Robôs No Espaço - paginas.fe.up.ptpaginas.fe.up.pt/~projfeup/submit_14_15/uploads/relat_1M07_2.pdf · As corporações associadas à tecnologia da robótica espacial têm apostado

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Curso: Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

Unidade Curricular: Projeto FEUP

ROBÔS NO DIA-A-DIA

Robôs no Espaço

Supervisor: Professora Teresa Margarida Guerra Pereira Duarte

Monitor: Fernando Silva

Equipa: 1M07_02

Autores: Carlos Marcelo Silva Torres 201403952

Daniel Santos Fidalgo 201403487

David Augusto Ferreira do Couto Fonseca da Silva 201403933

Luís Gonçalo Oliveira Fonseca 201403418

Rita Gonçalves Reis Dantas 201403351

Data de entrega: Porto, 3 de Novembro de 2014

Robôs No Espaço MIEM

Projeto FEUP Equipa: 1M07_02 1

“Um robô não é só uma máquina. Um robô é uma

máquina feita para imitar o melhor do homem.”

Isaac Asimov



Resumo

Com o intuito de transmitir toda a informação necessária à compreensão do

campo da robótica espacial, o tema do trabalho foi dividido em vários subtemas, para

que se perceba o alcance desta área da robótica e, assim, apresentar a informação de

uma forma clara e eficaz.

Começa-se por dar um principal destaque à centralidade que a robótica

espacial tem na atualidade e qual o seu principal objetivo: substituir o Homem no

desempenho de funções ligadas ao espaço difíceis ou mesmo impossíveis de serem

realizadas.

Depois de se fazer uma apresentação geral do tema, prossegue-se à

apresentação da evolução histórica da robótica espacial, desde o século XIX, passando

pelo contributo para a robótica proveniente da rivalidade existente no passado entre os

Estados Unidos da América e a Antiga União Soviética, e terminando na influência da

robótica espacial na atualidade.

Faz-se também referência a alguns dos robôs com mais destaque nesta área,

como Robonout 2, evidenciando-se os seus principais contributos para a robótica

espacial, uma descrição pormenorizada sobre as suas componentes e mecanismos, do

seu sistema de controlo e do teste no espaço ao qual o robô foi submetido. Também se

faz uma breve referência ao Mars Curiosity Rover e ao Mars Global Surveyor, robôs

desenvolvidos pela NASA, com o intuito de estudar Marte e descobrir se realmente

existiu vida neste planeta.



Palavras-Chave

Robótica

Espaço

Evolução

ROV

RMS

Modo Automático

Modo Remoto

Satélites

Rovers

Landers

Robonaut2

Mars Global Surveyor

Mars Curiosity Rover



Agradecimentos

Este relatório não resulta apenas de um esforço de equipa, mas também do

auxílio de todos aqueles que nos acompanharam na elaboração deste relatório. Em

primeiro lugar, queríamos agradecer à supervisora, a Professora Teresa Duarte, por ter

estado sempre tão disponível e nos ter guiado ao longo da elaboração deste relatório.

Não nos podemos também esquecer dos importantes conselhos do nosso monitor,

Fernando Silva, que tanto nos ajudaram nos momentos mais difíceis a encontrar o

melhor caminho para superar os obstáculos e chegar aos nossos objetivos.

Não menos importantes foram as informações disponibilizadas pelos Professores

Armando Sousa e António Mendes Lopes, nas visitas aos departamentos de Engenharia

Electrónica e Engenharia Mecânica.

Por fim, queríamos deixar uma palavra de agradecimento a todas as entidades

que participaram nas palestras da Semana do Projeto FEUP, que nos ajudaram a entrar

neste novo mundo que é o Ensino Superior.



Índice:

Resumo…………………………………………………………………………2

Palavras-chave……………………………………………………………… 3

Agradecimentos………………………………………………………………4

1-Introdução …………………………………………………………………8

2-A Robótica Espacial………………………………………………………9

3-O Passado da Robótica Espacial……………………………………… 10

4-Robótica Espacial na Atualidade………………………………………12

5-Tipos, Características e Funções de Robôs Espaciais………………15

6-Exemplos de Robôs Espaciais………………………………………….17

6.1Robonaut2……………………………………………………………… 17

6.1.1Definição………………………………………………………17

6.1.2Descobertas Tecnológicas…………………………………18

6.1.3Especificações………………………………………………18

6.1.3.1Pernas………………………………………………19

6.1.4Sistema de controlo…………………………………………19

6.1.4.1Modo Automático………………………………… 19

6.1.4.2Modo Remoto………………………………………20

6.1.5Testes no espaço…………………………………………….20

6.2Mars Global Surveyor………………………………………………22

6.2.1Definição……………………………………………………22

6.2.2Características e Funções……………………………… 22

6.2.3Missão…………………………………...………………… 22

6.3Mars Curiosity Rover………………………………………………24

6.3.1Definição..………………………………………………… 24



6.3.2Aterragem e Primeiras Missões ..………………………24

6.3.3Especificações…..…………………………………………25

6.3.4Instrumentalização………………….……………………26

7-Conclusão…………………………………………………………… 30

Referencias Bibliográficas..………………………………………… 31



Índice de imagens:

Figura 1- Humanoide ………………………………………………7

Figura 2- Projeto de uma base espacial robótica na Lua …… 8

Figura 3- Sputnik 1…………………………………………………9

Figura 4 - Gráfico da construção de tecnologia espacial e lançamento de

satélites ………………………………………………………………10

Figura 5 – Simulação da entrada na atmosfera de marte…….11

Figura 6 – Transístor em nanotubos de carbono………………12

Figura 7 -Gráfico de comparação entre os nanotubos de carbono e outras

ligas metálicas. ……………………………………………………12

Figura 8- Lemur IIb……………………………………………… 14

Figura 9- Robonaut2………………………………………………15

Figura 10 - Robonaut2 apertando a mão a um astronauta……16

Figura 11- constituição do Mars Global Surveyor…………… 19

Figura 12- Aterragem do Curiosity em Marte…………………21

Figura 13 - Sojouner,Spirit e Curiosit……………………………22

Figura 14 - Instrumentos Curiosity………………………………23

Figura 15- Curiosity a usar o laser………………………………24



1-Introdução

Hoje em dia, quando se pensa em robôs

muitas ideias diferentes podem vir à cabeça: desde

aqueles humanoides que aparecem sempre nas

capas das revistas científicas aos robôs espaciais

até aos pequenos aspiradores que toda a gente

conhece. Por isso, é um conceito relativamente

muito extenso e difícil de definir.

No entanto, de acordo com o dicionário,

um robô pode ser definido como: “um mecanismo

automático, por vezes com a configuração de um

ser humano, capaz de fazer movimentos e executar

certos trabalhos em substituição do homem”

(infopedia.pt, 2014)

Pode-se, deste modo, concluir que um robô é uma máquina capaz de executar

ações automáticas previamente definidas pelo homem ou que são instituídas no

momento pelo homem através de um controlo remoto. Contudo, atualmente também já

se pode falar em robôs capazes de executar tarefas e ações espontâneas, ou seja,

inteligência artificial. (1)

O principal objetivo dos robôs é substituir o homem num conjunto de ações que

poderão ser perigosas, que o homem é incapaz de realizar ou que não efetua de um

modo tão eficaz. Assim, existe um número variado de robôs especializados em

diferentes áreas como por exemplo: robôs industriais (que são os mais comuns), robôs

domésticos, robôs militares, robôs humanoides, robôs escolares e robôs espaciais (que

são aqueles que iremos abordar ao longo deste trabalho). (2)

Este trabalho foi desenvolvido no âmbito da unidade curricular Projeto FEUP,

com o objetivo de incutir nos alunos o espírito de equipa, aspeto fundamental na

realização profissional de cada indivíduo, nomeadamente em engenharia, expor as

regras fundamentais para a correta realização de um relatório, de um poster, de uma

apresentação em power point e de uma exposição oral e, finalmente, integrar os novos

alunos universitários neste novo meio académico.

Figura 1- Humanoide (15)



2-A Robótica Espacial

A robótica é um tema cada vez mais atual. É a robótica que nos permitiu a

produção em massa e que tanto facilitou a produção e consequentemente o nosso dia-a-

dia. Deste modo, a noção de que os robôs são para substituir a mão-de-obra humana é

totalmente errada, eles apenas nos facilitam os processos e diminuem os riscos.

O ambiente espacial é visto como um dos mais duros desafios para a robótica

dos dias de hoje sendo a exploração deste ambiente um campo onde o desenvolvimento

da tecnologia é extremamente necessário. Neste momento, o espaço é ainda inóspito aos

seres humanos sendo visto como fonte inesgotável de novas informações, e novos

problemas. Esta procura incessante por conhecimento leva à elaboração de variadas

missões, como de observação, investigação e comunicação (que nos deu os satélites que

muita utilidade têm nos nossos dias) e consequentemente possui alguns riscos, pelo que

é propício o desenvolvimento da robótica a nível da necessidade de criar sistemas

robóticos com alto nível de automação, que possam substituir os humanos em cada vez

mais atividades, sendo o objetivo a criação de robôs inteligentes, capazes de sobrevier a

um ambiente hostil e desconhecido, desempenhando um número inimaginável de

tarefas. (3)

Figura 2- Projeto de uma base espacial robótica na Lua (16)



3-O Passado da Robótica Espacial

A exploração espacial iniciou o seu desenvolvimento essencialmente nos

meados do século XIX e com ela tornaram-se evidentes as limitações físicas do homem:

era incapaz de suportar grandes variações térmicas, não sobrevivia em ambientes sem

oxigénio, necessitava de alimento e água,… Por isto houve necessidade de construir

“máquinas” que substituíssem o homem nas diferentes missões espaciais. Deste modo,

desenvolveram-se os chamados robôs espaciais capazes de recolher imagens e amostras

sobre o comando do sere humano.

Estas missões espaciais iniciaram-se nos anos cinquenta e sessenta e foram

marcadas pela chamada Guerra Fria entre as duas grandes potências mundiais da altura:

Estados Unidos da América (EUA) e União das Repúblicas Socialistas Soviéticas

(URSS). Estes dois países disputaram a supremacia na exploração espacial e investiram

nesta área com o objetivo de estarem sempre um passo à frente na descoberta do

universo. Assim, verificou-se uma grande quantidade e intensidade de missões pioneiras

comandadas tanto pelos Estados Unidos como pela União Soviética.

O primeiro

robô espacial foi o

famoso satélite

Sputnik1 criado pela

União Soviética e

lançado a 4 de

Outubro de 1957.

Este satélite artificial

foi colocado na orbita

terrestre e tinha a

simples função de

lançar sinais de rádio

para a Terra. Acabou

por cair três meses depois do seu lançamento, no entanto, foi extremamente importante

para despoletar a “corrida espacial” e um conjunto de missões de espaciais que nos

forneceram diversas informações sobre o universo.

Os EUA responderam imediatamente 4 meses depois ao Sputnik lançando o

Figura 3- Sputnik 1 (17)



Explorer I, também um satélite artificial mas mais avançado. A este seguiram-se vários

outros satélites enviados por ambas as partes não só para a órbita terrestre mas também

para a de outros planetas como Vénus e Marte que proporcionaram mais tarde ao

homem viajar para o espaço, nomeadamente para a Lua. (4)

Aos satélites artificiais, seguiram-se diversos robôs como as sondas que são

responsáveis por recolher informação dos planetas e satélites em que se encontram.

Dentro das sondas há os landers e os rovers que são capazes de aterrar nos astros

celestes que estão a estudar.

Uma das primeiras sondas lançadas, que era mais precisamente um rover

desenvolvido pela URSS, foi o Lunokhod1 que aterrou no solo lunar a 17 de Dezembro

de 1970 com o objetivo de estudar as características físicas e químicas da Lua. Este robô

foi extremamente importante por ser muito avançado para a época e constituir uma

grande evolução tecnológica. Para além disso, foi o primeiro rover usado na Lua que

possuía controlo remoto.

Dentro das missões efetuadas por landers, pode-se destacar as primeiras sondas

em Marte: a Viking1, lançada a 20 de Agosto de 1975, e a Viking2, lançada a 9 de

Setembro do mesmo ano, pela NASA. O programa espacial Viking tinha como principal

objetivo recolher imagens e estudar o planeta. Foi uma das missões mais bem sucedidas

e permitiu-nos ter uma ideia totalmente diferente de Marte.

Desde os anos oitenta até à atualidade a utilização de robôs espaciais continuou,

embora de forma menos intensa e já com a intervenção de outros países para além da

União Soviética (que entretanto se extinguiu) e dos EUA, como a China que é

responsável pelo Chang’e3 lançado em 2013 para a Lua. (5)

Figura 4 – Gráfico da construção de tecnologia espacial e lançamento de satélites

(fonte: Futron) (18)



Figura 5 – Simulação da entrada na

atmosfera de marte. (19)

4-Robótica Espacial na Atualidade

As corporações associadas à tecnologia da robótica espacial têm apostado

fortemente na inovação e no progresso, no sentido de aumentar o conhecimento atual do

cosmos e, consequentemente, expandir as fronteiras do conhecimento. O universo ainda

nos é apresentado como uma grande incógnita e, como tal, o principal objetivo da

robótica espacial na atualidade baseia-se na cimentação de conhecimentos sobre o

cosmos adquiridos até então e ainda na sua expansão. Pretende-se então ultrapassar as

barreiras que o universo tem vindo a impor ao Homem e que tem dificultado a sua

exploração. (6)

Se por um lado, nos últimos séculos, a exploração do universo foi potenciada

pela rivalidade entre os Estados Unidos da América e a antiga União Soviética,

atualmente, já não se trata tanto de uma corrida pela conquista do cosmos, mas sim num

conjunto de interesses coletivos, que motivam a vontade de explorar um mundo

completamente novo e surpreendente.

Várias são as dificuldades e as preocupações que devem ser ultrapassadas pela

robótica espacial para que uma ida ao espaço corra de acordo com aquilo que se planeou

e, obviamente, seja bem sucedida. Se por um lado o material utilizado na construção dos

robôs deva ser suficientemente resistente às adversidades do universo (radiação,

material interstelar, ventos solares, entre

outros), o material deve ainda garantir a

integridade do corpo – na entrada ou

reentrada na atmosfera terrestre oude

Marte (figura 5) - e ainda possibilitar a

concretização correta da função para o

qual o robô foi concebido. Há ainda a

considerar as distâncias astronômicas que

um corpo robótico deve percorrer, sendo

que normalmente os percursos se realizam dentro do sistema solar.

Assim, a robótica espacial tem potenciado as pesquisas tecnológicas, com o

objetivo de estudar novos materiais que permitam aumentar a eficiência dos robôs,

nomeadamente no transporte de materiais até ao espaço, na inspeção de tecnologias que

já se encontram operacionais, bem como a sua manutenção e reparação se necessário, na



Figura 6 – Transístor em

nanotubos de carbono (20)

substituição de astronautas que estejam em missão, na exploração de novos territórios

espaciais, como planetas, através de imagens enviadas pelo corpo robótico para a Terra

e análise de amostras extraídas do solo, exploração de outros corpos celestes, entre

outros. (8)

Então, é neste contexto que a robótica espacial desenvolve o seu trabalho,

aplicando todo o conhecimento retido até hoje, bem como experiências feitas no

passado, tanto as bem sucedidas como as mal executadas. É, portanto, o estudo de

novos materiais e o aperfeiçoamento de outros já existentes que marcam a atualidade

desta área.

Inicialmente, consoante o objetivo que se pretenda atingir, começa se pela

eleição dos materiais que permitam o robô desempenhar corretamente a sua função, o

torne resistente e o mais leve possível. Um dos principais materiais mais promissores na

construção de robôs espaciais são os nanotubos de carbono. Estes nanotubos são

filamentos com estrutura cristalina compostos por átomos de carbono, que devido à sua

estrutura, possuem propriedades que, aos serem integrados noutros componentes,

tornam o material bastante resistente. Estes nanotubos chegam a ter uma resistência 600

vezes superior à do aço. (7)

De facto, a influência da robótica espacial na atualidade é inquestionável, que

conciliada com anos de estudo e pesquisa intensivos, tornam-na num importante meio

de acesso ao espaço. A aposta em missões interplanetárias com robôs em vez de

missões tripuladas, pelas segundas serem mais dispendiosas e complicadas, e o aumento

da autonomia e eficácia dos corpos robóticos, bem como a qualidade dos seus

resultados, têm elevado a robótica espacial a um patamar de excelência no que diz

Figura 7 – Gráfico de comparação entre os nanotubos

de carbono e outras ligas metálicas. (21)



respeito à descoberta do que se esconde por detrás do cosmos. Trata-se pois de um meio

revolucionário e incrivelmente poderoso, que alterará permanentemente a humanidade,

devido ao potencial da robótica espacial.



5-Tipos, Características e Funções de Robôs

Espaciais

Na NASA a tecnologia robótica aborda varias áreas. Existem missões robóticas

de exploração (o Sojourner é um exemplo de robôs com esta finalidade), investigação

que tem como objetivo o desenvolvimento científico e existem também robôs

relacionados com o serviço em orbita (estações espaciais).

No entanto, existem dois tipos de robôs espaciais principais: o Remotely

Operated Vehicle (ROV) e o Remotely Manipulator System (RMS).

Um ROV pode ser qualquer nave espacial não tripulada que permanece em voo,

um robô que explora o terreno onde se movimenta, ou uma sonda que entra em contacto

com um corpo extraterrestre e opera a partir de uma posição estacionária.

Todavia, o tipo mais comum de diapositivo robótico é o RMS, que basicamente

consiste num robô que é um braço mecânico frequentemente utilizado na indústria.

Estes “braços mecânicos” tentam ao máximo imitar todas as funcionalidades de um

braço humano, nomeadamente os seus sete eixos de liberdade (três graus de liberdade

no ombro, um grau de liberdade no cotovelo e três graus de liberdade no punho),

conseguindo mesmo operar alguns movimentos que não são possíveis no ser humano

(movimento circular de 360º no punho, por exemplo). Estes robôs podem ser

programados de duas formas: através de programação de computador fazendo a

máquina operar uma função específica, ou com a ajuda de um humano que “ensina” ao

braço robótico as coordenadas (a partir do qual a maquina realiza os movimentos) e

outras tarefas.

Este sistema manipulador remoto na NASA (RMS) desempenha uma grande

variedade de tarefas como, por exemplo, servindo de garra, pertencendo a um

dispositivo de montagem remota ou mesmo como sistema de posicionamento e

dispositivo de ancoragem para os astronautas que trabalham no espaço. (9)



Um robô também muito importante é o Lemur IIb (figura 8) que tem a

capacidade de resolver um série de tarefas básicas necessárias ao longo das missões

espaciais. Isto acontece porque o

LEMUR IIb é um robô com um alto

nível de flexibilidade operacional em

relação à massa e volume, o que

proporciona a este modelo um certo

nível de destreza, capacidade de

processamento e capacidade sensorial

para que possa desempenhar funções

como a montagem, inspeção e

manutenção de instalações permanentes

em robôs espaciais. Além disso, também

pode ser facilmente configurado tanto

fisicamente (devido à sua estrutura

relativamente simples) como através de algoritmos.

A estrutura física do sistema é constituída por seis membros de quatro graus de

liberdade axi-simétrica sobre a plataforma de corpo hexagonal. Estes membros possuem

ainda a capacidade de incorporar qualquer uma das suas ferramentas necessárias à

realização da tarefa a que foi destinado. O outro subsistema principal é um conjunto de

câmeras estéreo que viajam ao longo de uma pista de anel, permitindo visão em todas as

direções.

A plataforma LEMUR IIb não só desempenha a função para o qual foi

concebido como também representa o ponto de partida para duas plataformas robóticas

mais avançadas que irão contribuir para a exploração espacial pela parte da NASA. (10)

Figura 8- Lemur IIb (22)



6-Exemplos de Robôs Espaciais

6.1-Robonaut2

6.1.1 Definição

O Robonaut 2 (Figura 9) é a última geração de robôs astronautas ajudantes e o

primeiro robô humanoide no espaço. Foi enviado para a estação espacial abordo da nave

discovery na missão STS-133 a 24 de fevereiro de 2011.É fruto de um projeto de 15

anos entre a NASA e

“General Moters”

que tem como

objetivo principal a

longo prazo a

construção de um

robô capaz de

exercer as funções de

um astronauta, tanto

dentro como fora da

estação, sozinho ou

em equipa com um

astronauta.

Este robô tem como principal função proporcionar o estudo do comportamento e

utilidade dos humanoides no espaço. No entanto, a partir de upgrades e avanços

tecnológicos instalados no Robonaut ao longo do tempo este já consegue desempenhar

variadas funções dentro da estação, desde a monotorização de sistemas até pequenas

reparações em sítios de difícil acesso para os astronautas. Espera-se que a curto prazo

este seja capaz de se aventurar fora da estação e ajudar os astronautas a efetuar

reparações e upgrades na estação.

Este robô astronauta é atualmente caracterizado por várias capacidades

funcionais tais como: reconhecimento visual de objetos, manipulação de uma extensa

variedade de objetos, segurar e agarrar objetos sólidos, trabalhar com as duas mãos em

Figura 9- Robonaut2 (23)



simultâneo ou apenas recorrendo a uma, tendo ainda alguma variedade de velocidades

de movimento à

disposição,

pressionamento de

botões, segurar

firmemente um

equipamento de

medida por um longo

tempo, escrever um

conjunto de frases,

utilização de

linguagem gestual e

apertar a mão a um

humano. (Figura 10)

O Robonaut 2

tem ainda um

sistema de segurança que o impossibilita de infringir qualquer tipo de danos a um

humano enquanto trabalha com este.

6.1.2 Descobertas Tecnológicas

Este robô foi totalmente desenvolvido com base em novas descobertas

tecnológicas entre as quais: elasticidade das juntas de ligação, sobreposição das mãos no

mesmo espaço de trabalho, juntas controladoras capazes de alcançar uma velocidade

extremamente reduzida como uma velocidade bastante elevada e a sensibilidade nas

palmas das mãos e dos dedos.

A mão deste robô chega a alcançar a flexibilidade de uma mão humana e ao

mesmo tempo é capaz de carregar uma carga significativa, sendo essa carga de 20 kg

quando o braço do robô se encontra na posição horizontal.

6.1.3 Especificações

Robonaut 2 é um robô humanoide hábil, subtil e forte que consiste numa cabeça,

num tronco, dois membros superiores e duas mãos com cinco dedos cada. É feito

Figura 10 - Robonaut2 apertando a mão a um astronauta (24)



principalmente de alumínio com algumas ligas de materiais metálicos e não metálicos e

pesa cerca de 140 Kg. Está equipado com um computador capaz de processar

informação de 350 sensores, 4 câmeras de alta resolução e um câmera de infravermelho.

Para além disto, possui 49 graus de mobilidade dos quais 14 são nos membros

superiores, 30 nas duas mãos com os 5 dedos, 3 no tronco e 2 da cabeça.

6.1.3.1 Pernas

As pernas do robô foram instaladas posteriormente e já quando este se

encontrava funcional na estação espacial internacional. Não são pernas comuns, pois tal

como os astronautas não utilizam as pernas de uma forma convencional o Robonaut 2

também não o faz. As pernas são um meio para definir a posição do robô enquanto se

movimenta e trabalha na estação.

6.1.4Sistema de controlo

O Sistema de controlo está dividido em diferentes blocos que são responsáveis

pela: monitorização global de todas as operações, conexão remota e imediata

comunicação áudio-visual com o robô, controlo direto do robô para tarefas específicas,

visualização e simulação da performance do robô.

Resumindo o sistema de controlo suporta dois modos básicos: um modo

autónomo e um modo remoto.

6.1.4.1Modo Automático

O modo automático é o principal modo de controlo deste robô, ou seja, as ações

do robô são supervisionadas e designadas por um controlador humano

Assim, o robô ao reconhecer objetos irá realizar operações anteriormente

programadas automaticamente. Este modo é utilizado em tarefas bem definidas em que

é também utilizado o algoritmo PID (Positional-Integral-Derivative). A partir deste

algoritmo é possível controlar a velocidade do movimento, a sua rigidez e as distâncias

do movimento e por isto a dinâmica de comportamento do braço do Robonaut e similar

à de um braço humano.

O modo automático providencia o controlo necessário para a realização

de tarefas que exijam mais ou menos sensibilidade. Contudo, os controlos gerais são



limitados permitindo assim uma proximidade segura entre o robô e a pessoa que

trabalha ao lado dele. Os movimentos deste podem ser parados rápida e

automaticamente em situação de emergência garantindo assim uma maior segurança.

Este modo permite assim uma maior eficácia e segurança para o trabalho

deste robô.

6.1.4.2Modo Remoto

No modo remoto, o operador humano tem total controlo sobre o sistema do

Robonaut. O método de controlo usado é o do “mestre-escravo”, ou seja, o robô repete e

segue os movimentos do operador. Os meios usados para a implementação deste

sistema são um capacete de monotorização- Helmet Mounted Displays HMD – uma

power glove e um aparelho de feedback tátil que monitoriza a postura e os movimentos

do operador. Usando estas tecnologias o operador tem presente a posição do robô e do

ambiente que o rodeia. Tem também acesso a um feedback visual dado pelas câmeras

de alta definição implementadas na cabeça deste robô. A tecnologia de controlo remoto

permite utilizar as capacidades inteligentes do operador para resolver tarefas mais

complexas, casos em que o robô não tem uma correta formalização das condições de um

determinado problema, situações de emergência e erro.

A relação entre o operador e o robot é feita por uma interface chamada

Application Programmer’s Interface (API). Esta unidade providencia mais de 100

vetores dimensionais sensoriais e motores, agrupados segundo forças e momentos dos

membros superiores, das mãos, dos dedos e uma informação sensorial das palmas das

mãos.

6.1.5 Testes no espaço

O principal trabalho do Robonaut neste momento assenta da monotorização do

sistema de ventilação da estação. Esta tarefa sendo vital para o funcionamento da

estação espacial é, no entanto, complicada para que um astronauta a possa fazer sem

cometer erros, isto devido ao facto de ser preciso segurar um manómetro específico por

um período longo de tempo em que os astronautas não se podem mexer, o que se

percebe ser uma tarefa quase impossível devido á inexistência de gravidade e ainda ao

facto de a respiração junto do aparelho de medição poder comprometer os dados. É



também necessário substituir os filtros de ar tarefa o que o robô faz automaticamente.

Na chegada a estação espacial o Robonaut 2 foi sujeito a uma variedade de

testes: movimentar os braços, pulsos e mãos; apertar a mão ao comandante da tripulação

da estação e comunicar por gestos; mudar de teclas e pressionar botões; e segurar um

instrumento de medida continuamente na mesma posição por um longo período de

tempo. (11)



6.2-Mars Global Surveyor

6.2.1 Definição

O Mars Global Surveyor é uma sonda que foi projetada para circular na orbita

polar (que viaja sobre o Pólo Norte ao Pólo Sul e de volta ao Pólo Norte) doze vezes por

dia, recolhendo fotos instantâneas a uma altitude de 400 km da superfície marciana.

6.2.2Características e Funções

Este robô recolhe dados científicos relacionados com padrões climáticos,

características geológicas e migração de vapor de água de hemisfério para hemisfério ao

longo do ano. Além disso, a sua tecnologia também permitiu obter as primeiras

exibições a 3D da topografia de Marte. O Mars Global Surveyor possui um conjunto de

instrumentos científicos que incluem uma câmera de alta resolução e um detetor

mineral, que ajudaram os engenheiros e cientistas a selecionar locais de pouso seguros,

e ricos em vários minerais como a hematita (que é um mineral geralmente formado em

água liquida) com a finalidade de compreender a história de água em Marte.

6.2.3 Missão

Devido à longevidade da nave, foi possível desenvolver uma compreensão sem

precedentes de como a paisagem marciana e estações foram mudando ao longo do

Figura 11- constituição do Mars Global Surveyor (25)



tempo.

Apesar de inicialmente ser esperado que a nave ficasse sem combustível em

Abril de 2003, o que desligaria pequenos propulsores que mantêm a precisão do sistema

de recolha de dados, em Agosto de 2001 (5 anos depois do lançamento da nave

aproximadamente) a equipa do Mars Global Surveyor implementou uma inteligente

estratégia de “gestão do momento angular”, o que minimizou a necessidade desses

propulsores para ajudar a estabilizar a nave espacial e mantê-lo no alvo durante a

visualização das áreas na superfície de Marte, reduzindo assim o uso de combustível em

800% numa base diária. (12)



6.3-Mars Curiosity Rover

6.3.1Definição

A missão da NASA intitulada “Mars science laboratory “ colocou no solo de

Marte um grande laboratório móbil - O rover curiosity – que aterrou na cratera de Gale

a 6 de agosto de 2012. A aterragem neste local, considerado um dos mais intrigantes de

Marte, só foi possível devido ao uso de uma tecnologia de precisão. Nos primeiros oito

meses de uma missão com uma duração prevista de dois anos, o curiosity tinha como

objetivo descobrir evidências de um ambiente passado capaz de albergar vida

microscópica. Para tal este robô estuda a geologia e o ambiente de áreas específicas da

cratera e analisa amostras de furos e escavações de rochas do solo feitas por ele.

Este rover está equipado com os mais avançados equipamentos científicos

alguma vez utilizados em Marte.

6.3.2Aterragem e Primeiras Missões

Este robô foi

transportado ate ao seu

destino numa nave que se

orientava sozinha durante

a descida pela atmosfera

de Marte com manobras

descritas em forma de S,

similares as usadas pelos

pilotos das space

shuttles. Nos três

minutos finais antes de

tocar no solo, a nave desceu lentamente com o auxílio de um paraquedas e de

retrorockets montados no anel situado no estrado de cima da nave. Nos segundos finais

da aterragem, o estrado de cima atuou como um sky crane, ou seja com recurso a

corrente baixou lentamente o rover até que as suas rodas atingissem o solo (Figura 12).

Foi este processo preciso de aterragem que permitiu ao rover pisar o solo de Marte pela

primeira vez num local de difícil aterragem: o monte Sharp situado na cratera de Gale.

No entanto, mesmo antes da chegada a Marte o Curiosity já permitia novas

Figura 12- Aterragem do Curiosity em Marte (26)



Figura 13 –Sojouner (a frente), Spirit (á

esquerda) e Curiosity (á direita). (27)

descobertas aos cientistas: os dados de radiação natural recolhidos durante a viagem da

Terra a Marte permitiam um melhor planeamento da segurança dos astronautas numa

possível futura missão a Marte.

Nas primeiras semanas após a aterragem, Curiosity mostrava imagens de

conglomerados de rochas com areia e seixos perto do local de aterragem, o que provava

estar numa aérea onde há muito tempo atrás teria existido água à superfície.

Nos meses iniciais da missão, a equipa responsável pelo rover conduziu-o até

uma zona de interesse chamada “Glenelg”, onde três tipos de terreno se intersetavam.

No caminho até esse ponto, o rover analisou os seus primeiros pedaços de terra, e já em

Glenelg estudou as primeiras rochas alguma vez perfuradas em Marte. As análises da

primeira perfuração realizada a uma rocha específica chamada “Jonh Klein”

providenciaram evidências de que realmente já teriam existido condições para a

existência de vida em Marte. Por exemplo, descobriram-se características geológicas e

mineralógicas que provam a existência de água nem muito acida nem muito salgada, o

que é uma fonte de energia química e outros ingredientes essências á vida.

Em julho de 2013, o Curiosity terminou as investigações na aérea de Glenelg e

começou uma longa travessia até às camadas mais baixas do monte Sharp onde se

encontra atualmente a realizar perfurações e análises para que se possa perceber como é

que a atmosfera de Marte se tornou tão seca.

6.3.3Especificações

O curiosity é quase duas vezes maior e cinco vezes mais pesado do que os

gémeos spirit e opportunity, que foram enviados para Marte em 2003 (Figura 13). No

entanto, tem alguns elementos

idênticos a estes nomeadamente: um

sistema de condução de seis rodas, um

sistema de suspensão rocker-bogi e

câmeras montadas num mastro para

ajudar a equipa de missão a definir

alvos para exploração e rotas para os



destinos. Ao contrário dos rovers anteriores o Curiosity possui equipamento para

recolher e processar amostras de rochas e solo, distribuindo estas por câmeras de teste e

instrumentos de análise instalados no rover.

O laboratório da NASA de propulsão concebeu o rover para que este pudesse

ultrapassar obstáculos até 65 centímetros e percorrer um total de 200 metros por dia

marciano.

A fonte de energia deste robô foi desenhada pelo departamento de energia dos

E.U.A. e é basicamente um gerador de energia de radioisótopos. Este produz energia a

partir do decaimento do plutónio 238 o que dá um tempo de operacionalidade de um

ano Marciano (687 dias) ou mais. No início da missão este produziu cerca de 110 watts

de potência para operar os instrumentos do rover, o braço robótico, as rodas, os

computadores e o rádio. No entanto, o total de energia produzida ao longo da missão vai

diminuindo, não comprometendo, todavia, o funcionamento deste robô.

A comunicação com a Terra é feita através de retransmissores situados nos

orbiters (pequenos satélites de reconhecimento) de Marte, que enviam a informação

para as antenas do Deep Space Network’s. Apenas no primeiro ano foram descarregados

190 gigabytes de informação enviados pelo curiosity.

6.3.4Instrumentalização

Em 2004, a NASA solicitou propostas de instrumentos específicos para serem

instalados no Curiosity (Figura 14).



Figura 14: Instrumentos Curiosity. (28)

A agência selecionou oito propostas, ainda nesse ano, e chegou a um acordo com

a Rússia e a Espanha para utilizar instrumentos providenciados por essas nações,

nomeadamente:

- o“Sample Analysis at Mars” cujo principal objetivo é analisar amostra de

materiais recolhidos pelo braço robótico do rover. Este instrumento é ainda capaz de

analisar amostras atmosféricas e esta equipada com um crometógrafo de gás, um

espectrómetro de massa e um espectrómetro de laser ajustável com capacidades de

identificar uma extensa variedade de compostos com presença de carbono e de

determinar diferentes isótopos de elementos chave. Estes isótopos são pistas para

perceber a história da atmosfera de Marte.

-Um raio-x de difração e florescente chamado “CheMin” que também examina

amostras recolhidas pelo braço robótico. Está desenhado para identificar e quantificar os

minerais presentes em rochas e

no solo e para medir a composição

granulométrica.

-o “Mars Hand Lens Imager”, que se encontra montado no braço robótico e tira

fotografias extremamente próximas de rochas do solo e, se presente do gelo. Estas

fotografias são capazes de revelar detalhes mais pequenos do que um cabelo humano e

de focar objetos que o braço não consegue alcançar. Este aparelho é ainda famoso pelos

autorretratos tirados ao curiosity.

- o “Alpha particle X-ray Spectormeter”,que está também instalado no braço, e

determina a abundância relativa de diferentes elementos nas rochas e no solo.

- a “Mast Camera”, que está montada à altura de um olho humano, é o principal

guia para o movimento do rover. Esta consegue captar e guardar imagens de alta

resolução, para além de algumas sequências de vídeo. Pode ser também utilizada para

ver os materiais recolhidos e tratados pelo braço robótico.



-o “ ChemCam”, que usa pulsos

laser para vaporizar camadas finas

rochas e solo de Marte a uma distância máxima de 7 metros. Este instrumento inclui um

espectrómetro para identificar os vários tipos de átomos libertados na vaporização,

assim como possui uma espécie de telescópio que funciona como uma câmera que

captura imagens detalhadas da zona iluminada pelo feixe do laser. O laser e o telescópio

estão ambos instalados no mastro do robô e juntamente com a “Mast Camera” tem a

função de informar os investigadores quais os melhores objetos para submeter a análise

com recurso a outros instrumentos.

- o “ Radiation Assessement Detetor” é responsável por caracterizar a radiação

existente na superfície de Marte. Esta informação irá contribuir para o planeamento de

uma possível missão que leve o Homem a Marte. Para além disso, dá informação sobre

a capacidade para suportar vida deste planeta.

- o “Mars Descent Imager” que nos dois minutos anteriores à aterragem em

Marte, capturou imagens com cor e vídeo em alta definição da região da aterragem para

que os investigadores tivessem uma visão geral do contexto geológico da região.Este

aparelho também forneceu informações preciosas para uma aterragem mais precisa.

Atualmente é também utilizado para capturar imagens da superfície de Marte á medida

que o rover a explora.

- o “Rover Environmental Monitoring Station” , de nacionalidade espanhola,

mede a pressão atmosférica, a temperatura, a humidade, os ventos e ainda os níveis de

radiação ultra-violeta.

- o “Dynamic Albedo of Neutrons”, desta vez russo, mede os níveis de

hidrogénio até a um metro abaixo da superfície marciana. Este instrumento é muito

importante pois a presença de hidrogénio pode indicar também a presença de água.

Para além de todos instrumentos científicos é ainda de salientar alguns

instrumentos da infraestrutura deste robô. Tal como nos seus antecessores, o Curiosity

possui uma câmera de navegação no seu mastro e uma camera rebaixada de detecção de

perigo. A camera de navegação é também utilizada para identificar objetos alvos da

ação de outros instrumentos e ainda para observar o céu em busca de nuvens e poeira.

Também é importante não desprezar o equipamento de recolha e preparação de

amostras que inclui ferramentas para: a remoção de poeira, a escavação do solo, a

Figura 15- Curiosity a usar o laser (29)



perfuração de rochas e recolha dessas amostras, a separação de amostras e a entrega

dessas mesmas amostras aos instrumentos, onde serão analisadas.

Todos estes equipamentos e estruturas, juntamente com as descobertas que já

realizou, permitem afirmar que o Curiosity é o rover mais bem concebido de toda a

história da exploração espacial. (13)



7-Conclusão

A robótica, devido a intensos anos de estudo, conciliados a um desenvolvimento

científico e tecnológico, alterou definitivamente o estilo de vida da humanidade. Se por

um lado permitiu o aumento da qualidade de vida da sociedade, a robótica permitiu

ainda o desempenho de funções nas mais diversas áreas, que dificilmente seriam

executadas pelos humanos ou, pelo menos, com a mesma eficiência. Embora já muito se

tenha alterado no quotidiano de cada habitante do planeta, a robótica continuará a

apostar no seu desenvolvimento, o que culminará numa alteração constante no

quotidiano da sociedade.

Em particular, pode-se considerar a robótica espacial como um campo

tecnológico de grande relevância na descoberta do universo. Contando já com várias

décadas de desenvolvimento, a robótica espacial aposta essencialmente na descoberta de

novos materiais, com o objetivo de produzir novos corpos robóticos, para que possam

viajar até ao espaço e aí desempenhar a função para o qual foram concebidos.

Os contributos da robótica espacial são inquestionáveis, desde o conhecimento

adquirido acerca do universo, até simples questões do dia-a-dia, como sondas que

permitem realizar as previsões meteorológicos ou visualizar televisão. A robótica

espacial tem um passado recheado de progressos, um presente, fruto do avanço

tecnológico feito até então, e um futuro bastante promissor. Cabe a cada cidadão

manter-se informado acerca dos progressos não só da robótica espacial, mas da

tecnologia e da ciência em geral, para que possa intervir ativamente nesse progresso e,

se necessário, criticar construtivamente o avanço tecnológico.

Relativamente aos objetivos da unidade curricular Projeto Feup, pode-se afirmar

que foram todos cumpridos com sucesso. Se por um lado se aprendeu a realizar

corretamente um relatório, um poster, uma apresentação oral em power point e uma

exposição oral, durante a primeira semana de Projeto Feup e também durante as aulas

que foram ocorrendo, também é de evidenciar o espírito de equipa que se criou entre os

vários grupos formados e os laços de amizade que se foram criando, resultando tudo

numa integração rápida, correta e eficaz num novo contexto escolar.



Referências Bibliográficas

Texto

Introdução

(1) Alfaro, Adek C. Absi. Julho de 2006 Acedido a 5 de Outubro de 2014.

http://www.sbpcnet.org.br/livro/58ra/atividades/TEXTOS/texto_884.html

(2) The Tech Museum of Innovation. Acedido a 5 de Outubro de 2014

http://www.thetech.org/exhibits/online/robotics/activities/page02.html

A Robótica Espacial

(3) Hooper, Rich. Acedido a 15 de Outubro de 2014.

http://www.learnaboutrobots.com/space.htm

O Passado da Robótica Espacial

(4) Souza, J.A.M. Felippe. Acedido a 12 de Outubro de 2014.

http://webx.ubi.pt/~felippe/texts5/robotica_cap6.pdf

(5) Wethington, Nicholos. 2 de Novembro de 2009. Acedido a 12 de Outubro de

2014. http://www.universetoday.com/43750/robots-in-space/

Robótica Espacial na Atualidade

(6) Paiva, Maria da Conceição. Acedido a 10 de Outubro de 2014.

http://www.dep.uminho.pt/mcpaiva/pdfs/PED/0607F01.pdf

(7) Laboratório de Sistemas Inteligentes. Acedido a 10 de Outubro de 2014

http://www.sel.eesc.usp.br/lasi/Espacial/Espacial

(8) Super Interessante. Março de 2012. Acedido a 10 de Outubro de 2014. http://www.superinteressante.pt/index.php?option=com_content&view=article&id=1403:a-nova-era-espacial&catid=28:artigos&Itemid=120

Tipos, Características e Funções de Robôs Espaciais

(9) Smith, Stephanie, Bob Shelton. 4 de Março de 2003. Acedido a 13 de Outubro

de 2014 http://prime.jsc.nasa.gov/ROV/types.html

http://www.sbpcnet.org.br/livro/58ra/atividades/TEXTOS/texto_884.html

http://www.thetech.org/exhibits/online/robotics/activities/page02.html

http://www.learnaboutrobots.com/space.htm

http://webx.ubi.pt/~felippe/texts5/robotica_cap6.pdf

http://www.universetoday.com/43750/robots-in-space/

http://www.dep.uminho.pt/mcpaiva/pdfs/PED/0607F01.pdf

http://www.sel.eesc.usp.br/lasi/Espacial/Espacial

http://www.superinteressante.pt/index.php?option=com_content&view=article&id=1403:a-nova-era-espacial&catid=28:artigos&Itemid=120

http://www.superinteressante.pt/index.php?option=com_content&view=article&id=1403:a-nova-era-espacial&catid=28:artigos&Itemid=120

http://prime.jsc.nasa.gov/ROV/types.html



(10) Volpe, Richard. Kristy Kawasaki. Acedido a 13 de Outubro de 2014

http://www-robotics.jpl.nasa.gov/systems/system.cfm?System=5

Exemplos de Robôs Espaciais

Robonaut2

(11) Wright, Jerry. Brian Dunbar. 27 de Agosto de 2014. Acedido a 10 de

Outubro de 2014

http://www.nasa.gov/mission_pages/station/main/robonaut.html#.VEBjPSLF_k

U

Mars Global Surveyor

(12) NASA. Acedido a 13 de Outubro de 2014.

http://mars.jpl.nasa.gov/mgs/people/

Mars Curiosity Rover

(13) NASA. Acedido a 15 de Outubro de 2014 http://mars.jpl.nasa.gov/msl/

Figuras:

Imagem de Capa:

(14) http://hdimages.mobi/curiosity-on-the-mars/

Figura 1:

(15) http://s2.glbimg.com/1HwpTbgCKNovZ7YeUivUgzAczMs=/s.glbimg.c

om/jo/g1/f/original/2013/10/23/robouea300.jpg

Figura 2

(16) http://www.engenhariae.com.br/wp-

content/uploads/2013/02/imagem1.jpg

Figura 3:

(17) http://axisvega.files.wordpress.com/2009/07/sputnik1-1.jpg

http://www-robotics.jpl.nasa.gov/systems/system.cfm?System=5

http://www.nasa.gov/mission_pages/station/main/robonaut.html#.VEBjPSLF_kU

http://www.nasa.gov/mission_pages/station/main/robonaut.html#.VEBjPSLF_kU

http://mars.jpl.nasa.gov/mgs/people/

http://mars.jpl.nasa.gov/msl/

http://hdimages.mobi/curiosity-on-the-mars/

http://s2.glbimg.com/1HwpTbgCKNovZ7YeUivUgzAczMs=/s.glbimg.com/jo/g1/f/original/2013/10/23/robouea300.jpg

http://s2.glbimg.com/1HwpTbgCKNovZ7YeUivUgzAczMs=/s.glbimg.com/jo/g1/f/original/2013/10/23/robouea300.jpg

http://www.engenhariae.com.br/wp-content/uploads/2013/02/imagem1.jpg

http://www.engenhariae.com.br/wp-content/uploads/2013/02/imagem1.jpg

http://axisvega.files.wordpress.com/2009/07/sputnik1-1.jpg



Figura 4:

(18) http://www.scielo.br/img/revistas/rsocp/v19s1/07g02.jpg

Figura 5:

(19) http://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_entry#mediaviewer/File:Entry.

jpg

Figura 6:

(20) http://www.ingeniosolido.com/blog/wp-

content/uploads/2011/03/transitores_nanotubos_de_carbono.jpg

Figura 7:

(21) http://science.nasa.gov/media/medialibrary/2002/09/10/16sep_rightstuff_

resources/comparison.jpg

Figura 8:

(22) https://www-robotics.jpl.nasa.gov/roboticImages/img811-98-hires.jpg

Figura 9:

(23) http://www.nasa.gov/images/content/421727main_jsc20093155300.jpg

Figura 10:

(24) http://www.gercekbilim.com/wp-content/uploads/2012/09/nasa-

robot1.jpg (fig8)

Figura 11:

(25) http://tes.asu.edu/TESNEWS/5_VOL/No_1/diagrams.html

Figura 12:

(26) http://hdimages.mobi/curiosity-on-the-mars/

Figura 13:

(27) http://d1jqu7g1y74ds1.cloudfront.net/wp-

content/uploads/2012/01/PIA15278_3rovers-lo_D2011_1215_D515_br2.jpg

Figura 14:

(28) http://regmedia.co.uk/2012/08/07/curiosity_nasa.jpg

Figura 15:

(29) http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fa/Martian_rover_Cur

iosity_using_ChemCam_Msl20111115_PIA14760_MSL_PIcture-3-br2.jpg

http://www.scielo.br/img/revistas/rsocp/v19s1/07g02.jpg

http://www.ingeniosolido.com/blog/wp-content/uploads/2011/03/transitores_nanotubos_de_carbono.jpg

http://www.ingeniosolido.com/blog/wp-content/uploads/2011/03/transitores_nanotubos_de_carbono.jpg

https://www-robotics.jpl.nasa.gov/roboticImages/img811-98-hires.jpg

http://www.nasa.gov/images/content/421727main_jsc20093155300.jpg

http://www.gercekbilim.com/wp-content/uploads/2012/09/nasa-robot1.jpg

http://www.gercekbilim.com/wp-content/uploads/2012/09/nasa-robot1.jpg

http://tes.asu.edu/TESNEWS/5_VOL/No_1/diagrams.html

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fa/Martian_rover_Curiosity_using_ChemCam_Msl20111115_PIA14760_MSL_PIcture-3-br2.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fa/Martian_rover_Curiosity_using_ChemCam_Msl20111115_PIA14760_MSL_PIcture-3-br2.jpg



Documents

Robôs No Espaço - paginas.fe.up.ptpaginas.fe.up.pt/~projfeup/submit_14_15/uploads/relat_1M07_2.pdf · As corporações associadas à tecnologia da robótica espacial têm apostado