Os robôs poderiam um dia rastejar pela lua, e os estudantes de graduação estão colocando as bases

O futuro da exploração da lua pode estar rolando em torno de um escritório indefinido no campus de Cu Boulder. Aqui, um robô tão amplo quanto uma grande pizza se desloca para a frente em três rodas. Ele usa um braço com uma garra em uma extremidade para pegar um bloco de plástico no chão e depois colocá -lo de volta.

Certamente, este escritório sem janelas, completo com carpete cinza, não é nada como a lua, e o robô, apelidado de “Armstrong”, não duraria um minuto em sua superfície gelada.

Mas a cena representa uma nova visão para a exploração espacial – uma na qual as frotas de robôs que trabalham em conjunto com as pessoas rastejam pela paisagem lunar, construindo observatórios científicos ou mesmo habitats humanos.

Xavier O’Keefe opera o robô de uma sala no corredor. Ele usa óculos de realidade virtual que permitem que ele veja através de uma câmera montada em cima de Armstrong.

“É impressionantemente imersivo”, disse O’Keefe, que obteve seu diploma de bacharel em ciências aeroespaciais de engenharia de Cu Boulder nesta primavera. “Nas primeiras vezes eu usei o VR, o robô estava sentado no canto, e foi realmente estranho me ver usando”.

Ele faz parte de uma equipe de estudantes de graduação atuais e antigos que enfrentam uma pergunta complicada: como os humanos na Terra podem obter o treinamento necessário para operar robôs no terreno perigoso da superfície lunar? Na lua, a gravidade é apenas cerca de um sexto tão forte quanto em nosso planeta. A paisagem é marcada com crateras, alguns lançados em escuridão permanente.

Em um novo estudo aparecendo em Avanços na pesquisa espacialO’Keefe e os colegas ex-alunos de Cu Boulder Katy McCutchan e Alexis Muniz relatam que “gêmeos digitais”, ou ambientes de realidade virtual hiper-realista, poderiam fornecer um proxy útil para a lua-as pessoas que dão a chance de levar o jeito de dirigir robôs sem arriscar danos a equipamentos multimilionários.

O estudo faz parte de um esforço de pesquisa maior liderado por Jack Burns, o professor de astrofísica emérito no Departamento de Ciências Astrofísicas e Planetárias (APS) e o Centro de Astronomia Astrofísica e Espaço (CASA).

“Havia muito espaço para cometer erros com Armstrong, pois não era um hardware de um milhão de dólares indo para o espaço”, disse McCutchan, que obteve seu mestrado em ciências aeroespaciais de engenharia de Cu Boulder em 2025. “Foi uma boa caixa de areia mexer”.

Gêmeo digital

Para Burns, um co-autor do estudo, Armstrong e seu gêmeo digital VR representam um grande salto adiante, apesar da humilde aparência do robô. Burns faz parte de uma equipe que trabalha para projetar um observatório científico futurista sobre a lua chamado Farview – que seria composto por uma rede de 100.000 antenas que se estendiam por aproximadamente 77 milhas quadradas da superfície lunar. Daniel Szafir, da Universidade da Carolina do Norte, Chapel Hill também foi co-autor do novo estudo.

“Ao contrário do programa Apollo, onde os astronautas humanos fizeram todo o levantamento pesado na lua, o programa Artemis do século XXI da NASA combinará astronautas e veículos robóticos trabalhando em tandem”, disse Burns. “Nossos esforços na CU Boulder têm como objetivo tornar os robôs lunares mais eficientes e recuperáveis ​​de erros, portanto, o precioso tempo de astronauta na superfície lunar será melhor utilizado”.

O primeiro obstáculo do grupo espacial: criando um gêmeo digital para Armstrong andar por aí. Para fazer isso, os pesquisadores começaram criando uma réplica digital de seu escritório usando um mecanismo de videogame chamado Unity – bem até as paredes bege e o tapete monótono.

“Tivemos que levar o gêmeo digital o mais próximo possível da coisa real”, disse O’Keefe, que agora é um estudante de mestre no Departamento de Ciências da Engenharia Aeroespacial de Ann e HJ Smead em Cu Boulder. “Por exemplo, cronometramos a rapidez com que o robô se moveu sobre um quintal. Depois fizemos o mesmo teste no ambiente virtual e conseguimos a velocidade do robô”.

Em seguida, a equipe realizou um experimento. Em 2023 e 2024, eles recrutaram 24 participantes humanos para operar Armstrong enquanto estavam sentados em uma sala pelo corredor. Denizando óculos de VR, os sujeitos levaram o robô através de uma tarefa simples: eles pegaram e ajustaram um bloco de plástico que representava uma das antenas em Farview.

Metade dos participantes, no entanto, conseguiu uma vantagem. Eles primeiro praticaram a mesma tarefa na versão digital do escritório.

Os seres humanos que tiveram a chance de operar o gêmeo digital de Armstrong antes de dirigir a coisa real concluíram a tarefa cerca de 28% mais rápida do que os participantes que só tiveram a chance de operar o robô físico. Eles também relataram que sentiram menos estresse durante a tarefa.

“É isso que é realmente emocionante sobre isso – você é capaz de simular tudo no ambiente, das sombras à textura da sujeira e depois treinar os operadores em condições o mais próximo possível”, disse O’Keefe. “Dessa forma, quando você chega à lua, você tem uma chance maior de sucesso”.

Experiência do mundo real

McCutchan, que também ingressou no projeto como estudante de graduação, acrescentou que o estudo deu a ela e a seus colegas uma base na maneira como a pesquisa funciona no mundo real.

Por exemplo, quando os pesquisadores começaram o experimento, descobriram que os sujeitos humanos continuavam cometendo o mesmo erro. Quando foram buscar as antenas falsas com Armstrong, frequentemente jogavam os blocos por acidente. O grupo não havia previsto isso.

“Sempre que você envolve as pessoas, elas fazem as coisas de maneiras que você não esperaria”, disse McCutchan, que recentemente começou a trabalhar como engenheiro de testes de soluções mecânicas da BAE Systems, uma empresa aeroespacial.

Hoje, a equipe de Burns está passando para um novo objetivo: eles estão recriando o ambiente muito mais complexo da superfície lunar. Os pesquisadores estão trabalhando com a empresa Lunar Outpost, com sede no Colorado, para construir um gêmeo digital de um veículo espacial na lua no mesmo mecanismo de jogo. A parte mais difícil, disse O’Keefe, está recebendo a poeira lunar certa.

“O rover chutará poeira com suas rodas enquanto dirige, e isso pode bloquear sensores ou câmeras”, disse O’Keefe. “Mas é realmente difícil saber exatamente como a poeira se move na lua porque você não pode simplesmente sair e medi -la.”

Por enquanto, ele está feliz em fazer parte do futuro da exploração lunar, embora da segurança do campus.

“É incrível fazer parte disso, mesmo que seja uma pequena parte de levar as pessoas na lua”.