 혁신적인 새 프레임워크는 해안에 거주하는 과학자, 시민 과학자, 일반 대중이 자동 샘플링 프로세스를 원활하게 모니터링하고 제어할 수 있는 방법을 제공합니다.

원격 협업을 위한 공유 자율성(SHARC) 프레임워크는 “원격 참가자가 선박에서 작업을 수행하고 원격 조종 차량(ROV)과 같은 자동화된 조작기를 제어할 수 있도록 지원합니다.” – “기본 인터넷 연결 및 소비자급 하드웨어만 사용하여” 용도와 상관없이요. 이전 파일럿 경험”, A에 따르면 시트를 넣다 과학적인 로봇“원격 조작 공유 자율성을 통해 심해 과학 탐사를 발전시킵니다.” 이 타이어는 우즈홀해양연구소(WHOI), 매사추세츠 공과대학(MIT), 시카고 토요타 기술연구소(TTIC) 연구팀이 개발했다.

SHARC 프레임워크를 사용하면 직관적인 3D 작업 공간 표현에서 VR 안경을 착용한 상태에서 간단한 음성 및 손 동작으로 목표 지향 명령을 내릴 수 있는 여러 원격 운영자 간의 실시간 협업이 가능합니다.

공동 저자는 “SHARC를 통해 시민 과학자들에게 심해 탐사의 운영 측면을 개방할 수 있습니다. 교실에 있는 어린이든 물류 또는 물리적 요구 사항으로 인해 배에 탑승할 수 없는 사람들이든 관계없이 말이죠”라고 말했습니다. .” 리차드 카멜리, 프로젝트의 수석 조사관이자 WHOI 응용 해양 물리학 및 공학 부서의 과학자입니다. “시민 과학자들은 가상 세계에서 ROV의 로봇 조종 팔과 상호 작용할 수 있습니다. 이는 Star Trek의 연방 우주선에 사용되는 공상 과학 홀로덱 시스템과 다소 유사합니다.”

SHARC를 통해 가능해진 인간-로봇 상호 작용(공동 자율성이라고도 함)은 서로의 보완적인 강점을 기반으로 로봇과 인간 조작자 간의 책임을 위임합니다. 예를 들어 로봇은 운동학, 이동 계획, 장애물 회피 및 기타 낮은 수준의 작업을 처리할 수 있는 반면, 인간 조작자는 높은 수준의 장면 이해, 대상 선택 및 임무 수준 계획을 담당합니다. 또한 SHARC는 순차 작업이 아닌 병렬 작업을 허용합니다.

Camili는 “우리는 로봇에게 목적을 부여하고 해결책을 찾습니다.”라고 말했습니다. “다음 작업을 수행하기 위해 한 가지 일이 일어나기를 기다리지 않기 때문에 사람과 로봇이 함께 일할 수 있습니다. 로봇 팔이 한 작업을 수행하는 동안 우리는 다음 목표에 집중할 수 있습니다.

코로나19 팬데믹이 한창이던 2021년 9월, 과학자들은 SHARC 테스트에 성공했습니다. 동부 태평양의 산페드로 분지에서 해양학 탐사를 진행하는 동안 SHARC 팀원은 SHARC의 가상 현실과 데스크톱 인터페이스를 사용하여 수천 킬로미터 떨어진 곳에서 WHOI의 Nereid Under Ice 하이브리드 ROV(NUI)를 운영했습니다. 시카고, 보스턴, 우즈 홀에 물리적으로 위치한 팀원들은 공동으로 물리적 코어 샘플을 수집하고 수심 1,000미터 이상의 해저에 있는 미생물 매트와 퇴적물의 현장 X선 형광 측정값을 기록했습니다.

“이 논문은 심해에 대한 접근을 민주화하는 데 도움이 되는 공유 자율성의 잠재력을 정말로 강조합니다.”라고 주저자는 말했습니다. 에이미 펑, MIT-WHOI 해양학/응용 해양 과학 및 공학 대학원 학위 프로그램에 재학 중인 학생입니다. Phung은 2021년 SHARC 테스트에서 NUI 차량을 운영한 과학자 중 한 명이었습니다. “SHARC를 통해 해안에 있는 우리 팀은 특수 장비나 광범위한 사전 교육 없이도 4,000km 이상 떨어진 곳에서 해저 샘플을 수집할 수 있었습니다. 앞으로 로봇 공학 및 자율성 연구가 더욱 발전하면 언젠가 과학자들이 이를 가능하게 할 수 있을 것이라고 믿습니다. , 학생과 해변 애호가는 심해 탐사에 적극적으로 참여하고 기여할 수 있으며, 이는 결과적으로 일반 대중의 해양 지식 증진에 도움이 될 수 있습니다.”

육지, 공중 또는 바다에서 오늘날 작동하는 대부분의 로봇은 완전히 자율적이거나 고도로 훈련된 조종사에 의해 완전히 원격 제어되는 두 가지 방법 중 하나로 작동합니다. 후자의 방법은 수중 조작과 같은 설정에서 표준입니다. 로봇과 환경 사이의 복잡한 상호 작용을 포함합니다. 이 논문은 로봇과 인간의 상호 보완적인 능력을 활용하는 방식으로 로봇이 이 두 극단 사이에서 작동할 수 있도록 하는 새로운 프레임워크를 설명합니다. 매튜 월터, TTIC 부교수. Walter는 현재 세계보건기구(WHO)의 객원 조사관이기도 합니다. 이전에 그는 MIT와 세계보건기구(WHO)의 공동 프로그램에 참여하는 학생이었습니다. SHARC는 훈련이 거의 또는 전혀 없는 사람들이 음성과 가상 현실의 결합을 통해 집과 사무실에서 편안하게 심해에서 파일럿 감독 하에 로봇과 함께 복잡한 작업을 수행할 수 있도록 하며, 결과적으로 우리가 수행하는 방식을 재정의할 것을 약속합니다. 해양 과학 및 공학에 로봇 공학을 사용합니다.

또한 SHARC는 특정 유형의 ROV, 조작기 암 또는 기타 요인에 의존하지 않습니다. Camilli는 “완전히 다른 상황에서 완전히 다른 로봇 팔과 차량에 동일한 SHARC 기술을 적용할 수 있습니다”라고 말했습니다. SHARC 프레임워크는 “유연하고 하드웨어 중립적”입니다.

“매우 까다롭고 규제되지 않은 환경인 심해에서의 과학 탐사를 위해 SHARC 프레임워크를 사용하면 이 기술이 해저 과학 인프라 유지 관리 및 우주 작전을 포함하여 다양한 운영 상황에도 적용될 수 있다는 점을 강조합니다.” Abyssal Camille은 “핵무기를 제거하고 불발탄도 처리합니다.”라고 덧붙였습니다.

이 연구에 대한 자금은 국립 과학 재단(NSF) 국립 로봇 공학 이니셔티브, NASA의 행성 과학 기술 아날로그 연구 프로그램(PSTAR), NSF 대학원 연구 펠로우십 및 링크 재단에서 제공했습니다. NOAA의 해양탐사협력연구소(Cooperative Institute for Ocean Exploration)는 산페드로 분지(San Pedro Basin)에서 열린 2021년 태평양 시연 기간 동안 선박 및 로봇 차량 운영에 대한 현물 지원을 제공했습니다.

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저자: 에이미 펑^1,2기드온 빌링스²안드레아 F. 다니엘^삼매튜 R. 월터^삼리차드 카멜리^2*

소속:

¹매사추세츠 공과대학; 매사추세츠주 케임브리지

²우즈홀 해양연구소; 매사추세츠주 팰머스

^삼시카고의 Toyota Institute of Technology; 시카고, 일리노이

^*교신 저자

우즈홀 해양연구소(Woods Hole Oceanographic Institute) 소개

WHOI(Woods Hole Oceanographic Institution)는 매사추세츠 주 케이프 코드에 위치한 해양 연구, 엔지니어링 및 고등 교육에 전념하는 민간 비영리 기관입니다. 1930년에 설립된 이 기관의 주요 임무는 바다와 지구와의 상호 작용을 전체적으로 이해하고 변화하는 지구 환경에서 바다의 역할에 대한 이해를 전달하는 것입니다. WHOI의 획기적인 발견은 과학과 공학의 완벽한 조화에서 비롯됩니다. 이는 WHOI를 기초 및 응용 해양 연구 및 탐사 분야에서 가장 신뢰받고 기술적으로 진보된 리더 중 하나로 만들었습니다. WHOI는 다학제적 접근 방식, 우수한 선박 운영, 비교할 수 없는 심해 로봇 능력으로 유명합니다. 우리는 해양 모니터링에 선도적인 역할을 하고 있으며 세계에서 가장 포괄적인 데이터 수집 플랫폼 세트를 운영하고 있습니다. 선도적인 과학자, 엔지니어, 학생들이 전 세계 800개 이상의 동시 프로젝트에 협력하여 지식과 가능성의 경계를 넓히고 있습니다. 더 많은 정보를 원하시면 홈페이지를 방문해 주세요 www.whoi.edu

메인 소켓:

• 해양 깊이에 대한 과학적 탐사는 해양 해양학 연구에 필요한 인프라, 훈련, 물리적 능력 요구 사항으로 인한 접근 장벽으로 인해 대부분의 사람들이 접근할 수 없는 상태로 남아 있습니다. 이제 해양학 연구를 위한 혁신적인 새 프레임워크는 해안에 거주하는 과학자, 시민 과학자 및 일반 대중이 실험 감독을 통해 자동화된 샘플링 프로세스를 원활하게 모니터링하고 제어할 수 있는 방법을 제공합니다.
• 원격 협업을 위한 공유 자율성(SHARC) 프레임워크는 “원격 참가자가 선박에서 작업을 수행하고 원격 조종 차량(ROV)과 같은 자동화된 조작기를 제어할 수 있도록 지원합니다.” – “기본 인터넷 연결 및 소비자급 하드웨어만 사용하여” 용도와 상관없이요. Science Robotics의 새로운 논문에 따르면, 사전 실험 실험입니다.
• SHARC 프레임워크를 사용하면 직관적인 3D 작업 공간 표현에서 VR 안경을 착용한 상태에서 간단한 음성 및 손 동작으로 목표 지향 명령을 내릴 수 있는 여러 원격 운영자 간의 실시간 협업이 가능합니다.
• “인프라 요구 사항을 완화하는 SHARC의 능력을 통해 원격 과학자 및 기타 해안 측 하급 사용자가 선박이나 특수 하드웨어의 추가 대역폭 없이 참여할 수 있습니다. 따라서 SHARC는 심해 과학에 대한 접근을 민주화하고 학술 참여를 확대하기 위한 유망한 길을 제공합니다. 교실과 일반 대중을 포함한 더 넓은 청중에게.