Университет Райса и НАСА запустили первую в мире платформу динамического моделирования с открытым исходным кодом для разработки и тестирования роботов, предназначенных для использования внутри космических аппаратов и обитаемых модулей.

Динамическое моделирование iMETRO позволяет создать высокоточный цифровой двойник исследовательского комплекса iMETRO Космического центра имени Линдона Джонсона НАСА. Это дает возможность исследователям со всего мира разрабатывать, тестировать и совершенствовать внутрикорабельные роботизированные системы в виртуальной среде.

Платформа была представлена на Международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации (ICRA) 2026 года в Вене совместной командой NASA и Университета Райса.

По словам разработчиков, симулятор с открытым исходным кодом расширит доступ к передовым исследованиям в области космической робототехники и ускорит внедрение инноваций для будущих пилотируемых космических миссий.

Симулятор открытого космоса

Динамическое моделирование iMETRO считается первой в мире платформой с открытым исходным кодом для моделирования внутрикорабельной робототехники, которая позволяет исследователям разрабатывать, тестировать и проверять роботов для космических аппаратов и будущих космических поселений, а также ускоряет исследования для длительных космических миссий.

Платформа является цифровым двойником физического исследовательского комплекса iMETRO НАСА в Космическом центре имени Линдона Джонсона. Она в точности воспроизводит полномасштабные макеты интерьеров космических кораблей и лунных жилых модулей, что позволяет разработчикам проектировать и тестировать роботизированные системы в реалистичных виртуальных условиях, прежде чем запускать их на физическом оборудовании. 

В симуляции основное внимание уделяется роботам-манипуляторам, которые используются для технического обслуживания и логистических задач внутри космических кораблей. Это так называемая внутрикорабельная робототехника. Предполагается, что эти роботы будут выполнять рутинные операции, такие как транспортировка припасов, перемещение грузов, организация оборудования и техническое обслуживание, снижая нагрузку на астронавтов во время длительных миссий на Луну и за ее пределы.

Ключевой особенностью симулятора является детальная модель роботизированного манипулятора с восемью степенями свободы, которая представляет собой типичную роботизированную платформу для космических операций. Модульная архитектура позволяет исследователям тестировать новое программное обеспечение для роботов, конфигурации оборудования и рабочие процессы на реконфигурируемых макетах космических аппаратов, что дает возможность быстро проводить эксперименты без прямого доступа к физическим объектам NASA.

Для упрощения использования платформа поддерживает ROS 2, широко распространенную платформу для робототехники, и MuJoCo, физический симулятор, который точно моделирует движения робота. Разработчики могут использовать одни и те же модели роботов в обеих средах без существенных изменений. Встроенный инструмент преобразования также упрощает перенос программного обеспечения роботов из виртуальной среды в реальную, сокращая время разработки и повышая совместимость.

Развитие цифровых двойников

Исследовательская группа продемонстрировала возможности платформы по переносу данных из симуляции в реальный мир, разработав роботизированное приложение полностью в симуляции и развернув его на физическом объекте iMETRO менее чем за сутки. Успешный перенос данных подтверждает точность цифрового двойника и показывает, что программное обеспечение для робототехники можно быстро протестировать, прежде чем запускать на реальном оборудовании, что значительно сокращает циклы разработки.

По словам разработчиков, симулятор решает одну из главных проблем, с которыми столкнутся будущие пилотируемые космические полёты: повышение продуктивности астронавтов во время длительных миссий. Рутинное техническое обслуживание и логистика отнимают значительную часть времени экипажа на борту космического корабля, и многие из этих повторяющихся задач могут взять на себя автономные роботы или роботы с дистанционным управлением, что позволит астронавтам сосредоточиться на научных исследованиях и освоении космоса.

Исторически прогресс в области космической робототехники сдерживался отсутствием общедоступных сред моделирования, способных точно воспроизвести проблемы, возникающие при манипуляциях в условиях микрогравитации и ограниченного пространства внутри космических аппаратов. Большинство разработок опиралось на проприетарные инструменты или закрытые испытательные стенды, что ограничивало возможности для сотрудничества и внедрения инноваций.

Выпустив динамическое моделирование iMETRO в виде платформы с открытым исходным кодом, проект расширил доступ к передовым исследованиям в области космической робототехники. «Впервые эта симуляция позволит исследователям со всего мира удаленно создавать и тестировать новое программное обеспечение для роботов, а также проверять, как оно интегрируется с различными конфигурациями оборудования и операционными парадигмами и работает с ними на физическом испытательном стенде NASA», — сказала Никки Харт, аспирантка Университета Райса и стажер программы NASA Pathways, в заявлении.

Ожидается, что платформа сыграет ключевую роль в развитии роботизированных технологий для будущих лунных миссий, орбитальных станций и исследований дальнего космоса.