大学ローバーチャレンジ

大学ローバーチャレンジ

最初のイベント	2006
発生する	毎年
目的	教育
本部	火星砂漠研究ステーション ユタ州ハンクスビル

火星協会による大学ローバーチャレンジ（URC）は、大学レベルの学生を対象としたロボットコンテストで、火星の初期の探検家に役立つローバーの設計と構築を競うチームです。^{[1]このコンテストは、米国ユタ州}ハンクスビル郊外の火星砂漠研究ステーション で毎年開催されています。この場所は、火星との地理的類似性のために火星協会によって選ばれました。大部分が不毛の砂漠地帯であることに加えて、この地域の土壌は火星の土壌に似た化学組成を持っています。このコンテストは国際的にも拡大しており、ヨーロッパローバーチャレンジ、カナダ国際ローバーチャレンジ、インドローバーチャレンジ、アナトリアローバーチャレンジ、オーストラリアローバーチャレンジが含まれます。

大学ローバー チャレンジの目的は、学生にロボット工学のスキルを身につけさせ、ローバーの最新技術を向上させ、科学者とエンジニアが協力して多分野にわたるチームで作業することを奨励することです。このコンテストは 2006 年に開始され、2007 年からは毎年夏に開催されています。

URCは、STEM教育を促進し、次世代の宇宙探検家を育成することを目的として、2006年に設立されました^[2]。創設以来、このコンテストは規模と重要性が拡大し、世界中の大学や機関からチームが参加しています。^[要出典]

URCの創設の背後にあるアイデアは、チームが構築している種類のローバーが、別の宇宙飛行士によって遠隔操作され、現場で宇宙飛行士を支援するというものです。^[3]この想定された使用事例は、遠隔操作と、人間が必要とする可能性のあるタスクを実行する能力に重点を置くコンテストを推進しています。（機器のメンテナンス、回収、配送など）

初年度は、ネバダ大学リノ校、ブリガムヤング大学、ペンシルベニア州立大学、カリフォルニア大学ロサンゼルス校の 4 チームのみが参加しました。課題は 2 つだけで、科学課題と模擬無線中継器を現場で設置する課題がありました。URC の広報担当者であるケビン・スローン氏は、どのような課題が待ち受けているのか分からなかったものの、「その質の高さに圧倒された」と述べています。 [ ^3]その年はネバダ大学リノ校が優勝し、賞金 5,000 ドルを獲得しました。この賞金は翌年以降 1,000 ドルに減額されました。^[3]

2006年に米国の4チームで始まって以来、このコンテストは大幅に成長し、2018年には12か国から95チームが参加し、合計35人のローバーが競技に選ばれ、チームには500人以上の学生が参加しました。^[4]

タスクも長年にわたって大きな変化を遂げており、初年度の2つの簡単なタスクから2019年の4つの堅牢なタス​​クへと進化し、毎年より困難になっています。2007年から2009年までの詳細な情報は入手できませんが、2010年までにサンプルリターン、サイト調査、機器整備、緊急ナビゲーションの4つのタスクがありました。^[5] 2010年のサンプルリターンでは、ローバーで持ち帰るサンプルを選択し、基地で分析を行い、その科学的重要性について審査員にプレゼンテーションを行いました。サイト調査では、遠く離れた場所からサイトを分析しました。機器整備では、チームが3ピンプラグをコンセントに差し込む必要があり、緊急ナビゲーションでは、ローバーが宇宙飛行士をできるだけ早く見つけるという時間制限のあるチャレンジでした。これらのタスクに加えて、チームは審査員にローバーの設計についてプレゼンテーションしてポイントを獲得しました。^[5]

その後の2年間は、タスクの内容が調整され、難易度が増していったが、各タスクの精神は変わらなかった。例えば、2012年の緊急ナビゲーションタスクでは、宇宙飛行士の一部に到達するために、探査車がオペレーターとの通信が途絶えるエリアを通過する必要があり、そのためしばらくは自律的に動作する必要があるように設計された。^[6]

2013年に、サイト調査タスクは地形横断に置き換えられ、ローバーが困難な地形をナビゲートする能力をテストしました。^[7] 2016年には、プレゼンテーションタスクに代わるCDR（クリティカルデザインレビュー）と準決勝ラウンドの競争を含む正式なダウンセレクションプロセスが導入されました。^{[8] [9]}翌年の2017年には、宇宙飛行士支援が極限回収および配送（宇宙飛行士支援と地形横断のミックス）に、サンプルリターンがサイエンスキャッシュに、地形横断が自律移動に置き換えられました。これは、チームがローバーに自律動作を実装することを明示的に要求するまったく新しい課題でした。^[10]

最後に、2018年と2019年では、このタスク構造は維持され、難易度と複雑さが増しました。特に、2019年の科学タスクではローバー内での生命の検出が求められましたが、2018年にはチームはサンプルを持ち帰り、基地でテストを行うことができました。^[11]

大会の開催期間を通じて、チームの数と多様性も大幅に増加しました。2018年には、10か国から95チームが登録し、そのうち36チームが出場しました。米国のチームが大多数を占めていますが、カナダ、ポーランド、そして近年ではインドのチームも強い存在感を示しています。特にポーランドは、2009年に最初のチームを編成して以来、特に競争力があります。^[12]チェンストホヴァ工科大学のポーランドチームが2018年の大会で優勝し、ポーランドは6年連続で表彰台に上りました。^[13]

いくつかのチームは何年も連続して競技に参加しています。特にブリガムヤング大学のチームは、2006年から2018年まですべての競技に参加し、常にトップ5に入った唯一のチームです。^{[14] [15] [16] [17] [18] [19] [20]このチームは主にBYUの}機械工学部、電気工学部、物理学部 から資金提供を受けています。

具体的なシナリオの詳細は、チームが与えられたタスクを習得し、設計の柔軟性を促進し、ローバーの能力を毎年向上させるため、毎年変更されます。ローバーは、現場で宇宙飛行士を支援する遠隔操作または自律タスクを実行する必要があります。遠隔操作タスクは、ローバーを直接見ることができず、ローバーまたはローバーによって展開されたセンサーからのビデオとデータリンクを介して判断できるものだけを頼りに、制御ステーションから実行されます。オペレーターも火星にいると想定されているため、通信に時間遅延はありません。2019 年のタスクには以下が含まれます。

チームは、必要なタスク、科学計画、およびチーム管理を実行するためのローバーの設計と機能を説明および実証する書面によるレポートと短いビデオを提出する必要があります。

「目標は、サンプルの生命検出テストを含むローバーによる現場分析を実施することです。」^[11]

チームは、生物学的に興味深い複数の場所を、選択した機器と方法を使用して調査し、サンプルの分析をすべてローバー内で行わなければなりません。タスクの目標は、指定された場所で絶滅した生命または現存する生命の有無を判断することです。20〜30分の調査時間の後、チームは結果、分析、結論を現地の審査員に提示するための短いプレゼンテーションも準備する必要があります。分析は地球上の状況に関連している必要がありますが、これらの観察が火星の状況にどのように変換されるかを理解していることも示します。^[11]

「探査車は現場で物体を拾い上げ、配達し、宇宙飛行士に援助を提供することが求められる」^[11]

ローバーは、ドライバー、ハンマー、工具箱、岩などのフィールド内の物体を拾い上げ、配達しなければなりません。ローバーは、柔らかい砂地から岩や玉石のフィールド、垂直の落下まで、さまざまな地形を横断する必要があります。チームには、各ピックアップおよび配達場所のおおよそのGPS座標と、特定の物体に関する具体的な指示が与えられます。得点は、チームが物体を拾い上げて正しい場所に配達する能力に基づいて決定されます。^[11]

「ローバーは、モックアップ機器システム上でいくつかの器用な操作を実行する必要があります。」^[11]

2019 年の規則で概説されている可能な操作には、次のものが含まれます。

• ジョイスティックを操作し、ボタンを押し、スイッチを入れ、ノブを回す
• 引き出しを固定するために固定ネジを締めます
• 堅牢なボード間コネクタを使用して電子ボードを交換する
• 手回しハンドルを回す

2017年は、ローバーが燃料缶を積んだワゴンを発電機まで牽引し、燃料タンクを満タンにし、ガスシリンダーのレギュレーターを交換し、ボタンを押して発電機を始動する必要がありました。これまでの機器のタスクには、膨張式居住区への空気の注入やソーラーパネルの清掃などがありました。^[11]

「この段階的なミッションでは、ローバーは中程度の難易度の地形を横断してマーカー間を自律的に移動する必要がある。」^[11]

ここで言う自律とは、遠隔操作なし、つまり基地局のオペレーターがコマンドやユーザー入力を行わないことを意味します。ローバーはすべての意思決定を機内で行う必要があります。ただし、初期段階では遠隔操作による偵察が許可されます。

このタスクのマーカーはテニスボールとチームに与えられたおおよそのGPS座標です。ステージが難しくなるにつれて、GPS座標はますます曖昧になり、テニスボールの間に障害物が増えるため、障害物の回避と自律的なルート探索が必要になります。また、遠隔操作による偵察は初期のステージでは許可されていますが、後半のステージでは許可されていません。^[11]

• ローバーはいかなる構成でも50kgを超えてはならない^[11]
• ローバーは1.2メートル×1.2メートルの設置面積内に収まらなければならない^[11]
• ローバーの総コストは18,000ドルを超えてはならない^[11]
• ローバーは火星での活動に適用可能な電力および推進システムを使用する必要がある（例えば、空気呼吸システムは使用しない）^[11]
• 航空機の使用は禁止されている^[11]

• チームは指定されたコマンドおよびコントロールステーションからリアルタイムでローバーを操作する。^[11]
• ローバーは基地局から1km以上移動することは想定されていない^[11]
• 審査員チームのメンバー、メディア、非オペレーターチームのメンバー、その他の観客は審査員の裁量でローバーを追跡することはできるが、オペレーターにフィードバックを提供する目的でローバーの横を追うことはできない。^[11]

• チームメンバーやオペレーターの数に制限はありません。^[11]
• チームメンバーは学部生または大学院生で、高校生もチームに含めることができる^[11]
• 学生は少なくとも半日制の学位または高校卒業資格取得コースに登録する必要があります。^[11]
• 複数の大学の学生が同じチームで競技することもでき、チームメンバー、予算、装備に重複がない限り、1つの大学が複数のチームを編成することもできます。^[11]

審査は審査員団によって行われ、審査員団は毎年変わります。審査員団には多様な経験を持たせる努力がなされており、^[32]過去の審査員にはシステムエンジニア、^[32]生物学者、^[33]ロボット工学者、^[34]工業デザイナー、^[32]様々な分野の科学者や教授などの専門経験者が含まれていました。^{[32] [34]}審査員はボランティアです。^{[34] [35]}

チームは大学や外部のスポンサーを通じて、探査車のための資金を自ら調達する。^[34]コンテスト自体は、火星協会、Protocase Inc（カスタムパーツメーカーで、Protocaseで製造されたすべてのパーツに対してチームにクレジットと割引を提供する^[36]）、Honeybee Robotics、およびMicrosoftによって部分的に資金提供されている。

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