El profesor de ingeniería mecánica Dan Negrut posa con un rover espacial utilizado para las pruebas. Crédito: Joel Hallberg / UW – Madison
Cuando un vehículo extraterrestre multimillonario se atasca en arena o grava blanda, al igual que el Espíritu de rover de Marte En 2009: los ingenieros con sede en Tierra se hacen cargo como una grúa virtual, emitiendo una serie de comandos que mueven sus ruedas o reverten su curso en un esfuerzo delicado y que requiere mucho tiempo para liberarla y continuar su misión exploratoria.
Si bien el espíritu permaneció estancado permanentemente, en el futuro, una mejor prueba de terreno aquí en Terra Firma podría ayudar a evitar estas crisis celestiales.
Utilizando simulaciones por computadora, los ingenieros mecánicos de la Universidad de Wisconsin -Madison han descubierto una falla en la forma en que se prueban los rovers en la Tierra. Ese error conduce a conclusiones demasiado optimistas sobre cómo se comportarán Rovers una vez que se implementen en misiones extraterrestres.
Un elemento importante para prepararse para estas misiones es una comprensión precisa de cómo un rover atraviesará superficies extraterrestres en baja gravedad para evitar que se atasque en terrenos blandos o en áreas rocosas.
En la luna, el tirón gravitacional es seis veces más débil que en la tierra. Durante décadas, los investigadores que prueban Rovers han explicado esa diferencia en la gravedad al crear un prototipo que es un sexto de la masa del rover real. Proban estos rovers livianos en los desiertos, observando cómo se mueve a través de la arena para obtener información sobre cómo funcionaría en la luna.
Sin embargo, resulta que este enfoque de prueba estándar pasaba por alto un detalle aparentemente intrascendente: la atracción de la gravedad de la Tierra en la arena del desierto.
La operación de un rover se simula en Project Chrono, un motor de simulación de física de código abierto desarrollado en UW-Madison. Crédito: Dan Negrut / UW – Madison
A través de la simulación, Dan Negrut, profesor de ingeniería mecánica en UW -Madison, y sus colaboradores determinaron que la gravedad de la Tierra se reduce con la arena con mucha más fuerza que la gravedad en Marte o la Luna. En la tierra, la arena es más rígida y de apoyo, reduciendo la probabilidad de que cambie bajo las ruedas de un vehículo. Pero la superficie de la luna es “más esponjosa” y, por lo tanto, cambia más fácilmente: los rovers importantes tienen menos tracción, lo que puede obstaculizar su movilidad.
“En retrospectiva, la idea es simple: debemos considerar no solo la atracción gravitacional del rover sino también el efecto de la gravedad en la arena para obtener una mejor imagen de cómo funcionará el rover en la luna”, dice Negrut. “Nuestros hallazgos subrayan el valor de utilizar la simulación basada en la física para analizar la movilidad del rover en el suelo granular”.
El equipo recientemente detallado Sus hallazgos en el Journal of Field Robotics.
El descubrimiento de los investigadores resultó de su trabajo en un proyecto financiado por la NASA para simular el Víboraque había sido planeado para una misión lunar. El equipo aprovechó el proyecto Chrono, un motor de simulación de física de código abierto desarrollado en UW-Madison en colaboración con científicos de Italia. Este software permite a los investigadores modelar de manera rápida y precisa sistemas mecánicos complejos, como rovers de tamaño completo que operan en superficies de arena o suelo “blandas”.
Mientras simulaban el Viper Rover, notaron discrepancias entre los resultados de las pruebas basadas en la Tierra y sus simulaciones de la movilidad del rover en la luna. Excavar más profundamente con simulaciones de crono reveló la falla de prueba.
Los beneficios de esta investigación también se extienden mucho más allá de la NASA y los viajes espaciales. Para las aplicaciones en la Tierra, Chrono ha sido utilizado por cientos de organizaciones para comprender mejor los sistemas mecánicos complejos, desde relojes mecánicos de precisión hasta camiones y tanques del Ejército de EE. UU. Que operan en condiciones todoterreno.
Rovers on Sand en el laboratorio de ingeniería basado en simulación. Crédito: Joel Hallberg / UW – Madison
“Es gratificante que nuestra investigación sea muy relevante para ayudar a resolver muchos desafíos de ingeniería del mundo real”, dice Negrut. “Estoy orgulloso de lo que hemos logrado. Es muy difícil como un laboratorio universitario publicar un software de fuerza industrial que usa la NASA”.
Chrono es gratuito y está disponible públicamente para uso sin restricciones en todo el mundo, pero el equipo UW -Madison realiza un trabajo continuo significativo para desarrollar y mantener el software y proporcionar soporte de usuarios.
“Es muy inusual en la academia producir un producto de software en este nivel”, dice Negrut. “Hay ciertos tipos de aplicaciones relevantes para la NASA y la exploración planetaria donde nuestro simulador puede resolver problemas que ninguna otra herramienta puede resolver, incluidos los simuladores de grandes compañías tecnológicas, y eso es emocionante”.
Dado que Chrono es de código abierto, Negrut y su equipo se centran en innovar y mejorar continuamente el software para mantenerse relevante.
“Todas nuestras ideas están en el dominio público y la competencia puede adoptarlas rápidamente, lo que nos impulsa a seguir adelante”, dice. “Hemos sido afortunados en la última década para recibir el apoyo de la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU. Y la NASA”.
Los coautores en el periódico incluyen a Wei Hu de la Universidad Shanghai Jiao Tong, Pei Li de UW-Madison, Arno Rogg y Alexander Schepelmann de la NASA, Samuel Chandler de Protoinnovations, LLC, y Ken Kamrin de MIT.
Más información: Wei Hu et al, un estudio que demuestra que el uso de compensación gravitacional para preparar misiones de movilidad extraterrestre es engañoso, Journal of Field Robotics (2025). Dos: 10.1002/rob.22597
Proporcionado por la Universidad de Wisconsin-Madison
Cita: los rovers del espacio robótico siguen atascándose. Los ingenieros han descubierto por qué (2025, 26 de julio) recuperaron el 26 de julio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-07-robotic-space-rovers-stuck.html
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