Scientific exploration of challenging planetary analog environments with a team of legged robots

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作者
Philip Arm,Gabriel Waibel,Jan Preisig,Turcan Tuna,Ruyi Zhou,Valentin Bickel,Gabriela Ligeza,Takahiro Miki,Florian Kehl,Hendrik Kolvenbach,Marco Hutter
出处
期刊:Science robotics [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:8 (80) 被引量:33
标识
DOI:10.1126/scirobotics.ade9548
摘要

The interest in exploring planetary bodies for scientific investigation and in situ resource utilization is ever-rising. Yet, many sites of interest are inaccessible to state-of-the-art planetary exploration robots because of the robots' inability to traverse steep slopes, unstructured terrain, and loose soil. In addition, current single-robot approaches only allow a limited exploration speed and a single set of skills. Here, we present a team of legged robots with complementary skills for exploration missions in challenging planetary analog environments. We equipped the robots with an efficient locomotion controller, a mapping pipeline for online and postmission visualization, instance segmentation to highlight scientific targets, and scientific instruments for remote and in situ investigation. Furthermore, we integrated a robotic arm on one of the robots to enable high-precision measurements. Legged robots can swiftly navigate representative terrains, such as granular slopes beyond 25°, loose soil, and unstructured terrain, highlighting their advantages compared with wheeled rover systems. We successfully verified the approach in analog deployments at the Beyond Gravity ExoMars rover test bed, in a quarry in Switzerland, and at the Space Resources Challenge in Luxembourg. Our results show that a team of legged robots with advanced locomotion, perception, and measurement skills, as well as task-level autonomy, can conduct successful, effective missions in a short time. Our approach enables the scientific exploration of planetary target sites that are currently out of human and robotic reach.
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