ESA-astronauten Luca Parmitano har skrivit robotikhistoria, nå ut från den internationella rymdstationen i omloppsbana runt jorden med 8 km/s, att styra en jordbaserad rover, utrustad med en avancerad gripare som har samma rörlighet och fingerfärdighet som en mänsklig hand.

Denna gripare kunde plocka upp och samla stenprover från den skenbara månmiljön. I framtiden kan ett jämförbart system mycket väl användas för att utforska främmande miljöer, med astronauter som kontrollerar yt-rovers från säkerheten och bekvämligheten av en ythabitat eller en kretsande rymdfarkost.

Analog-1 testprojektet, som avslutades med detta två timmar långa rymd-till-jord-test den 25 november, hade flera tekniska mål. Högt bland dem var att bedöma användningen av "force-feedback"-kontroller - som en avancerad speljoystick som trycker tillbaka på deras användare, ge dem en känsla av beröring – i rymden, för att utvärdera om denna teknik skulle möjliggöra robotstyrning med hög precision under viktlösa förhållanden.

"Föreställ dig roboten som Lucas avatar på jorden, ger honom både syn och beröring, säger ESA-ingenjör Kjetil Wormnes, som leder Analog-1-testkampanjen. "Den var utrustad med två kameror - en i handflatan, den andra i en manövrerbar arm - för att låta Luca och de avlägset belägna forskarna observera miljön och få en närbild på klipporna."

När journalister tittade på, den Luca-kontrollerade rovern avslutade sin provtagningskampanj precis enligt schemat, korsar mellan en trio av provtagningsplatser längs utmanande smala vägar. När han valde stenar fick Luca råd från ett team av geologiska experter baserade på European Astronaut Center (EAC) i Tyskland, simulerar en verklig ytutforskningsundersökning.

"Vi hade nytta av Lucas tidigare utbildning genom vårt Pangea-program, ge astronauter praktisk erfarenhet inom geologi, " tillägger Jessica Grenouilleau, Meteron projektledare vid ESA:s Exploration Systems Group. "Det hjälpte oerhört mycket för att ha en effektiv diskussion mellan besättningen och forskarna."

Dessutom, Luca kunde känna när roboten rörde vid marken eller plockade upp en sten, med hjälp av en Sigma 7 force-feedback-enhet med sex frihetsgrader. Detta test var första gången som en sådan enhet användes på ISS för att styra en robot på marken.

Tvåvägskontrolllänken mellan rover och ISS förlängdes via kommunikationssatelliter i geostationär omloppsbana till EAC och vidare till hangaren, vilket resulterar i en latens eller kommunikationsfördröjning på 0,8 sekunder, som Luca var tvungen att ta hänsyn till när han planerade sina flyttningar.

Hårdvaran och mjukvaran som används av Luca ombord på ISS har utvecklats av ESA:s Human Robot Interaction Laboratory, baserad i ESA:s tekniska hjärta i Nederländerna, med stöd av DLR German Aerospace Center's Institute for Robotics and Mechatronics – inklusive integrationen av kontrollmjukvara för att anpassa systemets force-feedback och haptiska feedback för den oundvikliga tidsfördröjningen som upplevs inom systemet.

ESA:s robotingenjör Thomas Krueger, leder HRI Lab, förklarar:"För detta utforskningsscenario, innebär en relativt kort tidsfördröjning, vi har kunnat kombinera de relativa fördelarna med människor och robotar:en människa för deras förmåga att hantera komplexa och ostrukturerade miljöer och beslutsfattande, och en skicklig robot som klarar av tuffa miljöer och att exakt utföra sina operatörers kommandon.

"Genom att förbättra operatörens upplevelse med force-feedback och intuitiva kontroller kan vi göra tidigare omöjliga robotstyrningsuppgifter genomförbara, och öppna upp för nya metoder för att utforska rymden. Vi är nu angelägna om att analysera data och feedback från Luca för att se detaljerna om hur han presterade, och ta reda på var vi kan förbättra och förbereda framtida prospekteringsplaner."

Själva rovern byggdes också av HRI Lab, tar rollen som projektets lastutvecklare. För att upprätta kommunikationslänken med ISS fick teamet stöd av EAC.

Analog-1 har varit den senaste i en serie av allt mer utmanande testkampanjer mellan människa och robot som involverar ISS, gemensamt kallad Meteron—Multi-purpose End-to-End Robotic Operation Network. Det första 1 frihetsgraden force-feedback-testet ägde rum 2015 med ESA:s Haptics-1-experiment, går vidare till DLR:s 2 frihetsgrader Kontur-2 året därpå – avancerar nu till hela 6 frihetsgrader.

Nästa steg kommer att vara en utomhustestkampanj på en månliknande markbaserad plats, planerad till nästa år. En rover skulle undersöka och samla äkta stenar i ett operationsscenario som liknar komplexiteten hos ett helt uppdrag på månen.