宇宙開発に関して、著名な技術起業家であり慈善家でもあるイーロン・マスクは言う。朝起きて、未来は素晴らしいものになるだろうと思いたいものです。未来を信じ、未来は過去よりも良くなると考えることだ。そして私は、宇宙に行って星々の中にいること以上にエキサイティングなことはないと思っている」。
未来がより良くなる可能性は、テクノロジー業界の多くの人にとって原動力となる野心だ。ATIインダストリアル・オートメーションにとって、それは企業文化の根幹をなすものであり、自社製品の開発を際立たせている。ATIのロボット・エンドエフェクタは、極端な温度から過酷な化学環境まで、幅広い用途に使用されています。同社のエンジニアリング・チームは、製造やオートメーションの課題に対して創造的なソリューションを提供することを誇りとしており、現在、宇宙空間でそのような機会に立ち向かおうとしている。
ATIはNASAのジェット推進研究所（JPL）に接触し、最新の火星2020ローバープロジェクトであるPerseverance用のカスタムフォース/トルクセンサを開発するオファーを受けました。JPLは、太陽系のロボット探査のための米国の主要な研究機関であり、地球上で最も働き者の通信システムであるNASAのディープ・スペース・ネットワークを管理しています。マーズ2020ミッションは、NASA、JPL、そして火星表面を探査するための新技術を開発するために委託された他の多くの組織によって行われる共同作業である。
NASAの火星探査プログラムの一部であるこの特別なミッションの目的は、赤い惑星について実体験から学ぶことである。このプロジェクトには、古代の微生物生命体の痕跡を探すこと、火星の気候や地質を分類して居住可能な環境の有無を判断すること、火星の表面からサンプルを回収すること、そしてこのミッションの最もエキサイティングな目的である、火星の有人探査に備えることなどが含まれる。
パーセバランス・ローバーは、車ほどの大きさの無人ロボット探査機で、探査中に主要な場所から岩石や土壌の少量のサンプルを採取し、インデックスを作成する。探査中は、主要な場所から岩石や土壌の小サンプルを採取し、インデックスを作成する。一旦搭載されたサンプルチューブは、最終的に地球に帰還するためにローバー内部に収納される。
JPLが宇宙物質を収集し、インデックス作成プロセスを通じて移動させるだけでなく、取り扱うための自動化システムを必要としていることは明らかでした。これを達成するために、エンジニアは、工場で一般的に見られるピックアンドプレース作業に似たアプリケーション、アダプティブ・キャッシング・アセンブリを開発した。ローバーのミッションで実行されるシステムとコンポーネントを実際に開発することは、克服すべき大きな挑戦でした。
サンプル・キャッシング・サブシステムは、適応キャッシング・アセンブリと、火星表面の指定されたエリアからサンプルを採取するために使用されるドリルとドリルビットを備えた大型ロボットアームから構成される。サンプルが採取されると、サンプル・ハンドリング・アセンブリ（SHA）と呼ばれる小型ロボットアームが、ローバーに搭載された実験室でサンプルを検査し、密封します。SHAエンドエフェクターアセンブリに統合されたATI力/トルク（F/T）センサーにより、応答性が向上します。ATIのフォースセンシングにより、SHAは狭い作業スペースでも容易に操作でき、要求の厳しい作業を正確に実行します。
このサブシステムは、農業や製造業で見られる自動化プロセスをエミュレートしており、ロボットが反復作業をより正確に行うために使用されています。ATIの力/トルクセンサは、この種のアプリケーションでロボットと共に使用されることが多く、より大きなプロセス制御を可能にし、ピンが固定具に正しく挿入されていることを示すなど、プロセス検証を提供します。
鋳物工場や精錬所などの特定のアプリケーション環境では、通常とは異なる環境への配慮が必要であり、ATIはそのために特殊なセンサーを開発しました。しかし、氷点下の地表温度と険しい地形が典型的な火星2020ミッションで予想される条件に匹敵するものはありません。火星に着陸する前に、ローバーとそのサブシステムは最初のアトラス5ロケット打ち上げに耐えなければなりません。
Perseveranceプロジェクトに堅牢な力検知ソリューションを提供するため、ATIは幅広い環境条件を相殺する力/トルクセンサ技術を採用しました。ATIのSpace-Rated Force/Torque Sensorは、信号の冗長性と温度変化を補正する新しい設計を誇り、ミッション全体を通して力とトルクの正確な分解能を保証します。このセンサーは熱校正されており、極端な温度範囲でも最適に動作することが証明されています。これらの画期的な機能を開発・試験するため、ATIのエンジニアリングチームは専用の校正装置を設計し、24時間体制で製品試験の監視を行いました。
急激な環境変動に対してセンサーを強化するために、熱的に安定した低発生材料で作られたコンポーネントが追加されました。これらの材料はまた、ミッション中のサンプルの二次汚染を防ぐものであり、これは火星2020ローバー・プロジェクトで最も重要な検討事項のひとつである。
長年の開発期間を経て、待望の火星2020ローバーは完全に組み立てられ、ミッションを開始する準備が整った。パーセバランスは、フロリダ州ケープカナベラルから2020年晩夏に打ち上げられ、2021年2月に火星に到着する予定だ。
宇宙での用途にとどまらず、ATIの宇宙定格力/トルク・センサは、修理の機会が限られている用途や、高真空や極端な温度変動がある状況において、アクティブな力制御を提供します。
このプロジェクトを通じて、ATIはNASAの歴史に残る新技術を開発し、ここ地球上のアプリケーションに堅牢で信頼性の高いフォースセンシングを提供します。温度補償、熱的に安定したコンポーネント、追加的な信号の冗長性は、放射性廃棄物処理、石油・ガス、金属鋳造・鋳物工場、その他極限環境での連続使用が求められるアプリケーションなどの産業で、ユーザーに利益をもたらします。ATIは、2020年火星探査機Perseveranceのミッションと、この宇宙定格力/トルクセンサを搭載した革新的な新しいアプリケーションを楽しみにしています。
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