Scorpio Infinity — nowa era łazików marsjańskich z Politechniki Wrocławskiej

— Projekt Scorpio został zainicjowany w 2011 roku, ale Koło Naukowe Pojazdów Niekonwencjonalnych OFF-ROAD, które nad nim pracuje, powstało już w 2009 roku. W początkowych latach naszej działalności skupialiśmy się na różnorodnych projektach, począwszy od pojazdów śrubowych, aż po roboty zdolne do poruszania się po ścianach. To były fascynujące czasy eksploracji i innowacji — opowiada Zofia Stypułkowska, prezeska koła. 

Scorpio I, pionierski projekt studentów z Politechniki Wrocławskiej, był zdalnie sterowanym łazikiem wyposażonym w wielofunkcyjny manipulator, system wizyjny oraz zaawansowane urządzenia do pomiarów na odległość. Zespół, pracujący nad tym pierwszym innowacyjnym pojazdem, odniósł znaczący sukces, zajmując 4 miejsce w swoim debiutanckim występie na międzynarodowej arenie konkursowej w Hanksville, w Stanach Zjednoczonych. - Te pierwsze konkursy stanowiły olbrzymie wyzwanie dla studentów, jednak to właśnie one sprawiły, że projekt nabrał niesamowitego tempa — dodaje Zofia Stypułkowska. 

Od czasu debiutu Scorpio I w zawodach University Rover Challenge (URC) w 2011 roku, zespół odpowiedzialny za projekt nieustannie wprowadzał do niego udoskonalenia i innowacje. Każda nowa generacja łazików Scorpio, począwszy od Scorpio II z jego zaawansowanym, niezależnym sześciokołowym zawieszeniem, przez Scorpio IV z 2014 roku, który wprowadził modułową konstrukcję, aż po najnowsze modele Scorpio 7 i Scorpio X, odzwierciedlała znaczący postęp technologiczny.

— Konkursy organizowane kilka lat temu charakteryzowały się znacznie prostszymi zasadami niż te, z którymi mamy do czynienia obecnie. Również nasze pojazdy były wtedy o wiele prostsze w konstrukcji. Jednakże z każdym rokiem, zarówno regulaminy, jak i technologie ulegały ewolucji, a my rozwijaliśmy się razem z nimi. Do tej pory zbudowaliśmy osiem generacji naszych łazików. Z każdych zawodów wracaliśmy z nowymi pomysłami, które następnie staraliśmy się wcielać w życie, aby każdy kolejny projekt był jeszcze lepszy — relacjonuje prezeska Koła Naukowego Pojazdów Niekonwencjonalnych OFF-ROAD.

Zapytaliśmy Zofię Stypułkowską, czy były jakieś konkretne wydarzenia lub osiągnięcia w dziedzinie eksploracji kosmicznej, które zainspirowały projekt Scorpio? - Trudno wskazać pojedyncze, kluczowe wydarzenie w tak rozległej dziedzinie, jaką jest eksploracja kosmiczna — odpowiada Stypułkowska. - Ale…w naszym pojeździe wykorzystaliśmy innowacyjny spektrometr ramanowski, podobny do tego zastosowanego w łaziku Perseverance będącym elementem misji NASA na Marsie. Urządzenie to pozwala na analizowanie próbek gleby w poszukiwaniu śladów życia. Scorpio wykorzystuje również zaawansowane rozwiązania mechaniczne, inspirowane technologiami stosowanymi w obecnych łazikach marsjańskich. Kluczowym elementem jest nasze zależne zawieszenie typu rocker, które jest modyfikacją zawieszenia rocker-bogie używanego w marsjańskich łazikach. Zawieszenie to działa w taki sposób, że łączy lewe i prawe koło za pomocą mechanizmu dyferencyjnego. Dzięki temu nawet gdy jedno z kół napotka dużą przeszkodę, pozostałe zachowują kontakt z podłożem. Na przykład, jeśli przednie prawe koło łazika unosi się pod kątem α, to przednie lewe koło opuści się o ten sam kąt. Pozwala to naszemu pojazdowi na pokonywanie przeszkód terenowych. W naszym projekcie skupiliśmy się również na minimalizacji masy całkowitej łazika. W tym celu zastosowaliśmy zmodyfikowaną wersję zawieszenia rocker-bogie, redukując liczbę kół z sześciu do czterech. 

Członkowie Koła Naukowego Pojazdów Niekonwencjonalnych OFF-ROAD stoją teraz przed nowym wyzwaniem. - Obecnie stoimy przed nowym wyzwaniem, o którym jeszcze nie mówimy głośno. Mamy w planach skonstruowanie drona opartego na naszym autorskim projekcie. Naszą inspiracją jest technologia helikoptera Ingenuity, który został wysłany na Czerwoną Planetę w ramach misji Mars 2020. Jego zadaniem było wykazanie, że jest możliwy lot w rzadkiej atmosferze Marsa, co otwiera nowe perspektywy w eksploracji planetarnej. W odpowiedzi na te innowacje, organizatorzy zawodów zezwolili uczestnikom na używanie dronów, które muszą być specjalnie obciążone, aby symulować warunki marsjańskie — zdradza Zofia Stypułkowska.

Najnowsze dzieło członków koła naukowego Politechniki Wrocławskiej model Scorpio Infinity, jest ósmą odsłoną projektu i stanowi kolejny krok w ewolucji studenckich koncepcji inżynierskich. Ważący około 40 kg, Infinity jest w stanie rozwijać prędkość do 10 km/h. Wyposażony jest on w zaawansowane funkcje, takie jak badanie składu gleby, mapowanie przestrzeni oraz autonomiczne wyznaczanie trasy. Jego modułowa konstrukcja, lekkie materiały, takie jak włókno węglowe i elementy zrealizowane dzięki technologii druku 3D, a także innowacyjne koła wydrukowane z elastycznego filamentu, świadczą o ciągłym dążeniu do doskonałości. 

– Projekt Scorpio jest trochę jak instytucja na naszej uczelni – mówił podczas premiery najnowszej wersji łazika dr inż. Piotr Górski, prorektor PWr ds. studenckich. – „Przeszywa” całą uczelnię, tzn. jak spojrzy się na skład koła, to widać w nim studentów i studentki z niemal wszystkich wydziałów. Zaprojektowanie i skonstruowanie pojazdu zdolnego konkurować z najlepszymi konstrukcjami na świecie to wyzwanie interdyscyplinarne. To jedno z tych kół, które regularnie wraca z zawodów obładowane medalami. W takich przypadkach z radością opłacam ich nadbagaż w samolocie i nawet nie narzekam na dodatkowe koszty.

Interdyscyplinarność Koła Naukowego Pojazdów Niekonwencjonalnych OFF-ROAD potwierdza jego prezeska: - Nasz zespół składa się ze studentów różnych specjalizacji. Wśród nas są zarówno mechanicy, jak i elektrycy, a także osoby studiujące geologię, chemię, optykę, czy architekci i ekonomiści.

Jakie są kluczowe umiejętności i doświadczenia, które zdobywają studenci, biorąc udział w projekcie Scorpio? - Główną umiejętnością jest praca zespołowa — mówi Zofia Stypułkowska. - Nasz zespół składa się obecnie z 50 osób z różnych wydziałów, co wymaga od uczestników przedsięwzięcia umiejętności efektywnej komunikacji z ludźmi spoza ich specjalistycznych dziedzin. Muszą oni być w stanie wyjaśnić, dlaczego pewne rozwiązania są nierealizowalne lub wymagają innego podejścia, a także skutecznie przedstawić swoje pomysły. Pozwala im to rozwijać umiejętności współpracy, na poziomie nieosiągalnym na uczelnianych zajęciach.

Scorpio Infinity stoi obecnie przed szeregiem wyzwań, w tym przed udziałem w międzynarodowych zawodach w Stanach Zjednoczonych, Australii oraz Turcji. Obecnie trwa zbiórka funduszy na te wyjazdy, a równocześnie kontynuowane są prace nad doskonaleniem oprogramowania łazika. – Przed Scorpio Infinity stoi jeszcze więcej wyzwań niż przed jego poprzednikiem z numerem siódmym, gdyż tegoroczne regulaminy zawodów wymagają od nas większej liczby modułów i stawiają więcej zadań do wykonania – opowiada Zofia Stypułkowska. – W planach mamy zawody w Stanach Zjednoczonych (University Rover Challenge), Australii (Australian Rover Challenge) i Turcji (Anatolian Rover Challenge). Aktualnie zbieramy fundusze na wyjazdy do Australii i USA, gdyż są one bardzo kosztowne. Chcielibyśmy brać udział we wszystkich konkursach, ale może to być trudne bez rządowego wsparcia finansowego. Niestety, obecnie dotacje zostało wycofane. W roku ubiegłym korzystaliśmy z programu „Najlepsi z Najlepszych\\".

Jakie były największe wyzwania techniczne i organizacyjne przy tworzeniu Scorpio Infinity? — W przypadku Scorpio Infinity, jedno z kluczowych wyzwań dotyczyło produkcji opon. Postanowiliśmy zastosować innowacyjne rozwiązanie, zastępując poprzednio wykorzystywane autorskie, bezciśnieniowe opony materiałowe z Cordury wypełnione pianką pamięciową, oponami wykonanymi z elastycznego filamentu. Poprosiliśmy o wycenę naszego zaprzyjaźnionego producenta, i okazało się, że koszt jednej opony to 22 tys. złotych. Dlatego też zdecydowaliśmy się na samodzielne wykonanie ogumienia. Proces drukowania trwał ponad 3 dni, a opracowanie technologii zapewniającej wytrzymałość opon było dla nas dużym wyzwaniem. Musieliśmy też zmierzyć się z ograniczeniami wagowymi – nasze łaziki nie mogą ważyć więcej niż 50 kg i dlatego staraliśmy się zminimalizować ich masę. Wykonaliśmy szczegółową analizę wytrzymałościową metodą elementów skończonych (MES), aby ustalić, które części konstrukcji można usunąć, by zredukować masę łazika. Na przykład, zdecydowaliśmy się na zmniejszenie materiału w nadwoziu mechanizmu dyferencyjnego. Zamiast ciężkich trójkątnych elementów, użyliśmy lżejszych, o kształcie przypominającym skrzydła motyla. Dzięki tym zmianom udało nam się zmniejszyć masę łazika o prawie 10 kg. Ta redukcja masy bezpośrednio wpłynęła na zwiększenie możliwości pojazdu. Ponadto nasz zespół intensywnie pracował nad poprawą mobilności łazika – dodaje Zofia Stypułkowska.

Studenci z Koła Naukowego Pojazdów Niekonwencjonalnych OFF-ROA z sukcesem promują polską naukę na arenie międzynarodowej. - W Europie tylko kilka krajów, w tym Polska, może pochwalić się silnymi drużynami łazikowymi, zdolnymi do rywalizacji na międzynarodowym poziomie, szczególnie w Stanach Zjednoczonych i Australii, jak to ma miejsce w naszym przypadku, czy w Kanadzie, jak pokazuje przykład AGH. Nasza pierwsza wyprawa na zawody w Australii spotkała się z pewnym sceptycyzmem. Przyjechaliśmy z daleka i byliśmy nowicjuszami, w odróżnieniu od innych, bardziej doświadczonych zespołów. Szybko jednak udowodniliśmy nasze umiejętności, zajmując drugie miejsce już po pierwszej rundzie i utrzymując tę pozycję aż do końca, tuż za liderem. Nasz sukces promuje polską naukę i pokazuje, że inwestycje w nasz kraj, a zwłaszcza we Wrocław, są opłacalne — kończy prezeska koła.

Zapraszamy na TEK.day Wrocław, 14 marca 2024. Zapisz się już dziś!